Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОТЕКТОРА ШИН ЭКСТР УДИРОВ АНШМИ (ШПРИЦОВАННЫМИ) ЗАГОТОВКАМИ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПО РАСЧЕТУ ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ 9
1.1. Методы изготовления заготовок протектора пневматических шин из экструдата резиновых смесей и применяемое оборудование 9
1.2. Теоретические и экспериментальные представления по описанию процессов отбора заготовок из полимерных материалов после экструзии 23
1.2.1. Свободное восстановление экструдата после выхода из формующих каналов 24
1.2.2. Размерообразование экструдата при внешнем растягивающем усилии 30
1.3. Выводы по главе и постановка задачи исследования 39
ГЛАВА П. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТБОРА ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ШИРОКИХ ЛЕНТ РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ ПРИ НАВИВКЕ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ШИРИНЫ (ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ) ' 41
2.1. Формулировка задачи теоретического исследования 41
2.2. Математическая модель и метод расчета отбираемых с постоянным натяжением участков широкой ленты экструдата из вязкоупругого материала (установившиеся участки) 42
2.3. Модель размерообразования переходных при изменении натяжения участков навиваемой ленты экструдата и метод расчета обусловленных ими характеристик статической неуравновешенности кольцевых заготовок 57
2.4. Выводы по главе 69
ГЛАВА Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАВИВКИ КОЛЬЦЕВЫХ
ЗАГОТОВОК ПРОТЕКТОРА АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОКРЫШЕК ИЗ ШИРОКОЙ ЛЕНТЫ ЭКСТРУДАТА РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ 71
3.1. Формулировка задачи экспериментального исследования
3.2. Определение реологических констант резиновых смесей
3.3. Исследование установившихся при постоянном натяжении процессов отбора широких лент экструдата резиновой смеси SO
3.3.1. Описание методики исследования и экспериментальной установки 80
3.3.2. Обработка и обсуждение экспериментальных результатов, оценка их сходимости с теоретическими 83
3.4. Исследование переходных при изменении натяжения участков лентообразного экструдата резиновой смеси и оценка их влияния на статическую неуравновешенность навиваемого протектора 95
3.4.1. Методика экспериментальной оценки статического дисбаланса кольцевой заготовки протектора 97
3.4.2. Оценка долевого вклада дисбаланса навитой протекторной заготовки в общую статическую неуравновешенность автомобильной покрышки ЮЗ
3.5. Выводы по главе 104
ГЛАВА ІУ. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 106
4.1. Метод расчета рациональных параметров процессов и оборудования для навивки протектора автомобильных покрышек широкой шприцованной лентой 106
4.I.I. Основные исходные положения 106
4.1.2. Алгоритм расчета процесса и оборудования при навивке протектора с вытягиванием ленты резиновой смеси от профилирующей головки до намоточного барабана Ш
128
4.1.3. Расчет параметров процесса и оборудования при изменении ширины навиваемой ленты вырезкой Ї27
4.1.4. Метод расчета процесса и оборудования для варианта с разделением участков свободного отбора (минимальное натяжение) и вытягивания навиваемой ленты
4.1.5. Выбор оптимальной технологии навивки протектора вытягиваемой от витка к витку широкой, лентой резиновой смеси 132
4.2. Синтез механизмов и разработка рациональных конструкций оборудования для навивки протектора пневматических шин широкой шприцованной лентой *37
4.2.1. Конструирование механизмов и узлов оборудования и проектирование экспериментально-промышленной установки для навивки протектора 137
4.2.2. Опытно-промышленная проверка эффективности разработанного устройства и выбранной технологии изготовления протекторных заготовок 146
4.2.3. Основные направления дальнейшего совершенствования оборудования для изготовления протекторных заготовок из широкой шприцованной ленты 149
4.3. Выводы по главе 154
ГЛАВА У. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 156
ЛИТЕРАТУРА 159
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, 177
ПРИЛОІЕНИЯ 179
- Методы изготовления заготовок протектора пневматических шин из экструдата резиновых смесей и применяемое оборудование
- Формулировка задачи теоретического исследования
- Формулировка задачи экспериментального исследования
- Метод расчета рациональных параметров процессов и оборудования для навивки протектора автомобильных покрышек широкой шприцованной лентой
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС предусмотрено значительное увеличение масштабов создания, освоения и внедрения в производство новой высокоэффективной техники, обеспечивающей рост производительности труда, снижение материалоемкости и энергоемкости производства, улучшение условий труда и качества выпускаемой продукции /58/.
В шинной промышленности интенсификация производства характеризуется тенденцией к расчленению процессов сборки покрышек на ряд автоматизированных технологических переходов, объединяемых в общий поток на оборудовании, построенном по блочно-модульному принципу /7,79/. Это открывает перспективы использования автоматических манипуляторов и создания на базе роботизированных машин гибких автоматизированных производств, позволяющих обеспечить быстросменный массовый выпуск шин при оптимальной дифференциации и концентрации операций технологического процесса /63/.
Важным звеном в повышении эффективности процессов и оборудования для сборки и ремонта покрышек пневматических шин является совершенствование методов и устройств для изготовления и наложения заготовки протектора, поскольку они во многом определяют производительность труда, качество покрышки, уровень механизации и автоматизации производства /71/.
Недостатки традиционного метода изготовления протекторной заготовки на протекторных агрегатах с охлаждением и резкой шприцуемой полосы на отрезки мерной длины, а именно, применение ручного труда, статическая неуравновешенность покрышек ввиду разброса стыкуемых при наложении заготовок по длине, снижение прочности связи заготовки с другими деталями покрышки вследствие охлаждения - привели к поиску прогрессивных способов формирования протектора. Среди них можно выделить три основных направления: изготовление протектора методами литья; прессование протекторной заготовки из крошки резиновой смеси; наложение смеси лентой методами навивки.
Литьевые методы позволяют при малооперационной технологии изготовления покрышки значительно повысить прочность связи протектора в покрышке и улучшить равномерность распределения резины по ее периметру. Однако развитие оборудования для их реализации /б/ сдерживается разработкой и освоением эффективных материалов для литья, конкурентоспособных по отношению к традиционным высокомолекулярным каучукам. Поэтому литьевая технология пока находит применение для шин малоответственного назначения.
Второе направление /30/ открывает перспективы использования промышленных отходов резины и применения композиций на основе высоковязких каучуков, не перерабатываемых традиционными методами формования (экструзия, каландрование). Это ведет к повышению износостойкости протектора и срока его службы. Технологический процесс изготовления протекторной заготовки характеризуется в данном случае высокими требованиями к качеству приготовления исходной композиции и ее распределения в прессующих зазорах оборудования /104/ поскольку при неравномерном распределении резиновой крошки по периметру протекторного браслета, усугубляемом последующей вытяжкой браслета при наложении на заготовку покрышки, возрастают эффекты неоднородности и статической неуравновешенности последней.
Вероятно, поэтому в отечественную и мировую практику быстрее внедряются методы навивки протектора из ленты резиновой смеси /8/, профилируемой на червячной машине или каландре или при комбинации элементов экструзионного и валкового оборудования /135/.
Несмотря на примеры эффективного использования оборудования для изготовления протектора из каландрованной ленты /84/ (перера- ботка более вязких резиновых смесей, высокие скорости профилирования) , навивка протекторных заготовок экструдированной (шприцованной) лентой вызывает повышенный интерес в связи с тенденцией внедрения червячных машин с загрузкой холодных смесей /23/ возможностью организации холодного питания и безотходной технологии получения навиваемого протектора. Это ведет к сокращению технологического цикла, облегчает компановку оборудования в автоматизированных комплексах для сборки покрышек и позволяет охватить формирование различных деталей протектора (беговой части, боковин, ми-нибоковин) при небольшом числе слоев, а, следовательно, наилучшей монолитности беговой части навиваемого протектора для варианта навивки широкой ленты резиновой смеси.
Разработка указанного варианта сдерживается отсутствием в научно-технической литературе достаточных данных по выбору технологических и конструктивных параметров оборудования, в особенности, применительно к высокоэффективному процессу изготовления протектора с вытягиванием навиваемой ленты резиновой смеси. Поэтому задача создания научно обоснованной методики расчета процессов и устройств и разработки рациональных конструкций оборудования для навивки протектора шин широкой шприцованной лентой является весьма актуальной.
Данная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процессов навивки заготовок протектора пневматических шин из широких лент экструдата резиновой смеси, разработке методов расчета основных конструктивных и технологических параметров оборудования и созданию его рациональных конструкций, обеспечивающих . автоматизацию процесса и повышение качества автомобильных покрышек.
Работа выполнена на кафедре "Полимерное машиностроение" Ярославского политехнического института в соответствии с планом новой техники МИНХИМНЕБТЕМАШа СССР, тематическими планами НИИШИНМАШа и -8-отраслевой лаборатории кафедры на 1976-1985 гг.
На защиту выносятся следующие результаты работы, имеющие научную новизну и практическую, ценность:
Математическая модель и метод расчета отбираемых с постоянным внешним усилием натяжения участков широкой ленты экструдата из вязкоупругого материала при навивке из ленты кольцевых заготовок.
Модель размерообразования переходных при изменении натяжения участков навиваемой ленты и метод расчета обусловленного ими статического дисбаланса навитой заготовки.
Метод расчета рациональных параметров процессов и устройств для навивки протектора шин широкой шприцованной лентой, включающий алгоритм поиска оптимального технологического процесса при навивке ленты, вытягиваемой от витка к витку.
Рациональные конструкции оборудования для навивки протектора шин широкой шприцованной лентой, разработанные в соответствии с методикой расчета и экспериментальными исследованиями.
Результаты проведенных исследований легли в основу при разработке "Экспериментально-промышленной установки для навивки протектора шприцованной лентой", индекс 30/79. Основные конструкторские решения, заложенные в установку и выполненные на уровне изобретений, использованы НИИШИНМАШем при разработке технической документации на линию автоматизированной сборки узла "брекерно-протектор-ный браслет" для легковых покрышек типа "Р", индекс Э316. Годовой экономический эффект от внедрения разработанного оборудования составит 102,6 тыс. руб.
Методы изготовления заготовок протектора пневматических шин из экструдата резиновых смесей и применяемое оборудование
Общий подход к решению многовариантных задач по созданию высокоэффективной техники потребовал организации поиска основного (базового) технологического принципа изготовления заготовок протектора шин и анализа методов описания соответствующих процессов переработки. Этот этап работы предшествует созданию теоретической и экспериментальной базы для расчета оптимальных параметров процессов и машин и разработке рациональных конструкций оборудования.
Основной массивной деталью протектора покрышки пневматической шины является его беговая часть, равномерностью распределения резины по периметру которой определяется важнейший эксплуатационный показатель покрышки - статический дисбаланс. В связи с этим ниже при рассмотрении способов и устройств для изготовления протектора главное внимание уделено формированию заготовки беговой части протектора.
Анализ практического состояния рассматриваемого вопроса на отечественных шинных и шиноремонтных заводах и литературных источников /19,72,75/ показал, что в настоящее время преобладает традиционный метод формования протектора на протекторных агрегатах с охлаждением, усадкой и резкой шприцованной массивной профильной заготовки на отрезки мерной длины, которые далее накладывают и стыкуют на заготовке покрышки, располагаемой на сборочном барабане. Метод значительно снижает общий уровень механизации и автоматизации операций по сборке покрышки, поскольку требует существенных затрат ручного труда сборщика. Это приводит к неоднородным показателям качества продукции, а стык протектора вследствие наблюдаемого на практике разброса протекторных заготовок по длине является основной причиной дисбаланса покрышек /24/. К тому же при наложении охлажденных заготовок уменьшается прочность связи протектора с другими деталями покрышки /31,64/, что также ухудшает ее эксплуатационные характеристики и в некоторых случаях приводит к расхождению стыка протектора /66/. Известные технологические приемы: шероховка протекторной заготовки, промазка клеем /9/, применение прослоечной резины и клейких лент /134/, механизированная корректировка длины заготовки перед наложением /110,121/ или при наложении /107/ на сборочный барабан, отбор заготовки с протекторного агрегата со спиральной замоткой в подогреваемую металлическую прокладку /65/ -лишь уменьшают степень влияния того или иного из недостатков метода.
Наибольший интерес в группе устройств, реализующих формирование протектора из мерных заготовок, представляет оборудование для наложения горячей заготовки, шприцуемой в компенсационную петлю и накладываемой на заготовку покрышки с резкой и стыковкой на сборочном барабане /9/. И здесь, как показывает практика, наибольшую трудность представляет обеспечение точной автоматизированной стыковки протектора, поэтому оборудование нашло применение только при восстановительном ремонте шин.
Формулировка задачи теоретического исследования
При построении математической модели процессов отбора широких экструдированных лент при навивке протектора автопокрышек необходимо иметь ввиду, что заданное трапецеидальной формой профиля протектора изменение ширины навиваемой ленты резиновой смеси достигается изменением усилия натяжения, воздействующего на ленту в направлении ее отбора от профилирующей головки червячной машины к намоточному барабану. Даже при ступенчатом характере изменения натяжения от витка к витку изменение ширины ленты вдоль навиваемого слоя, сопровождаемое изменением толщины, происходит не мгновенно, а в течение определенного времени. В начале каждой ступени вытягивания это приводит к образованию переходных участков в навиваемой ленте, где размерообразование ленты характеризуется переменными значениями ее ширины и толщины по длине переходного участка. Поскольку периметр навиваемой заготовки протектора на практике превышает длину участка отбора с вытягиванием, считаем, что всегда переходный участок в ленте сменяется участком, где величина усилия натяжения на каждом отдельном витке стабилизируется, и здесь процессы размерообразования экструдата можно рассматривать происходящими при постоянном натяжении. При этом размеры ленты стабилизируются до конечных значений, определенных для каждого навиваемого слоя.
Отметим также, что вследствие удовлетворительного адгезионного взаимодействия нагретой ленты резиновой смеси с достаточно жесткой кольцевой опорой, на которую ее навивают (заготовка покрышки), последующие изменения размеров в сдублированных слоях ленты в навитой кольцевой заготовке можно принять несущественными. Эти обстоятельства позволяют считать, что конфигурация навиваемого профиля будет определяться поперечными размерами ленты в конце участка ее отбора, в момент поступления на кольцевую опору.
В силу изложенного теоретическое описание рассматриваемых процессов целесообразно строить в два этапа. Вначале необходимо разработать математическую модель отбираемых с постоянным натяжением участков широкой ленты экструдата и метод расчета поперечных размеров ленты по длине установившихся участков. Это позволит перейти к следующему этапу - выбору модели размерообразования переходных участков навиваемой ленты и теоретической оценке вызываемой ими статической неуравновешенности протектора.
class3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАВИВКИ КОЛЬЦЕВЫХ
ЗАГОТОВОК ПРОТЕКТОРА АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОКРЫШЕК ИЗ ШИРОКОЙ ЛЕНТЫ ЭКСТРУДАТА РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ class3
Формулировка задачи экспериментального исследования
Цель экспериментальных исследований - оценка адекватности разработанного в главе 2 математического описания рассматриваемым процессам и выявление дополнительных данных, необходимых в комплексе с теорией для перехода к инженерной методике расчета оборудования, которые невозможно установить теоретическим путем. В соответствии с этим экспериментальная часть работы включает следующие этапы.
- Определение реологических констант протекторных резиновых смесей и проверка правомерности поиска констант одноосного растяжения по сдвиговым кривым течения смесей на стандартном реологическом оборудовании.
- Проверка справедливости принятых допущений и ожидаемого теоретического распределения поперечных размеров широкой ленты экструдата резиновой смеси на участках ее отбора с постоянным натяжением при технологическом режиме, близком к реальным производственным условиям. На данном этапе необходима разработка методики исследования и экспериментальной установки.
- Оценка предложенной модели переходных при изменении натяжения участков экструдата и справедливости основанного на ней метода расчета статического дисбаланса навиваемых заготовок. Здесь необходима разработка методики экспериментальной оценки практического распределения массы резиновой смеси по периметру заготовок и изготовление опытной партии браслетов с навитым протектором.
- Выявление некоторых предельных режимов проведения рассматриваемых процессов и допускаемых значений растягивающего напряжения при навивке ленты экструдата резиновой смеси.
- Практическая реализация выбранного технологического принципа изготовления протекторных заготовок для конкретного типоразмера автомобильной покрышки и статистическая оценка долевого вклада навитого протектора в общую статическую неуравновешенность покрышки. Этот этап предполагает изготовление опытной партии покрышек.
- Установление некоторых других экспериментальных зависимостей, необходимых для практического расчета оборудования, которые невозможно выявить на базе разработанного математического описания.
Метод расчета рациональных параметров процессов и оборудования для навивки протектора автомобильных покрышек широкой шприцованной лентой
Разработанное в главе 2 математическое описание процессов отбора широких лент экструдата при навивке кольцевых заготовок, а также приведенные в главе 3 результаты экспериментальных исследований позволили перейти к созданию инженерной методики расчета технологических режимов и проектирования оборудования, реализующего различные варианты технологического процесса.
Практической целью расчета в данном случае является научно-обоснованный выбор при заданных производительности процесса, профиле протекторной заготовки и реологических характеристиках резиновой смеси основных конструктивных параметров оборудования (геометрии головки, длины участка растяжения экструдата), а также рабочей программы управления силовыми (усилия натяжения) и кинематическими (скорости навивки) параметрами процесса, удовлетворяющих основным критериям качества навиваемого протектора. В качестве последних имеем ввиду: достижение заданной конфигурации профиля и массы навиваемой заготовки в пределах технологических допусков на изготовление, а также распределение массы резиновой смеси по периметру заготовки, удовлетворяющее допускаемым значениям дисбаланса протектора.
