Способ и установка для вулканизации покрышек пневматических шин - RU2136494C1

Описание

Предлагаемое изобретение касается процесса вулканизации покрышек пневматических шин различного назначения. Для осуществления технологического процесса вулканизации сырых покрышек пневматических шин обычно используется вулканизационный пресс. Это устройство способно обеспечить необходимую кинематику перемещений и трансформации вулканизационной формы и подачу к вулканизируемой покрышке необходимого для осуществления процесса вулканизации количества тепловой энергии. Такой обычно используемый вулканизационный пресс имеет в своем составе средства захвата, необходимые для зацепления данной вулканизационной формы с целью ее перемещения на последующие этапы технологического процесса, а также механизмы, обеспечивающие необходимое открытие и закрытие вулканизационной формы. При такой схеме построения технологической установки специальные механизмы, предназначенные для загрузки в вулканизационную форму сырой покрышки пневматической шины и выемки из этой формы готовой вулканизированной покрышки вне периодов осуществления этих технологических операций с вулканизационной формой, остаются обездвиженными.

При этом следует иметь в виду, что вулканизация сырой резины представляет собой относительно медленный процесс, который требует выдерживания покрышки в закрытой вулканизационной форме в течение времени, изменяющегося в зависимости от размеров вулканизируемой в данном случае покрышки в диапазоне от нескольких минут до нескольких часов. Кинематические механизмы вулканизационного пресса, незадействованные на протяжении всего времени осуществления процесса вулканизации, могут составлять значительную часть в общей стоимости данного вулканизационного пресса. Отсюда следует вывод о недостаточно эффективном использовании вложенных в этот вулканизационный пресс средств.

С целью повышения эффективности капиталовложений в области систем вулканизации покрышек пневматических шин были предложены также системы, которые условно можно было бы назвать "коллективными". Специальное устройство для манипуляции с сырыми и вулканизированными покрышками обеспечивает укладку сырой покрышки в вулканизационную форму и выемку ее оттуда, после завершения процесса вулканизации. По окончании процесса загрузки или выгрузки данной вулканизационной формы она покидает зону устройства манипуляции с покрышками и остается в ожидании следующей фазы манипуляции, находясь, например, в карусельной камере, где эта вулканизационная форма подвергается воздействию средств нагрева, таким же образом, как это обычно происходит в индивидуальном вулканизационном прессе. Пример технологической установки подобного типа описан в американском патенте US 3477100. Разумеется, использование таких систем тем более выгодно и эффективно, чем большей является в данном случае продолжительность процесса вулканизации.

Предлагаемое изобретение имеет целью усовершенствовать эти системы, в которых данная вулканизационная форма не остается привязанной к прессу в течение всей продолжительности процесса вулканизации. Действительно, если эти системы обеспечивают лучшее и более эффективное использование механизмов, манипулирующих с вулканизационными формами, то проблемы при их практическом использовании возникают в части обеспечения передачи к вулканизационным формам необходимой тепловой энергии на протяжении всего процесса вулканизации покрышек пневматических шин. В частности, то обстоятельство, что формы в таких системах перемещаются в процессе вулканизации, существенно усложняет связи, позволяющие подвести поток текучего теплоносителя, транспортирующего энергию вулканизации, к каждой вулканизационной форме. Вследствие этого при любых конфигурациях систем подобного типа повышение рентабельности капиталовложений оказывается далеко не таким значительным, как можно было бы предполагать.

Именно поэтому практическое применение систем вулканизации такого типа остается весьма ограниченным.

Предлагаемое изобретение основывается на идее воспользоваться достаточно большой собственной теплоемкостью вулканизационных форм покрышек пневматических шин для передачи данной форме того количества тепловой энергии, которое необходимо для осуществления процесса вулканизации. Для этого можно осуществить интенсивную передачу тепловой энергии собственной массе данной вулканизационной формы за очень короткий промежуток времени. После этого запасенная тепловая энергия может постепенно передаваться от формы к вулканизируемой покрышке.

Способ вулканизации покрышек пневматических шин, предлагаемый данным изобретением, состоит из следующих операций: размещение каждой сырой покрышки пневматической шины в вулканизационной форме, обладающей значительной собственной теплоемкостью, и сообщение этой форме за короткий промежуток времени, по меньшей мере, части той тепловой энергии вулканизации, которая должна быть сообщена данной покрышке извне, причем нагревание формы осуществляется весьма интенсивно; прекращение упомянутой выше передачи тепловой энергии к форме и последующее выдерживание покрышки в данной форме в течение времени, необходимого для осуществления процесса вулканизации за счет передачи тепла от формы к покрышке; извлечение готовой покрышки из ее вулканизационной формы после завершения реакции вулканизации.

Полное время вулканизации определяется законом вулканизации и может быть без особых затруднений определено специалистом в соответствующей области техники. Это время представляет собой продолжительность периода, в течение которого вулканизируемую покрышку выдерживают при заданной обычно постоянной температуре и под некоторым механическим давлением с тем, чтобы исключить появление пузырьков газа в толще каучука или сырой резины и обеспечить придание покрышке необходимой окончательной формы. Упомянутая выше необходимая продолжительность процесса вулканизации определяется как разность между полным временем технологической операции и упомянутым выше коротким промежутком времени нагрева вулканизационной формы. В приложении к данному изобретению этот относительно короткой промежуток времени, по меньшей мере, не превышает половины полного времени осуществления данной технологической операции. Практическое использование данного изобретения оказывается тем более выгодным, чем более продолжительным является этот необходимый для осуществления процесса вулканизации период после упомянутого выше относительно короткого времени нагрева вулканизационной формы.

Известно, что для качественной вулканизации покрышки пневматической шины желательно подавать к ней тепловую энергию одновременно как снаружи, так и изнутри. Для сообщения покрышке необходимой тепловой энергии снаружи используется нагретая вулканизационная форма. Что же касается подвода тепла к покрышке изнутри, здесь используют, например, нагретую распирающую текучую среду, обычно содержащуюся в мягкой непроницаемой оболочке. В предпочтительном варианте практической реализации предлагаемого изобретения вся совокупность той энергии вулканизации, которая должна, быть передана покрышке через вулканизационную форму, сообщается ей на специальной станции нагрева.

Предлагаемый таким образом метод вулканизации покрышек пневматических шин приводит к необходимости передачи вулканизационной форме весьма большого количества, тепловой энергии за относительно короткий промежуток времени. Для того, чтобы не превысить заданной для вулканизации данной покрышки температуры, тепловая энергия в предпочтительном варианте подается и подводится со стороны вулканизационной формы, противоположной формуемым поверхностям покрышки. В процессе передачи тепловой энергии к форме некоторые части этой формы, те, например, к которым непосредственно подводится тепловая энергия, могут оказаться перегретыми до температуры, значительно превышающей требуемую температуру вулканизации. Замечено, однако, что можно обеспечить такой режим функционирования вулканизационной установки, при котором тепловая энергия вулканизации, сообщенная форме, постепенно переходит к вулканизируемой покрышке и эта покрышка оказывается нагретой совершенно равномерно, причем все зоны этой покрышки достигают температуры, которая остается внутри достаточно узкого допуска, окружающего теоретически необходимую температуру вулканизации.

В предпочтительном варианте практического применения способа в соответствии с предлагаемым изобретением сразу же после окончания передачи форме того количества тепловой энергии, которое необходимо для вулканизации данной покрышки, эта форма вместе с располагающейся в ней покрышкой перемещается в специальную камеру, где она выдерживается в течение времени, необходимого для осуществления реакции вулканизации. В этой камере ожидания до завершения реакции вулканизации данной покрышки сдерживается теплопередача и выполнение других операций, предписанных для другой вулканизируемой покрышки.

Другой аспект предлагаемого изобретения касается устройства для вулканизации покрышек пневматических шин, которое содержит установку, позволяющую поддерживать введенную в вулканизационную форму покрышку пневматической шины, причем упомянутая выше установка содержит специальные средства, позволяющие подвести к содержащей покрышку форме или, по меньшей мере, к некоторой ее части тепловую энергию, необходимую для вулканизации, которая должна быть сообщена данной покрышке извне. Упомянутая выше установка, содержит, кроме того, по меньшей мере одну вспомогательную камеру, позволяющую выдерживать данную покрышку вместе с ее вулканизационной формой в состоянии изоляции от окружающей среды с целью ограничения тепловых потерь в течение времени, необходимого для осуществления процесса вулканизации.

Таким образом, предлагаемая установка для вулканизации покрышек пневматических шин, уложенных в вулканизационные формы, содержит централизованный пункт нагрева, этих форм, имеющий в своем составе специальные средства, которые могут быть присоединены к данной вулканизационной форме в период ее нахождения в упомянутом выше пункте централизованного нагрева в течение времени, необходимого для передачи этой форме необходимого количества тепловой энергии, а также содержит средства, позволяющие перемещать данную вулканизационную форму после ее отсоединения от средств передачи тепловой энергии в дополнительную или вспомогательную камеру ожидания, где в основном и осуществляется процесс вулканизации данной покрышки, по меньшей мере, частично проходящий под действием тепловой энергии, запасенной данной вулканизационной формой в упомянутом выше пункте нагрева.

Для обеспечения передачи вулканизационной форме требуемого количества тепловой энергии возможно использование различных технических решений. Приведенное ниже описание одного из возможных вариантов практической реализации установки в соответствии с предлагаемым изобретением представляет устройство, в котором для нагревания вулканизационных форм используется магнитная индукция. В этом случае необходимо, чтобы некоторая и достаточно большая части используемой вулканизационной формы была выполнена из металла, обладающего магнитными свойствами. Это необходимо для того, чтобы можно было вызвать появление в теле данной вулканизационной формы токов Фуко.

Разумеется, могут быть рассмотрены и другие возможные способы нагрева вулканизационных форм, такие, например, как контактный нагрев или нагрев инфракрасными лучами. При этом предлагаемое изобретение ни в коем случае не ограничивается приведенным в следующем ниже описании примером его практической реализации, который дан здесь только для лучшего понимания сути и принципа предлагаемого изобретения.

С целью придания предлагаемой вулканизационной установке возможно большей компактности процесс введения сырой покрышки в вулканизационную форму и нагрев этой формы осуществляется в одном и том же месте. В этом случае специальное оборудование, позволяющее сообщить вулканизационной форме необходимую тепловую энергию вулканизации, встраивается в погрузочно-разгрузочный механизм, который обеспечивает необходимую кинематику для того, чтобы данная вулканизационная форма могла открыться для извлечения готовой покрышки и закрыться вокруг уложенной в нее сырой покрышки, подлежащей вулканизации. Таким образом, требуемая энергия вулканизации сообщается данной вулканизационной форме в период ее нахождения в погрузочно-разгрузочном устройстве. При этом имеется возможность начать нагрев данной вулканизационной формы до окончания ее полного закрытия.

Благодаря данному изобретению имеется возможность увеличить количество функций, выполняемых центральным устройством данной установки, и существенно упростить остальную часть этой вулканизационной установки, уже не используемую для передачи тепловой энергии покрышкам пневматических шин через вулканизационные формы, которые их окружают со всех сторон.

На приведенном к данному описанию единственном чертеже можно видеть в перспективе схематическое изображение вулканизационной установки в соответствии с предлагаемым изобретением.

На этом чертеже изображена камера 5, способная принять восемь вулканизационных форм 1, содержащих подлежащие вулканизации покрышки пневматических шин, на время, необходимое для осуществления процесса вулканизации. На приведенном чертеже можно различить нижнюю оболочку 10 вулканизационной формы, ее верхнюю оболочку 11 и кольцо секторов 12. Здесь речь может идти о дополнительных металлических деталях, непосредственно соединенных с упомянутыми выше оболочками и с упомянутыми выше секторами и выполненных в то же время любым методом, не имеющим отношения к предлагаемому изобретению.

Вулканизационные формы 1 удерживаются внутри камеры 5 при помощи поворотной карусели 51, способной принимать эти формы с размещенными в них покрышками на различные места, располагающиеся по окружности данной карусели. Для удержания вулканизационных форм данная карусель содержит балки 52, располагающиеся лучами от центра к периферии карусели. Каждая из балок 52 содержит кулису 53, оборудованную на внешнем своем конце специальным зажимом 54, позволяющим захватить вулканизационную форму 1.

Наружные стенки 50 камеры 5 покрыты специальным теплоизоляционным материалом, позволяющим ограничить тепловые потери из внутренней полости этой камеры. Тепловое электрическое сопротивление 56, встроенное в камеру 5, позволяет поддерживать температуру в ее внутренней полости на постоянном уровне, несмотря на тепловые потери через стенки камеры и потери тепла, вызываемые открытием входного люка 55 на время, необходимое для извлечения из данной камеры вулканизационной формы 1 или введения в нее этой формы. Даже если случайно какая-либо из вулканизационных форм введена в камеру 5 при температуре ниже той, которая установилась внутри этой камеры, это повлечет за собой такое тепловое состояние внутри этой камеры, которое нельзя будет рассматривать, как селективное привнесение тепловой энергии в данную вулканизационную форму. К тому же, в конструкции предлагаемого устройства вулканизации отсутствуют какие бы то ни было средства регулирования, связывающие управление этим электрическим тепловым сопротивлением 56 с температурой внутри камеры или с каким-либо параметром той или иной вулканизационной камеры в процессе ее нахождения во внутренней полости этой камеры 5.

Позицией 3 на приведенном в приложении к данному описанию чертеже обозначено устройство, позволяющее обеспечить необходимую кинематику вулканизационной формы и называемое погрузочно-разгрузочным устройством. Это устройство для манипуляций с вулканизационными формами содержит верхнюю балку 30, на которой подвешена верхняя плита 32, и нижнюю балку 31, на которой установлена нижняя плита. 33. Нижняя балка 31 является подвижной относительно верхней балки 30. Во всех случаях верхняя и нижняя балки 30 и 31 остаются параллельными друг другу.

Каждая вулканизационная форма 1 располагает своим собственным внутренним механизмом, жестко связанным с низшей оболочкой и содержащим мембрану обжатия покрышки посредством некоторой текучей среды, например, газообразного азота. Нижняя плита 33 устройства манипуляции вулканизационными формами содержит специальные средства для управления этим внутренним механизмом вулканизационной формы, позволяющие развернуть упомянутую выше мембрану внутри покрышки и втянуть ее вне этой покрышки.

По окружности верхней плиты 32 устройства манипулирования с вулканизационными формами располагаются боковые рычаги 34. Эти рычаги располагаются перпендикулярно плоскости верхней плиты 32 и имеют возможность сближаться или удаляться друг от друга в радиальном направлении. Такое движение боковых рычагов 34 позволяет обеспечить расхождение или сближение секторов вулканизационной формы. Таким образом, число упомянутых выше боковых рычагов 34 соответствует числу боковых секторов данной вулканизационной формы. Каждая из плит 32, 33 устройства манипуляций с вулканизационными формами содержит специальный механизм (на приведенном чертеже не показан), позволяющий ей зацепиться за одну из боковых оболочек данной вулканизационной формы. Конец боковых рычагов 34 может быть заблокирован или разблокирован на наружной поверхности каждого из секторов данной вулканизационной формы, на стороне, противоположной их формообразующим поверхностям. Плиты 32 и 34, а также каждый из боковых рычагов 34, оборудованы индукторами 42, которые позволяют обеспечить передачу тепловой энергии вулканизационным формам посредством индуктивной связи.

На приведенном к данному описанию чертеже вулканизационная установка в соответствии с предлагаемым изобретением показана в тот момент цикла своего функционирования, когда происходит либо введение вулканизационной формы с уложенной в нее покрышкой во внутреннюю полость камеры 5, либо извлечение из этой камеры 5 вулканизационной формы по завершении процесса вулканизации располагающейся в ней покрышки пневматической шины. В обоих упомянутых выше случаях данная вулканизационная форма закрыта и содержит покрышку пневматической шины.

Функционирование установки в соответствии с предлагаемым изобретением происходит следующим образом. В предположении, что данная вулканизационная форма 1 только что извлечена из камеры 5, нижняя балка 31 приподнимается до такого уровня, на котором нижняя плита 33 касается данной вулканизационной формы 1 и фиксируется на ее нижней оболочке 10. Зажим 54 отпускает вулканизационную форму 1 (отсоединяется от нее) и кулиса 53 втягивается внутрь камеры 5. Нижняя балка 31 продолжает подниматься вплоть до того момента, когда эта форма 1 войдет в механический контакт с верхней плитой 32. Эта верхняя плита при помощи упомянутых выше средств фиксируется на верхней оболочке формы 11. Затем все боковые рычаги 34 сближаются с вулканизационной формой 1 и фиксируются на соответствующих секторах 12.

Отметим, что в составе установки в соответствии с предлагаемым изобретением можно использовать самоблокирующиеся вулканизационные формы того типа, который описан в американском патенте US 4895692. Этот патент описывает специальную кинематику открытия и закрытия вулканизационной формы. Все подробности предложенной кинематики вулканизационной формы этого типа можно узнать из описания упомянутого выше патента.

На описываемой стадии функционирования вулканизационной установки в соответствии с предлагаемым изобретением форма 1 полностью жестко соединяется с погрузочно-разгрузочным устройством 3. Это устройство обеспечивает открытие вулканизационной формы 1 для извлечения из нее вулканизированной покрышки пневматической шины после того, как будет стравлено давление, имевшее место во внутренней полости покрышки (сокращение объема мембраны). Боковые рычаги 34 при этом расходятся в радиальном направлении, причем каждый из них увлекает за собой боковой сектор вулканизационной формы. Подвижная нижняя балка 31 может опуститься до уровня, который позволяет консоли 35В эвакуировать вулканизированную покрышку, извлеченную из данной вулканизационной формы. Затем консоль 35А может подать для введения в эту вулканизационную форму сырую покрышку на нижнюю плиту 33 и технологический цикл может начаться снова, а именно: закрытие вулканизационной формы, содержащей сырую покрышку пневматической шины и разворачивание мембраны внутри этой покрышки, нагрев данной вулканизационной формы до необходимой температуры, захват этой формы специальным зажимом кулисы 53, введение данной вулканизационной формы во внутреннюю полость камеры 5.

После этого погрузочно-разгрузочное устройство вулканизационной установки в соответствии с предлагаемым изобретением оказывается свободным и готовым к обработке следующей покрышки, поступающей из камеры 5 после завершения своего пребывания там. Время пребывания каждой вулканизационной формы в камере 5 зависит от времени, необходимого для нормального завершения процесса вулканизации данной покрышки пневматической шины.

Необходимую тепловую энергию данной вулканизационной форме можно сообщить не только после того, как в нее уложена подлежащая вулканизации покрышка, пневматической шины, но и раньше этого момента, с тех пор, как боковые секторы и оболочки данной вулканизационной формы разведены погрузочно-разгрузочным устройством, что позволяет существенно сократить время пребывания данной вулканизационной формы в зоне действия этого погрузочно-разгрузочного устройства и уменьшить полное время вулканизации данной покрышки пневматической шины.

Количество тепловой энергии, получаемой данной вулканизационной формой вместе с содержащейся в ней сырой покрышкой, контролируется специальными средствами регулирования, основывающимися на измерении температуры в некоторой определенной точке вулканизационной формы, а также на знании экспериментальных характеристик поведения в данных условиях используемой вулканизационной формы. Этот процесс может быть назван нагреванием при помощи аккумулирования тепловой энергии. Очень большая тепловая энергия используемой вулканизационной формы обусловливает то обстоятельство, что данная система вулканизации является особенно стабильной и хорошо выдерживающей требуемые допуски.

Отметим здесь еще, что имеется определенная возможность введения в камеру 5 покрышек пневматических шин различных размеров, прикладные законы вулканизации которых отличаются друг от друга. В этом случае можно выбрать способ вулканизации постоянной продолжительности, одинаковой для всех вулканизационных форм, которые введены в камеру 5 последовательно друг за другом. В этом случае необходимо отрегулировать температуру вулканизации, что практически реализуется путем регулирования температуры, при которой прекращается подогрев данной вулканизационной формы при помощи магнитных индукторов.

В приведенном выше тексте описания предлагаемого изобретения было пояснено, что на протяжении упомянутого выше относительно короткого периода времени, соответствующего процессу интенсивной передачи тепловой энергии данной вулканизационной форме, температура этой вулканизационной формы не является однородной. Разумеется, регулирование температуры, о котором шла речь выше, представляет собой понятие, отличное от просто неоднородности характеристических температур фазы интенсивной теплопередачи от источника тепловой энергии к вулканизационной форме. Когда здесь идет речь о регулировании температуры вулканизационной формы на различных уровнях, подразумевается повышенная температура в данном месте на каждой вулканизационной форме, замеренная, например, специальным температурным зондом, располагающимся на наружной поверхности данной вулканизационной формы (например, на задней поверхности сектора со стороны, противоположной его формообразующей поверхности, обращенной к покрышке пневматической шины).

Можно также выбрать вариант нагревания всех вулканизационных форм до одной и той же температуры. В этом случае будет необходимо регулировать продолжительность процесса вулканизации, что практически может быть реализовано в виде извлечения вулканизационных форм 1 из камеры 5 в соответствующем порядке, не совпадающим с порядком, в котором эти вулканизационные формы были введены в упомянутую выше камеру 5.

Само собой разумеется, что существует возможность использовать ту или иную комбинацию двух описанных выше методов, а именно, принять различную температуру нагрева для каждого типа вулканизационной формы, и в то же время регулировать определенным образом время пребывания внутри камеры 5, различное для каждого типа вулканизационной формы.

В определенных случаях может оказаться желательным продолжать подачу тепловой энергии внутрь вулканизируемой покрышки в течение времени ее нахождения в камере 5. Здесь могут быть приняты различные технические решения. Можно, например, использовать жидко-текучий теплоноситель и соответствующее оборудование во внутренней полости данной вулканизационной формы может иметь в своем составе систему нагревания и перемешивания заправки этого текучего теплоносителя. В этом случае можно использовать оборудование сердцевины вулканизационной формы типа мембраны, описанное, например, в американском патенте US 4728274, вместе со средствами электрического соединения, связанными с каждой вулканизационной формой в процессе ее пребывания в камере 5.

Реферат

Установка для вулканизации покрышек пневматических шин содержит вулканизационную форму и средство для нагрева, позволяющее передавать форме, в которой находится покрышка тепловую энергию, необходимую для вулканизации. Установка снабжена по меньшей мере одной вспомогательной камерой выдержки, позволяющей выдерживать форму с покрышкой, изолированной от внешней среды для ограничения теплопотерь в течение времени, необходимого для вулканизации. В другом варианте исполнения установка содержит вулканизационную форму, устройство для поддержания формы с покрышкой и средство для нагрева, позволяющее передавать форме, в которой находится покрышка, тепловую энергию, необходимую для вулканизации. Средство для нагрева выполнено в виде централизованного нагревающего устройства, имеющего средства для передачи энергии, подсоединяемые к вулканизационной форме, когда она остается в нагревающем устройстве в течение времени, необходимого для передачи ей тепловой энергии, которая должна быть передана покрышке. Установка снабжена вспомогательной камерой выдержки, служащей для завершения в ней вулканизации, протекающей по меньшей мере частично под воздействием тепла, накопленного вулканизационной формой в нагревающем устройстве, и средством для перемещения вулканизационной формы, отсоединенной от средств для передачи энергии, к вспомогательной камере выдержки. В способе вулканизации покрышек каждую покрышку помещают в вулканизационную форму, обладающую большой теплоемкостью. В течение короткого отрезка времени форме с ее наружной стороны сообщают по меньшей мере часть той тепловой энергии вулканизации, которая должна быть передана покрышке путем интенсивной теплопередачи, после окончания интенсивной теплопередачи очередной покрышке вулканизационную форму перемещают в место, где происходит ее выдержка в течение времени, необходимого для протекания реакции вулканизации, после чего покрышку извлекают из формы, при этом до завершения реакции вулканизации очередной покрышки начинают цикл теплопередачи и другие операции для другой покрышки. Установка позволяет эффективно использовать механизмы, манипулирующие с формами и позволяет подвести тепловую энергию на протяжении всего процесса вулканизации к покрышке. Способ позволяет передать вулканизационной форме большое количество тепловой энергии за короткий промежуток времени, позволяет осуществить равномерный нагрев покрышки. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула