全鋼輪胎液壓硫化機熱工及控制系統改進

王爽，陸永高，何燕，郭良剛，焦冬梅，張曉琳，劉全澤

(1.青島?，樚胤N裝備科技有限公司，山東 青島 266400；2.山東省智能綠色制造技術與裝備協同創新中心，山東 青島 266000 3.青島科技大學機電工程學院，山東 青島 266000)

硫化是輪胎生產工藝的最后一道工序也是主要耗能部分。因此研究和開發硫化機新技術，生產制造并使用新型硫化機設備，對傳統設備進行改造，提高設備使用性能，減少能耗，節約能源，降低生產成本，提高設備使用率及安全系數有十分重要的作用。本文所提新開發的左右獨立式全鋼液壓硫化機能實現左右模分開控制并獨立完成硫化。而熱工及控制系統是液壓硫化機的重要組成部分，就傳統熱工管路及新式熱工管路本文做簡單介紹。

1 傳統式熱工管路結構

（1）早期硫化機多采用兩半模蒸鍋硫化，直接對模具加熱，溫度更均勻，輪胎硫化質量好。傳統的蒸鍋過熱水熱工管路如圖1。但過熱水硫化能源浪費巨大，而更節能環保的氮氣硫化工藝已被廣泛運用，故過熱水蒸鍋式硫化逐漸被各大輪胎廠改造或淘汰。

（2）氮氣硫化工藝特點是先由內溫管路向膠囊內通入高溫高壓的飽和蒸汽，為輪胎硫化提供高溫。一段時間后溫度達到使用要求再通入常溫高壓氮氣，提供壓力。而氮氣比過熱水流速快，且無色無味不易檢測泄漏點，一旦發生泄露，不僅浪費大量氮氣同時還帶走大量熱量，導致輪胎殘次品產生。為避免這種情況，傳統的氮氣硫化熱工管路中會加有14SQ、15SQ、25SQ、和19SQ共四只優質品牌原裝進口的切斷閥，總價值約5萬元，是國產閥門的5倍。這4只閥門啟閉可靠、性能穩定、使用壽命長，作為保壓閥，以防止在生產過程中發生串壓，減少泄露。傳統的氮氣硫化熱工管路如圖2。

（3）現在很多輪胎廠在生產過程中會采用真空泵集中抽真空，但是由于回水管路坡度小、管線長、管徑小等問題造成抽真空時間長，不能夠在工藝規定時間內完全抽真空?？赏ㄟ^在內溫進管路增加一路抽真空管道，并安裝一個氣控切斷閥控制，如圖2的內溫進抽真空管路，內溫進抽真空與內溫回抽真空共用一個氣源，抽真空時兩路同時進行，可使抽真空速度明顯提高。

（4）內溫進管路其他支路切斷閥均為國產閥門，使用的時間久，就容易閉合不嚴，而氮氣壓力遠高于蒸汽壓力，氮氣進時容易發生串氣，導致硫化壓力不夠并溫度下降。且整個地溝線使用同一個主管道，一旦發生串氣，不容易排除故障。故傳統氮氣硫化管道進行了改造。改進后的傳統氮氣硫化熱工管道如圖3。將氮氣進管路作為獨立支路供氣，增加切斷閥24SQ。保壓閥14SQ、15SQ與25SQ的控制氣源分開。切斷閥24SQ、19SQ共用一個控制氣源?？梢院芎媒鉀Q管路串氣。

（5）傳統熱工管路的整套管路排布復雜，不易控制，容易出現左右溫度壓力不一致。且左右模的內外壓均使用同一套管路進行控制，無法完全實現左右模獨立硫化，在生產小批量輪胎，單模硫化即可滿足生產需求時，會造成不必要的浪費。

本文介紹的左右獨立式液壓硫化機熱工系統可以很好地解決這樣的問題。且投入成本低，帶來的生產效益巨大。

2 新式左右獨立式熱工硫化系統結構

新式左右獨立式熱工硫化系統結構如圖4。本結構適用于液壓式硫化機，可實現左右熱工及控制系統完全獨立使用，整套管路采用304不銹鋼制作，使用壽命長。管路與閥門之間采用凹凸法蘭及帶金屬內外環的石墨纏繞密封墊連接。整套閥組會有3～5°傾斜角，便于內溫給排水。外溫疏水閥采用阿姆斯壯帶過濾器式疏水閥，薄膜調節閥選用ROCKY、FUJITA、FAIRCHILD等，切斷閥選用ROCKY等，電磁閥及檢測元件選用FESTO等，各類知名品牌的選用保證了各類閥門及電器元件等的使用壽命。熱工及控制系統原理圖如圖5（左模）。

本新式熱工及控制系統在氣動控制閥組旁設有電磁閥島，就近控制各個氣控閥門，結構簡單，維修方便。不設電控柜，節約設備的占地面積。整個閥組安裝在卸胎輥道下側，留有足夠的空間供設備后期維護保養。熱工閥組排布如圖6。

2.1 外溫管路連接方式主要分為三大類。

（1）熱板和模具串聯，左右分開控制。即外溫蒸汽自左右上熱板進入，經過模套，自左右下熱板排出。兩路進兩路回。這種控制方式熱板與模具溫度一致，容易調節溫度，多使用于小胎硫化。

（2）熱板和模套并聯，左右不分開。即左右上下熱板與左右模套分開兩路控制。兩路進兩路回。熱板與模套溫度分開控制，適用于大胎硫化。

（3）熱板與模具并聯，左右分開控制。即上下熱板串聯溫度一致，左右模具分開控制，四路進四路回。更適用于不同工藝對熱板及模具的準確控制。

本系統采用第三種管路連接方式，外溫控制更靈活準確。

2.2 外溫的控制方式。

（1）外溫進采用PID計算經過電氣轉換器控制氣動薄膜調節閥的開關。

（2）外溫回控制：

a.疏水閥排凝，使用疏水閥進行排凝，優點是節約能源，缺點是疏水閥容易發生堵塞，故障率高。

b.定時排凝，采用切斷閥及定時器控制外溫定時排凝，優點是結構簡單，不易堵塞，缺點是排放時間不易控制，能源浪費較多。在正硫化時溫度升降不能與外溫排放同步進行。

c.定溫排凝，可以用溫度變送器檢測并反饋外溫出口處的實際溫度，用電氣轉換器來控制外溫進薄膜調節閥和外溫排疏水閥或切斷閥的開合動作。

本系統外溫排管路采用密閉式冷凝水回收桶對外壓蒸汽的冷凝水進行密閉式回收，可最大程度節約能源。采用疏水閥與氣動切斷閥并聯。疏水排、定時排和溫度排合理調節。來實現硫化外溫的控制。

2.3 定型管路的控制

全鋼胎的硫化大多會采用兩次定型，定型介質為飽和蒸汽或氮氣，第一次定型在機械手裝入胎胚時，膠囊鼓起扶正并固定胎胚使機械手退出，一次定型壓力為0.03～0.08 MPa,使膠囊與胎胚貼合緊密。傳統的硫化管道還會裝有手拉閥，在一次定型胎胚不正時手動扶正胎胚，這樣不僅危險，而且效率低下。二次定型設置在合模后，壓力為0.04～0.10 MPa,進一步找正胎胚在模具內的位置，使膠囊更加舒展，擠出胎胚與模具間的氣體，為硫化做準備。

一二次定型壓力控制一般有兩種方式，第一種是采用兩個精密調壓閥控制，第二種是電氣轉換器與壓力變送器配合使用來控制氣控平衡閥的開啟大小實現對定型壓力的控制。第一種控制方式是在設備現場設定好兩次定型壓力的工藝參數，硫化時介質通過管道會有損耗，壓力會降低，可根據情況現場調節。但不能夠在上位機遠程設定定型壓力。第二種可根據工藝參數在上位機遠程設定定型壓力大小，但管道造成的壓力降不能準確控制。兩種定型控制方式如圖7。

本新式熱工系統定型壓力控制是由PLC通過比例閥控制氣源壓力大小來控制平衡閥啟閉來實現，來自帶有安全用手拉閥閥島的定型用氣源控制定型切斷閥?？蓪崿F開合模時定型官路一直有氣。并在內壓管路上設有定型用壓力傳感器將信號傳給PLC，可實現在上位機遠程根據工藝需求壓力與定型時的實際內壓同步穩定控制。詳見熱工及控制原理圖 圖5。

2.4 內溫內壓控制及檢測方式

（1）內溫內壓檢測元件如圖8。

輪胎定型時，控制系統通過0～4 bar定型壓力傳感器，精確檢測到硫化機膠囊的內壓，反饋至控制系統，一旦達不到壓力要求，系統就會報警。同時不允許硫化機合模繼續硫化。此時處于開模狀態的硫化機，由1 200 mbar的安全壓力開關，來保證硫化機膠囊壓力小于額定值，確保安全。正硫化時，由-1～30 bar的內壓壓力傳感器實時檢測硫化機膠囊內壓，并進行反饋，保證硫化內壓符合工藝要求。在硫化機抽真空完畢準備開模時，350 mbar安全壓力開關起到安全作用，確保膠囊內壓力達到壓力要求，才能開模。

（2）控制氣源處采用軟啟動閥。軟啟動控制如圖9。

氣源經手控開關閥后，由過濾器去除雜質，后分為控制用氣源和動力用氣源兩路?？刂朴脷庠聪冉洔p壓閥減至0.35 MPa,再由開關閥與軟啟動閥配合對氣源進行緩慢開啟，由壓力開關保證氣源壓力達到設定值后，程控才能進行下一步動作，防止氣源壓力不足導致要開啟或關閉的閥門動作不到位等問題。動力用氣源先經減壓閥減至0.7 MPa后，由安全閥保證壓力不大于設定值，防止壓力突然升高對執行元件造成損壞。

3 結論

經過對比傳統硫化機熱工控制系統及改進方式，從提高硫化機設備使用率出發，對硫化機熱工及控制系統進行了改進，新式熱工及控制系統結構提高了硫化機工作效率、使用率及安全系數。對新式結構進行了跟蹤試制試驗，經過總結改進，取得了良好的使用效果，并得到了客戶的認可。