轮胎成型机旋转密封技术研究

董月超，咸晓玲，于春洪

（山东玲珑机电有限公司，山东 招远 265400）

随着人们对出行的要求有所提高之后，目前市场上所存留的轮胎已经无法满足人们的需要，不仅需要提高现有轮胎的质量，并且对轮胎的需求量也不断增加，这样也就带动了轮胎成型机的市场竞争。一部好的轮胎成型机不仅要能够提高设备的生产效率，还要减少单条轮胎的生产时间，这样商家购进轮胎成型机才会有一定的利润可图。高效的制造和生产往往会对其制作过程和生产工艺提出更高的要求，需要提高设备零件的使用寿命保证高效生产的持续性，所以在生产期间需要有专人对轮胎成型机进行维护保养和监管，确保轮胎成型机的正常持续运作。在养护时需要注意对设备进行精度、流畅性等性能的检验和维护，保持设备的运作状态[1]。

1 轮胎成型机的结构原理

轮胎成型机的一般结构都是用合金和钢毛坯作为轮胎成型机的成型鼓主轴的，再将热处理和表面处理的结构部件添加上去来增强成型鼓主轴的硬度和耐磨性。在轮胎生产过程中，依据轮胎生产流水线的设定，不同性能的轮胎生产所需要的时间不同，其生产流程和制作工艺也有一定区别，以195/60R15（轮胎断面宽度195mm，轮胎扁平比为60，适用钢圈的直径为16英寸的子午线轮胎）为例，这种轮胎的生产时间大约为47s，而如果要缩短轮胎的生产时间，提高生产效率，那么轮胎需要持续通过轮胎成型机进行旋转密封，这样会导致轮胎成型机的旋转密封构件散热时间不足，从而影响整个旋转密封流程的进行，甚至会对轮胎成型机的主轴产生磨损和破坏。根据实验测试，如果进行连续的正常生产，那么旋转密封的构件就会因为持续工作未能及时散热而导致自身气块温度达到90℃以上，而在这样的温度下进行持续运作会严重影响到轮胎成型机的正常使用和生产，密封圈和主轴也会因为持续高温而产生磨损，最终导致密封失效，无法对轮胎形成完整的密封。旋转密封圈设备磨损失效后需要进行更换才能保证轮胎成型机的正常运转，但是更换旋转密封圈所需要的时间和人力都较多，导致无法第一时间继续进行生产，并且由于轮胎成型机的主轴也存在磨损，所以即使更换了密封圈也可能会因为主轴磨损导致无法对轮胎进行密封，这样就需要更换轮胎成型机的主轴，提高了维护成本。所以我们为了保证轮胎成型机的使用寿命和轮胎密封质量，进行了大量的实验和测试，最终得到最适合适用结构和材料。我们首先对主轴结构进行了调质测试和处理，并且氮化了密封圈的外圆，以此来增强主轴和密封圈的硬度和耐磨损性，此次测试一共进行了三组，这三组试验组的试验环境同为通气保压，再给三组试验气块供入0.5MPa的气压源后关闭气源，然后在此过程中对密封构件进行手动旋转，保证旋转时不会有气体泄露[2]。

试验：轮胎成型机的唇形密封圈制作采用的是含油石墨，所以在进行气块连接螺钉的紧固时需要用到扭力扳手，扳手的扭矩应为10N·M，确保密封圈不会产生变形影响密封效果。测试过程中，当生产流水线正常工作时，贴完层料成型机的生产系统会出现短暂的停顿，此时需要考虑这种停顿会不会对轮胎成型机的生产制作进行改善，是否能够减少生产对主轴的磨损，测试中在分气块不通气时，因为密封圈会与主轴产生接触而出现摩擦，导致主轴有一定程度的磨损，当分气块上的摩擦扭矩达到17.96N·M时，在分气块中供给0.5MPa的压力，就会导致分气块的摩擦力产生过大的扭矩，此时整个系统需要克服摩擦力做功出现大量的热，此时测试现场的环境温度为30℃，系统在进行四个小时的持续生产工作后其分气块的表面温度达到了87℃，同条件连续生产工作8h后温度高达95℃。接下来通过第一次的试验结果进行改善，在第二次测试时改进了旋转密封的结构，出现了成型鼓机箱旋转密封装置，此装置中的十路分气块通过十个螺杆进行连接形成一个整体结构，然后依次对分气块的静密封性能进行测试。在进行安装时，要注意气块的漏气问题，避免出现气块漏气的现象，否则需要将分气块全部拆卸重装。新型的旋转密封结构能够让每个分气块实现单独试气和保压，这样能够很好的提升装配试气成功率，通过使用后单独的螺钉连接实现分气块静密封性能的分组测试，避免了测试结果出现问题需要全部重新安装的情况，提高了旋转密封一次装配、试气成功的概率。

下面图1为内部结构图。

图1 内部结构图

通过密封环将两个相邻分气块进行隔离，并且在密封环上设置有气孔来防止分气块之间串气现象的出现，如图可以看出相邻分气块是用螺钉单独进行连接的，比如在安装一号气块和二号气块时就可以先对一号气块的静密封性能进行测试，测试结果符合使用要求时在进行下一组气块的安装。在分气块中涌入气源经过内圈后进入主轴，给成型鼓提供空气，此时唇型密封圈的材质比较柔软，这就决定了在安装拆卸唇形密封圈时，我们需要更加的仔细认真，否则容易造成唇形密封圈的损坏。在现场的时候客户更换唇形密封圈时往往都需要重复几次才能成功。首先需要将内圈内表面与主轴外表面涂抹机床导轨油，再将内圈缓慢匀速推进主轴。

图2 模型图

根据模型图可以看出，整个机器的构造极为复杂，我们应掌握它的大概构造，方便我们可以学会使用它的方法，从而生产出很多更好的轮胎。

2 计算

轮胎旋转密封机构造中所采用的是旋转密封技术，它是属于动密封的一种。旋转式密封圈是指具有双向密封作用的两侧旋转或者摆动运动的连接点处，它所存在的液压转动，在许多工程机械和汽车器材等领域中也是同样存在这类的液压转动，这样的液压转动当它所承受到的两侧压力实际上是双向相互作用时，其可以通过旋转而形成一个旋转式的密封圈。与其它的密封元件相比较，这样所制造出来的密封圈比较其它所形成的密封圈结构更为紧凑，能够广泛使用于更小型的零部件中，且由于其安装简单，降低了其风险，可以解决和应对不同的密封性问题，如静态、动态、单作用或者双作用等不同的情况。材料可供选用的范围广，适用于连接大多数的流体;存货数量大，规格齐全，便于进行日常维护及修理。同时，应特别注意以下几点：为了使o形圈能够很好地起到螺纹旋转式密封技术的功能，o形圈的安装也必须满足其旋转式密封技术的具体工作原则。旋转式密封圈的工作原理主要是基于螺纹拉伸而产生的弹性密封圈，当受热后就会发生收缩，也就是我们常说的焦耳效应。根据目前我国一些行业常规产品设计密封技术标准，o形环外圈的密封内径一般将略微的小于密封轴径，由于外部压力摩擦而及时产生的外部摩擦热量将很有可能也就会直接使得用于密封的外圈内部表层产生较大的压力收缩，这样也就可能会直接导致由于使得高速旋转密封轴上的内部压力随之增加而不能及时形成一层含有润滑油脂的薄膜，导致内部摩擦力就会变得更大，结果也就是外圈磨损大的程度随之增加，密封的外圈也就会提前的被丢掉。了解了这些螺旋式封闭密封环内圈轴在工作时的原理后，就已经知道可以有效防止这种特殊情况的再发生，旋转式封闭密封环内圈的轴径尺寸，气内径都测量应该相对均匀地比所符合要求的封闭密封圈内轴径大百分之二至百分之五，当这些密封圈轴被安装到密封沟槽中时，它们的径向就会受到外力压缩，并被进入沟槽的惰性气体用力压向形成螺旋式封闭密封圈的轴。因此，密封圈一定要注意放置在一个沟槽中使它略显地小而呈现一个个的波纹状，这样我们才能有效帮助保证沟槽的正常润滑。

3 测试结果

测试一中的测试流程和测试二的测试流程是不一样的，每贴完一层物料所需要的时间间隔为2秒，在这个测试中系统的加减速以及它的峰值速度应该与现场正常生产时是一样的，否则就是不标准的。第二次测试设置了10组分气块按照正常的生产流程来进行这个测试，在生产了5000条轮胎后，拆下旋转密封圈，然后用千分表测量轮胎的内圈，如果轮胎内圈的表面上没有出现任何磨损的痕迹，则就表示旋转密封结构没有遭到破坏，那么就说明在测试阶段获得了大的成功。这时我们再将旋转密封系统安装在轮胎成型机上，工作人员持续追踪旋转密封系统在轮胎生产时的所发生的情况，以及观察记录系统整体的稳定性是否达到了标准。

4 结语

总而言之，目前我国的轮胎制造业虽在飞速发展，但整体来说还处在于国际分工的中低端，还有很多的问题需要我们去发现，去完善。推动轮胎制造业发展的任务迫在眉睫，技术创新是不可或缺的。“中国制造 2025”对于我们行业从业者来说，既是机遇更是挑战。只有勇于抓住机遇，不惧挑战，不断创新，这些行业才能充满活力，才能进而推动轮胎成型机技术的不断提高，才能创造出更多更好的轮胎，从而促进经济社会稳步向前发展。