Сборка покрышек из полуфабрикатов занимает особое место среди основных процессов производства резиновых изделий, так как представляет собой в основном совокупность механических операций подачи и соединения деталей.

Ранее сборка покрышек была одним из наиболее трудоемких процессов, и на его долю приходилось 35-45% от общей трудоемкости изготовления шин, а число рабочих, задействованных на сборке - 30-40% от общей численности занятых в производстве шин (на большинстве российских шинных заводах и сейчас дело обстоит именно так). Однако в настоящее время с появление высокоэффективных станков нового поколения сборка покрышек существенно облегчилась.

Сборку покрышек производят на станках, основным рабочим органом которых является сборочный барабан, на котором все детали соединяются в общую конструкцию. В зависимости от габаритных размеров и конструкции покрышки применяются различные методы и способы сборки [1].

Способы сборки покрышек классифицирую по применяемым сборочным барабанам, способу наложения слоёв, назначению сборочных станков.

Сборочный барабан является основным узлом сборочного станка и во многом определяет качество собираемых покрышек, её однородность, прочность, надёжность и долговечность, а также возможность механизации и автоматизации отдельных технологических операций.

Все барабаны для сборки покрышек объединяют в две группы: барабаны для сборки покрышек с диагональным или радиальным расположением нитей корда в каркасе. По форме образующей наружной поверхности различают сборочные барабаны полуплоские и плоские, полудорновые и дорновые. В свою очередь для сборки покрышек сборочные барабаны разделяют на складывающиеся, разборные и разжимные; с изменяющимися и неизменяющимися геометрическими размерами в процессе сборки [2].

Плоские барабаны бывают складывающиеся и нескладывающиеся. Собираемая покрышка на этом барабане имеет цилиндрическую форму, сильно отличающуюся от формы готовой покрышки (перед вулканизацией необходимо формовать). На этих барабанах можно собрать покрышку только с одним крылом в борту, т.к. в процессе формования каркас подвергается значительной вытяжке и изменяется положение крыльев в бортах. Полуплоский барабан отличается от плоского тем, что торцевая часть его имеет плечики, на которых фиксируется крыло и осуществляется заделка бортовой части покрышки. Собранная на полуплоском барабане сырая покрышка имеет форму цилиндра, края которого по диаметру меньше, чем средняя часть. Для того чтобы собранную покрышку можно было снять с барабана, необходимо предусмотреть возможность уменьшения его длины по окружности (применяются складывающиеся и уменьшающиеся по диаметру барабаны). Складывающиеся полуплоские барабаны состоят из 4 или 6 секторов и механизма для складывания и развертывания барабана. Сектора попарно связаны между собой, складывание и развертывание происходит автоматически. При нажатии тормоза за счет центробежных сил сектора поворачиваются на некоторый угол, вынуждая барабан сложиться. При включении станка барабан начинает развертываться, центробежная сила заставляет сектора барабана повернуться, и он принимает цилиндрическую форму. Недостаток: после складывания барабан принимает эллипсовидную форму, не позволяющую снять покрышку без некоторой деформации борта. Этот недостаток привел к созданию секторных барабанов, сектора которых перемещаются в радиальном направлении при помощи кольцевых воздушных цилиндров [1].

На рисунке 1.1 представлен жёсткий металлический полуплоский барабан.

1 сектор барабана; 2 рычажная муфта; 3,4 рычаги; 5 крестовина; 6 плечики; 7 корона; 8 рукоятка тормоза; 9 тормоз; 10 полый вал

Рисунок 1.1 Жесткий металлический полуплоский барабан станка для сборки покрышек

Полудорновые барабаны используются для сборки многослойных покрышек с двумя и более крыльями в борте. Отличительной особенностью является наличие плечиков, имеющих форму, близкую по своему очертанию к форме борта готовой покрышки. В шинной промышленности наибольшее распространение получили четырех и шестисекторные барабаны без съемных и со съемными плечиками

Дорновые барабаны - при их использовании получают покрышку, близкую по форме к готовому изделию и не требующую формования перед вулканизацией. Однако вследствие сложности снятия покрышки с барабана его приходится делать разборным, что существенно снижает производительность. Помимо этого, покрышка, собранная на таком барабане, имеет складки, дефекты. Вследствие этих причин такие барабаны не нашли широкого применения [1].

На рисунке 1.2 представлено поперечное сечение сборочных барабанов с собранными покрышками.

Увеличение выпуска радиальных покрышек - генеральное направление шинной промышленности во всех странах. Проекты вновь строящихся и реконструируемых шинных заводов предусматривают производство в основном шин этого типа. Все более широкое распространение получают радиальные покрышки с металлокордом в каркасе и брекере для автомобилей, автобусов, тракторов, строительно-дорожных машин, эксплуатируемых на дорогах с различными типами покрытий. Эти преимущества в наибольшей мере проявляются на усовершенствованных автотрассах.

Грузовые и автобусные шины с металлокордом в каркасе и брекере (ЦМК) с точки зрения современного состояния и тенденции развития шинной промышленности являются наивысшим достижением. По комплексу таких показателей, как максимальная скорость, топливная экономичность, ремонтопригодность, способность к утилизации, себестоимость производства и другие ЦМК шины опережают все известные конструкции грузовых шин. По имеющимся данным, более 90% грузовых радиальных шин, применяемых в Европе, это ЦМК шины. В условиях рыночных отношений грузовые камерные шины комбинированной конструкции оказываются неконкурентоспособными с ЦМК шинами.

Применение металлокорда в каркасе грузовых шин, по сравнению с шинами с текстильным кордом в каркасе позволяют: стабилизировать габариты; снизить теплообразование в процессе эксплуатации на 15-20°С; повысить грузоподъемность на 10 %; увеличить скоростные характеристики; повысить полный ресурс шины с учетом многократного восстановления протектора на 70-100 %. ЦМК шины пригодны к 4-5 кратному восстановлению, что в 1,7-2 раза выше, чем у шин комбинированной конструкции. Следовательно, потребности автотранспорта в шинах могут быть удовлетворены значительно меньшим (в 1,5-2 раза) объемом выпуска шин [4].

Шины выпускаются с различным посадочным диаметром: 17,5"; 19,5", 22,5" и 24,5". При этом происходит постоянное снижение высоты профиля, то есть отношение Н/В уменьшается с 0,9 до 0,45 при одновременном увеличении несущей способности, скоростных характеристик, снижении расхода топлива и массы шины.

При проектировании ЦМК шин учитывают существенные отличия металло-корда как конструкционного материала по сравнению с текстильным кордом: он практически нерастяжим, имеет во много раз более высокую прочность, изгибную жесткость, усталостную выносливость, теплопроводность. Поэтому при применении в шинах однослойного каркаса из металлокорда требуется разработка новых подходов при их проектировании.

Особенности конструирования профиля ЦМК шин заключается в том, что расчетная конфигурация средней линии каркаса совпадает со средней линией каркаса по пресс-форме и параллельна внутреннему профилю. В тоже время средняя линия каркаса комбинированных шин смещена к наружной поверхности шины и не параллельна внутреннему профилю покрышки, так как в комбинированных шинах с многослойным каркасом из полиамидного корда применяется закрытая схема борта или открытая с высокими заворотами. Поэтому при накачивании ЦМК и комбинированных шин происходит различное изменение профиля.

Несовпадение конфигурации средней линии каркаса в комбинированных шинах с конфигурацией каркаса по пресс-форме, а также различное изменение профиля при накачивании у ЦМК и комбинированных шин приводит к различному выбору конфигурации профиля боковой стенки по пресс-форме, длины нити каркаса, раздвига сборочного барабана, а также проектированию беговой дорожки в зоне кромок брекера.

Применение однослойного каркаса из металлокорда с открытой схемой борта обуславливает высокие требования по точности расположения деталей в шине, четкой симметрии заворотов слоя каркаса, определенному взаимному расположению кромок металлокордной бортовой ленты и заворота слоя каркаса. Эти требования особенно ужесточаются особенно для бескамерных шин, имеющих низкие завороты слоя каркаса. Завороты слоя каркаса должны быть на 15-30 мм выше закраины борта.

Применение такой конструкции плечевой зоны позволяет увеличить ширину брекера, уменьшить напряжение сдвига по краю брекера, прогиб под нагрузкой, повысить изгибную жёсткость брекера, его жёсткость на растяжение и ширину профиля, обеспечить равномерное распределение контактных давлений по ширине беговой дорожки и снизить на 35% интенсивность износа рисунка протектора.

Для достижения напряжений по кромкам металлокордных деталей в борте, уменьшения опасности расслоений в этой зоне и обеспечения плавного перехода от массивной бортовой части к более тонкой боковине, исключения течения резин и образования наплывов, приводящих к образованию дефекта "окружные трещины" в бортовой зоне, на заворот слоя каркаса и кромку металлокордной ленты накладывают резиновые детали специального профиля [4].

Наличие выступов на профиле деталей имеет принципиальное значение, поскольку при сборке покрышки по выступам указанных деталей центрируются кромки каркаса и металлокордных бортовых лент. Это надёжно гарантирует их несовпадение в готовой покрышке и обеспечение тем самым в эксплуатации отсутствие дефектов в бортовой зоне и высокую работоспособность шин.

В мировой практике в ЦМК шинах применяют навитые из одиночной проволоки кольца сложного сечения (круг, шестигранник, параллелограмм). Наполнительный шнур изготавливается из двух деталей. Применение составного наполнительного шнура, нижняя жесткая часть которого расположена в зоне контакта борта и обода, а мягкая в зоне наибольшей поперечной силы снижает начальные и дополнительные напряжения в опасных сечениях.

Особые требования предъявляются к резинам ЦМК шин по прочностным, жесткостным, когезионным и адгезионным свойствам в различных деталях: протектора, каркаса, брекера, деталей борта, гермослоя. Для ЦМК шин предпочтительно применение резин на основе НК. Особые требования, предъявляемые к равномерности и прямолинейности расположения нитей металлокорда в однослойном каркасе, обусловили обязательное применение резин на основе НК для обрезинивания металлокорда и технологической прослойки.

В бескамерных металлокордных шинах резины гермослоя и технологической прослойки должны выбираться так, чтобы обеспечить требуемую герметичность и не проникать между нитями металлокорда. Проникновение резины гермослоя между нитями каркаса приводит к образованию микротрещин и последующего разрушения каркаса. Указанные проблемы решаются применением хлорбутил каучука (ХБК) в гермослое, выбором его оптимальной толщины и величины раздвига сборочного барабана при изготовлении каркасного браслета [4].

Каркас и брекер ЦМК шин выполняют самостоятельные функции, определяющие работоспособность шины в целом:

каркас выполняет несущую функцию, не влияя на сцепные свойства;

брекер влияет на удержание дороги шиной и стойкость к истиранию протектора, не оказывая влияние на грузоподъёмность.

Такое разделение функций позволило оптимизировать эксплуатационные свойства обеих частей ЦМК шины, наилучшим образом обеспечить передачу движения при наименьшем поглощении мощности, максимальном сцеплении с дорогой, минимальном износе и максимальной ходимости. Бескамерный вариант ЦМК шин улучшает охлаждение шины и, соответственно, позволяет повысить максимально допустимую скорость, а применение глубокого обода с увеличенным посадочным диаметром и его внутренним пространством позволяет автолюбителям применить более мощные тормоза, улучшить безопасность.

Эксплуатационные характеристики ЦМК шин обусловлены особенностями их конструкции и рецептуры резин. Меньшая толщина однослойного каркаса ЦМК шин, по сравнению с комбинированными, снижает теплообразование, утомляемость и вероятность расслоения между деталями шины. Внедрение в качестве наполнителя шинных резиновых смесей осаждённой кремнекислоты также снижает теплообразование при работе шины. Это позволило увеличить толщину подканавочного слоя протектора и таким образом снизить вероятность механических повреждений брекера и обеспечить возможность углубления изношенного рисунка протектора путём нарезки, заметно увеличить доремонтный срок службы шины.

ЦМК шины по своим инженерно-техническим решениям коренным образом отличаются от ранее освоенных шинных изделий. При изготовлении однослойной шины с металлокордом в каркасе значительно повышаются требования к прецизионности технологического процесса. Нестабильность свойств ЦМК шин существенно снижает её ходимость и эксплуатационные характеристики, практически исключает возможность эффективного восстановительного ремонта.

Минимальные гистерезисные потери и благоприятный температурный режим обуславливают высокий запас усталостной прочности каркаса, прочности связи корда с резиной. Всё это в сочетании с практическим отсутствием разнашивания в эксплуатации сообщает ЦМК шинам высокую ремонтопригодность, возможность многократного восстановления протектора и, в результате, обеспечивает суммарный эксплуатационный ресурс, почти вдвое больше чем у комбинированных шин.

Повышенная износостойкость ЦМК шин, многократная ремонтопригодность и экономичность расхода топлива автотранспорта благоприятно сказывается на экологии за счет значительного уменьшения загрязнения окружающей среды выхлопными газами, пылевидными частицами резины и снижения количества свалок из непригодных к утилизации шин.

Технология модульных ЦМК шин, помимо совмещения с технологией многократного восстановления протектора, может легко совмещаться ещё с двумя перспективными разработками: использованием для выпуска ЦМК шин олигомерных композиций на основе полиуретанов и введением в беговую часть их протектора карборундовых гранул. Совместное использование этих разработок обеспечивает повышение ходимости шин, снижение расхода топлива, улучшение управляемости автомобилем в осенне-зимний период, высокую их экологичность и конкурентоспособность на внутреннем рынке и за рубежом [5].

1.3 Оборудование для совмещенной сборки ЦМК шин с использованием принципов поточных линий