轮胎制造装备及制造工艺技术概述
1. 前言
几十年来轮胎制造技术已经产生了一系列的变化，轮胎已经成为高技术产品。世界著名轮胎公司根据其技术能力，为了满足不同的需求，所采用的制造技术有些不同，但各大公司都试图开发模块生产系统，以提高轮胎产品的质量和生产率，降低消耗和成本。米其林开发的C3M (Comimand Control Commtmicafion Manufacture，即集指挥、控制、通讯和制造为一体的自动化系统）、倍耐力公司开发的MIRS (modular integrated robotized system，即模块集成自动化系统)、普利司通公司开发的BIRD (Bridgestone innovative rational development，即普利司通创新合理发展)、固特异公司的IMPACT (integrated manufacturing precision assembly cellular tech，即集合加工精密成型单元技术)等各有特点，并开发了相应的设备支撑。
2. 轮胎制造
2.1 混炼
人们经常引证的一句话是“质量始于混炼”。多次改进胶料混炼工艺的目的是，在不影响混炼均匀性的前提下提高产量。从19世纪初期开始，胶料的塑炼和混炼主要靠开炼机来实现。由于用开炼机塑炼混炼的胶料存在质量差、效率低、劳动强度大和工作环境恶劣等一系列问题，所以英国人本伯里在20世纪初期发明了密炼机，也称本伯里密炼机。这种密炼机的转子具有两根螺棱，其断面为椭圆形。本伯里密炼机的出现极大地提高了混炼胶的质量和生产率，降低了劳动强度和改善了工作环境。为了适应高门尼粘度、高硬度胶料的混炼，在本伯里密炼机之后出现了螺旋啮合密炼机。但这种密炼机生产效率比较低，因此人们在不断地完善本伯里密炼机，使其能适应各种混炼胶料的要求。20 世纪50年代出现的四棱转子密炼机演变成为各种形式的密炼机，例如F系列、GK系列密炼机等。整个密炼机的发展过程都是围绕着对混炼胶的高质量、高效、低能耗、低成本展开的。从传统的低速密炼机发展到高速密炼机；从小容量的密炼机到大容量的密炼机；从单一的密炼机到有机一体的联动化密炼机；从人工操作的密炼机到机械化、自动化的密炼机；从单一的密炼机硬件发展到与工艺要求在线控制的智能化密炼机等。目前密炼机发展主要还是在完善现有的传统密炼机模式，并采用先进的高新技术对其进行嫁接，如近年来出现的同步转子密炼机以及
调距转子密炼机等。
大连橡塑机械股份公司开发的新型转子后，可提高混炼均匀性，生产能力提高10％以上。另一种新结构的转子具有6条凸棱，能使胶料流动复杂化，可减少焦烧时间12％，增加填充量1.2%，提高生产效率13％。
利用智能密炼机控制系统节能，是国内密炼机行业的又一个亮点。青岛高校软控公司与浙江大学共同开发的两栖智能密炼机上辅机系列利用统计学理论、人工智能和专家系统，消除了混炼质量的波动。密炼机安装使用该系统后，在混炼规程不变、原材料质量稳定条件下，炭黑分散度提高一个等级以上，混炼时间和能耗分别减少约7％和11％。华南理工大学开发的密炼机微机智能控制系统投入使用后，也可提高炼胶效率20％，并提高胶料合格率。
近十年来，为了解决地球环境问题，已经开发出白炭黑/硅烷补强轮胎胎面胶之类的新材料和新配方。为了提高胶料性能，必须优化各种填充剂在密炼机中混炼的分布和分散，特别是必须在混炼中控制温度以控制配合剂的反应和减少在生产中的密炼段数。因此，为了获得所需的胶料性能，啮合式转子密炼机引人注目。
为了适应多样化的混炼需求，开发出了啮合式（MR-E）转子。该转子为融合了原有切向式和啮合式转子长处的组合式转子，其具有如下特征：
（1）转子凸棱以原来的3凸棱啮合式为基础，穿插进了反转式4凸棱切向式转子的排列，提高了流动性能；
（2）转子间进行适当的间隙改变，提高了剪切性和吃料量；
（3）通过采用转子凸棱和转子轴的组合式结构，可使冷却水螺旋循环，冷却到凸棱顶端，提高了转子冷却效果。
尽管密炼机已达到很高的生产效率，每个混炼周期缩短到3~5 min的很短时间。然而，间歇式生产带来的批次之间的胶料质量差异始终难以彻底解决，同时给生产线连续化带来一定困难。因此，连续混炼一直成为橡胶业界梦寐以求、执著追寻的方向。
最近几年，由于粉末橡胶制备技术的发展，橡胶的连续混炼在停滞了多年之后重新成为人们关注的焦点。新型的连续混炼技术以双螺杆挤出机技术为载体。双螺杆挤出机技术涵盖了大量不同的螺杆结构形式及运动方式，包括同向旋转、反向旋转、螺杆局部或完全啮合
、螺旋角变化或不变等结构。
压延
在橡胶工业制品生产中，纺织物贴胶一般是在压延机上用I形、S形、P形排列的辊筒，有时也用Z形排列的辊筒进行的，所用的是三辊或四辊压延机，有时也会用五辊压延机。压延轮胎帘布的压延机一般具有四个以S形排列的辊筒。为了使压延生产线的高性能设备达到最佳质量、高度可靠性和高产量的目标，压延机械设备的发展趋势是：主机大型化、联动装置复杂化、控制自动化甚至人工智能化。
压延生产线自动化
近年来，在导向和控制方面，国外有些公司已能提供用途广泛的不同系统。
(1)卷材导向系统
使用带有非接触式传感器的数字定中导向系统。该系统通过两个安装在电动机驱动装置上的红外传感器来感测帘布或胶片的一侧边缘。由横梁传动机构产生准确的宽度测定信号。配备有位置监视和故障诊断的全套系统，可以很方便地通过总线系统与PLC联成网络。
(2)扩布系统
扩布系统采用两种不同形式的扩式器。用帘线对准器的弓形辊系统使经密度分布均匀，即扩布加上整幅宽控制；用指形辊经密度排列器系统进行帘布边部扩布。帘线对准器扩布系统和经密度排列器边侧扩布系统都包括有非接触式传感器、数字控制器和电动驱动的启动器。这种方式比以前的气动方式，特别是经常碰到的液压方式装置要可靠得多，而且还消除了由于漏油而引起的污染问题。
(3)卷材张力系统
使压延机覆胶最佳化以及避免以后成品长度收缩至关重要。在压延生产线上，可以看到许多传动装置，它们一般按主传动和伺服传动成组布置。测力传感器是追随控制的基础。E+L公司的测力传感器是惠斯通桥电路原理类应变仪。这种仪器可保证高线性度（而无滞后），保证绝对恒定的零点、小量信号放大、安装简便。
(4)卷材宽度测量系统
子午线轮胎近年来得到不断发展的CCD摄像机已在计算机材料检验领域开创了全新的发展局面。高速
、高分辨率摄像机现已被使用在宽度测量和检验系统。这种宽度测量系统可测出帘布宽度的变化，提供输出信号，从而相应地把另一系统如帘线对准器扩布系统加以校正，把成品尺寸列入其它各部位产生的信号分析评估中。
检验系统可控制经密度分析（使之达到设定参数），突出显示等级波动，触发警报，检测和监视帘线材料的缺陷，如打结、缺线、污垢等。在多台摄像机系统的监视下，检测系统可控制边缘区域及经密度排列器边侧扩布系统，使经密度分布均匀。检验系统还提供信号处理、故障诊断和质量文件。
浮动辊筒
由于挠度补偿措施所形成的曲线与辊筒的挠度曲线不完全吻合，为此，可采取液压浮动辊筒的改进措施。其主要结构原理是，将辊筒外壳与中间轴做成二体，中间轴固定不转，外壳磨成平直工作面装在辊筒轴承上，并围绕固定轴转动，密封装置将固定轴与外壳间的空间分为上、下两室，工作时在辊筒受力一面的空间充入液压，使固定轴弯曲，同时使外壳与已有变形的邻辊筒压紧，使整个辊筒长度上的压力均匀分布。此法可获得更高的压延精度。
2.3 挤出
挤出设备可以生产出胎冠、胎侧、三角胶条、缓冲层，还可以生产出钢丝带束层、钢丝圈和子午线轮胎内衬层等。可以说在目前的挤出功能条件下，已经包括了子午线轮胎相当部分的橡胶部件和轮胎骨架部件。因此，全自动化轮胎生产技术中挤出设备是最有可能派上用场的。
橡胶挤出机经历了从热喂料挤出机到普通冷喂料挤出机的发展过程。销钉式冷喂料挤出机的出现，使得橡胶挤出成型技术如虎添翼。它不但具有普通冷喂料挤出机的特点，而且具有挤出胶料塑化程度好、均匀度好，生产效率高、排胶温度低、能耗低等明显优于普通冷喂料挤出机的优点。由于其具有这些优点，使得橡胶加工技术得到更好的发展，其具体表现为:从最初单一的挤出成型发展到复合挤出成型，例如胶片的复合以及轮胎胎面胶的复合;从开炼机预热供胶逐步发展到应用销钉式冷喂料挤出机预热和补充混炼供胶，例如为钢丝帘线和纤维帘线压延机供胶和作为各种胶片压延生产的供胶系统。在此基础上又发展了诸多挤出成型技术，如MCT 和MCTD 挤出技术、齿轮泵挤出技术等。
挤出设备自动化的技术进步相当迅速，微机已普遍应用在挤出设备上。挤出设备的自动化
是建立在挤出设备的机械化、联动化基础上的。一台挤出设备包括其配套装置以及联动化的各种装置，一般都有10台以上的装置，有的多达30 多台装置。一套如此复杂的成套挤出设备没有自动化控制是无法想象和无法运行的。因此，现代化的成套挤出设备，其自动化控
制已成了必备的配置。复合胎面挤出联动线的自动化是挤出联动线比较典型的代表。一是半成品检测的自动化：胎面通过激光扫描测厚装置将信号输入微机，经微机处理，可得到实时胎面轮廓的数据，并自动显示或打印出胎面的轮廓及其各部位的数据。二是自动实现联动线各装置的闭环控制和速度的匹配，并自动检测各装置的运行参数，如：挤出机的转速、电流值、机头胶料的压力、温度以及挤出机螺杆机筒的温度、口型板的温度、传送带的输送速度、缓冲层压延机的电流值、快速辊道的速度、切割胎面的长度、喷胶浆长度、胎面单位长度重量、每条胎面的重量等，以上数据均进行自动显示和打印。三是自动生成每个瞬时的管理报告，如：生产胎面的规格、生产胎面条数的给定值、合格胎面总数、废品胎面总数、合格品中正负公差时条数以及各台挤出机的最高温度等。挤出机生产线实现自动化控制和自动化管理，使整条生产线的各个装置变成了高效能的有机整体，对保证产品的质量、降低成本、降低劳动强度有重要意义。
挤出生产线最大的变化是挤出机机头的形状。当今的技术使我们能模拟胶料在挤出机中的流动。挤出机设计人员将模拟情况与现时的机械技术相结合，用一块钢材便能加工出理想的挤出机机头。用挤出机进行多种胶料挤出时，机头的几何形状更复杂。一般垂直地重叠布置三种胶料(三复合)和四种胶料(四复合)挤出生产线的挤出机，挤出机的前端在机头处会聚。胶料通过机头内部的不同流动通道被直接送入所需的断面口型部位，然后根据轮胎生产的质量要求换上尺寸合适的最终口型。
桂林橡胶工业研究设计院近年开发出三复合、四复合挤出胎面生产线，其供料全部采用销钉机筒冷喂料挤出机，挤出橡胶质量和节能效果明显。内蒙古富特橡塑机械公司研制的销钉冷喂料挤出机在安徽合肥佳通公司等处取代开炼机作为钢丝压延机的供胶系统，一条生产线减少装机功率560千瓦，投资费用减少30％～40％。
已开发出多种检测挤出质量的工具。以前，检测挤出质量的主要工具是靠钢尺和卡尺。虽然用这种检测工具能满足当时的需求，但是，检测结果不太理想，因为这完全取决于检测人员的检测水平。现在的检测工具包括，检测胶片实际挤出宽度的生产线用扫描仪和激光断面检测系统，它们的检测效果很准确，大大地降低了人工检测的误差[8]。
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