Технология пневматических шин

65-78

45-50

50-55

35-46

Истираемость, см3/кВт-ч

-

270-330

-

280-340

-

170-190

-

300-340

Динамич. модуль, МПа

1.6-1.8

5,5-6,0

1,6-1,8

5,7-6,2

1,8-2,0

5,5-7,0

2,0-2,5

5,4-5,8

Модуль внутреннего трения, МПа

0,12-0,26

1,8-2,2

0,13-0,26

2,0-2,4

0,25-0,50

1,6-1,8

0,28-0,35

2,2-2,6

Выносливость, тыс.ц.

-

170-180

-

130-160

-

100-130

-

60-85

Выбор марки и содержания техуглерода определяется особенностями работы шины, технологией и экономичностью её производства, так как он дешевле каучука. Чем выше дисперсность техуглерода, тем больше растут напряжение при удлинениях и твёрдость резин с повышением его содержания и снижаются эластичность и относительное удлинение; износостойкость больше повышается с ростом структурности техуглерода. В протектор вводят высокодисперсный техуглерод повышенной структурности, но из-за большого теплообразования при многократных деформациях он может привести к саморазогреву шины, поэтому в брекере более подходит менее активный техуглерод П514. В протекторе "зеленых" шин применяют коллоидную кремнекислоту, а взаимодействие каучуков с наполнителями улучшают промоторы, что повышает модули, прочность и износостойкость резин. В смеси с техуглеродом вводят нитрозосоединения (нитрозан К, эластопар, нитрол, N-нитрозодифениламин), а с кремнекислотой - органосиланы.

Вулканизующее вещество для шинных смесей - природная молотая сера высшего сорта, являющаяся продуктом дробления комовой серы с последующим отвеиванием. Ускорители вулканизации улучшают физико-механические свойства резин, а активируют их действие активаторы - чаще оксид цинка, особенно в присутствии стеариновой, пальметиновой, олеиновой кислот и их цинковых солей. В зависимости от температуры критического действия и влияния на скорость вулканизации ускорители подразделяют на ультраускорители (дитиокарбаматы, некоторые тиурамсульфиды), средней (сульфенамиды, тиазолы) и низкой (гуанидины) активности, последние применяют в комбинации с более активными ускорителями. В протекторных резинах применяют сульфенамидные ускорители, чаще N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид (сульфенамид Ц) с критической температурой действия 120^оС, в количествах 0,5-1,5 мас.ч. при содержании 1,5-3 мас.ч. серы на 100 мас.ч. каучуков. В их присутствии кинетика вулканизации характеризуется наибольшим индукционным периодом пребывания смеси в вязкотекучем состоянии, высокой скоростью сшивания в главном периоде и широком плато (отсутствием реверсии) при температурах до 160^оС. Ускорители других классов активируют вулканизацию с сульфенамидами, но уменьшают индукционный период. Дисульфидные ускорители вулканизации (тиурам), одновременно являются вулканизующими веществами - донорами серы.

Выбор вулканизующей группы определяется типом каучука, условиями переработки смесей в полуфабрикаты и их вулканизации в покрышке. В смесях из БК для ездовых камер применяют серу с тиурамом, а для диафрагм к форматорам-вулканизаторам - смоляную вулканизующую группу. В смесях из других каучуков серу частично заменяют её донорами, сульфенамид комбинируют с тиазолами и тиурамами, а часто добавляют и замедлители подвулканизации, увеличивающие время их нахождения в вязкотекучем состоянии, что предотвращает преждевременное сшивание при переработке. К замедлителям подвулканизации относятся бензойная кислота и другие органические кислоты, фталевый ангидрид, N-нитрозодифениламин и сантогард PVI (N-циклогексилтиофталимид). Эффективность последнего объясняется взаимодействием с меркаптобензтиазолом с образованием ускорителя с большим индукционным периодом - циклогексилдитиобензотиазола.

Армирующие материалы в конструкции пневматической шины - металлический и текстильный корд, стальная проволока и технические ткани (чефер и бязь). Корд представляет собой полотно из тонких, прочных нитей основы и слабых, редких нитей утка (уточный) или нити без утка (безуточный), собираемые в полотно при обработке на шинных заводах. Он составляет 15-38% массы шины и является основным армирующим материалом, определяющим её технический ресурс, ремонтопригодность и другие показатели качества.

Металлокорд занимает лидирующее положение среди армирующих материалов, оставаясь непревзойдённым для брекера радиальных шин, и представляет собой свитый трос из специальной высококачественной стальной латунированной проволоки диаметром 0,15-0,27мм холодного волочения. Применяют сталь состава: углерод-0,7%; марганец-0,5%; кремний-0,3%; сера не более 0,3% и свинец не более 0,03%, а одним из перспективных путей увеличения выносливости корда является повышение чистоты металла. Маркировка корда: первые три цифры указывают число свитых проволок, последующие - диаметр использованных проволок (в ммЧ100), а буквы Л - латунированный, А - высшей категории качества. Конструкция корда записывается, начиная с сердечника с указанием числа проволок, а при разной их толщине - и толщину. Например, корд 9Л15/27 структуры 3Ч15+6Ч27 означает одну прядь из трёх стренг диаметром 0,15мм и шесть окружающих её - диаметром 0,27мм. Для изготовления металлокорда применяют проволоку диаметром 0,15мм; 0,175 (0,18)мм; 0,265 (0,27)мм и 0,30мм, а конструкции отечественных кордов показаны на рис.1.18.

Рис.1.18. Конструкции основных отечественных типов металлокорда:

1-сердечник, 2-основная прядь, 3-одиночная проволока, 4-оплёточная проволока.

С увеличением толщины металлокорда повышается его прочность и ухудшаются технологические характеристики (становится жёстче) (табл.1.11). На ряде шинных заводов применяют металлокорд 28Л18/15 и 28Л22/15 для грузовых и 4Л25, 4Л27 для легковых шин. Внедрены новые марки с односторонней свивкой в пряди и в нити трёхпрядных конструкций типа 15Л18, с высоким удлинением при разрыве 16Л22НЕ и 21Л22НЕ, высокопрочных конструкций 2Л30НТ и 3Л30РТ, позволяющие уменьшить массу шины и потери на качение автомобиля. а также 28Л30/15 для цельнометаллокордной шины 18.00R25. За рубежом применяют металлокорд разнообразного ассортимента из проволоки диаметром от 0,10 до 0,38мм сложных конструкций, например 7Ч4Ч23+1Ч15Ч3+15Ч18+1Ч15.



Таблица 1.11.

Технические характеристики металлокорда перспективных конструкций

Назначение металлокорда	Марка металлокорда	Конструкция металлокорда	Диаметр, мм	Разрыв, Н	Масса пог.м, г	Адге- зия, Н	Шаг, мм
Брекер легко-вых шин	3Л30 НТ 3Л30 ОСНТ 4Л28 НТ	2+1Ч0,30НТ 3Ч0,30ОСНТ 2+2Ч0,28НТ	0,75 0,64 0,74	520 590 690	1,66 1,66 1,94	306 306 290	16 16 16
Брекер легко-грузовых шин	13Л22/20/15 НТ 9Л23 НТ 9Л25 НТ 6Л23/28 НТ	3Ч0,22/9Ч0,20+0,15НТ 2+7Ч0,23НТ 2+7Ч0,25НТ 0,23+5Ч0,28НТ	1,15 0,91 0,98 0,79	1200 1070 1100 1000	3,33 2,93 3,47 2,74	350 310 350 350	12,5/5 6,3/12 7/14 16
Брекер сред-негрузовых	13Л28/26/15НТ 9Л230/35НТ	3Ч0,28/9Ч0,255+0,15НТ 3Ч0,20+6Ч0,35НТ	1,36 1,13	1840 1670	5,20 5,34	430 460	16/5 10/18
Брекер тяжё-лых грузовых	13Л35/32/15НТ 13Л37/34/15НТ	3Ч0,35/9Ч0,32+0,15НТ 3Ч0,36/9Ч0,34+0,15НТ	1,66 1,71	2800 3170	8,30 9,14	530 495	18/5 20/5
Каркас гру-зовых шин	19Л20/18 19Л22/20 19Л25/22	0,20+18Ч0,175 0,22+18Ч0,20 0,25+18Ч0,22	0,90 1,02 1,13	1230 1600 1900	3,73 4,73 5,85	283 300 300	10 14,5 16

Работоспособность металлокорда во многом определяется качеством исходного материала - катанки. Снижают её качество наличие микротрещин и высокий уровень неметаллических включений. Прочность металлокорда и её сохранность при эксплуатации повышают за счёт использования проволок с высокой удельной прочностью (НТ), а также их контактного расположения в витой структуре. По мнению ведущих специалистов, в современных конструкциях шин требования к металлокорду для каркаса и брекера должны различаться. При линейном касании проволок повышается интенсивность износа их поверхности, что меньше снижает прочность металлокорда по сравнению с точечным касанием проволок, когда уменьшается площадь поперечного износа в месте контакта. Поэтому для каркаса рекомендуют конструкции: 0,20+18Ч0,175; 0,22+18Ч0,20 и 0,25+18Ч0,22. Металлокорд с высокой прочностью проволок дороже аналогичных конструкций из проволок нормальной прочности из-за пониженных скоростей переработки, кроме конструкций с большим диаметром проволок: 3Ч0,20+6Ч0,35 и 3Ч0,365/9Ч0,34+0,15НТ. Применение металлокорда с высокой прочностью и большим (на 20%) шагом укладки при равной прочности слоёв становится также экономически оправданным.

Качество металлокорда оценивается показателями прямолинейности, нераскручиваемости, выносливости и остаточного кручения. Металлокорд на прямолинейность оценивается по отрезку нити длиной в три метра, который должен лежать в состоянии покоя на плоскости, ограниченной двумя прямыми линиями с расстоянием между ними 75мм. Показатель улучшается путём снятия внутренних напряжений, влияет на точность расположения нитей в полотне и равномерность распределения нагрузок в шине, и у отечественного металлокорда он хуже по сравнению с зарубежным. Нераскручиваемость влияет на прочность связи металлокорда с резиной и проявляется в том, что после разрыва он не расплетается при однократном надавливании на конец нити. Выносливость металлокорда определяет устойчивость прилагаемых к шине нагрузок "сжатие-растяжение-перегиб" и зависит от геометрии расположения проволок, качества катанки и величины остаточных напряжений в проволоках после свивки. Остаточное кручение характеризуется крутящим моментом находящегося в свободном состоянии металлокорда и определяет его технологические свойства, а большие значения этого показателя приводят к выходу единичных проволок из брекера покрышек и его разрушению.

Недостатки металлокорда - высокая плотность, низкие значения коррозионной стойкости и выносливости при многократных деформациях изгиба. Эксплуатационные свойства металлокорда зависят от его адгезионной способности, прочности связи с резиной, на которые в свою очередь влияют условия и срок его хранения. Поэтому за рубежом для контроля условий хранения металлокорда в полиэтиленовую тару помещают, кроме силикагеля-осушителя, видимый через оболочку индикатор влажности.

Текстильный корд в большом ассортименте разных типов и плотностей (количество нитей на 10см ширины полотна) применяется в конструкции шин различного назначения. Частота нитей корда в слоях диагональной покрышки определяется отношением толщины нити (b) к шагу (t) и равна 0,7-0,75 в основных слоях каркаса, 0,5-0,6 в последних слоях каркаса и 0,3-0,4 в брекере. В основных слоях каркаса применяют плотный корд с 89-95 нитями на 10см ширины полотна (25А или 28КНТС), в последних слоях - разрежённый с плотностью 72-75 нитей (252А или 282КНТС), а в брекере - редкий корд, обозначенный третьей цифрой 3 в марке (133А, 133КНТС), с плотностью 47-61 нить. Снижение плотности корда позволяет за счёт увеличения резиносодержания от жёсткого каркаса к резиновому протектору повысить прочность связи между слоями покрышки, что обусловлено различиями в деформации слоёв при эксплуатации шины - верхние слои деформируются больше нижних. В технологии шин применяют полиамидный, полианидный, вискозный, полиэфирный и стеклокорд.

Полиамидный корд занимает в технологии шин России одно из ведущих мест и имеет маркировку КНТС, где К обозначает капроновый, Н - изготавливается из непромытого волокна, Т - требующий термовытяжки, С - заправленный стабилизатором (табл.1.12). Анидный корд по свойствам превосходит капроновый, для каркаса однослойных радиальных легковых шин имеет маркировку 13АЛТДУ, где А - анидный, Т - термообработанный, Л - для легковых шин, ДУ - двухкомпонентный уток (х/б+анид). Для каркаса и брекера СКГШ применяют высокопрочный корд марок 30А и 302А. Полиэфирный корд (лавсан) за рубежом применяется при армировании каркаса легковых и грузовых шин небольшого размера. Вискозный корд - это первый корд из искусственных волокон низкой стоимости, высокой теплостойкости и низкой усадки, заменивший хлопчатобумажный, но в последние годы активно заменяется синтетическими кордами - полиамидным и полиэфирным. Недостатки - высокая гигроскопичность, пониженные разрывная прочность и усталостные свойства. Стеклокорд из волокон алюмоборсиликатного стекла, которые обработаны для снижения хрупкости кремнийорганическими соединениями, реагирующими с поверхностью силикатного стекла и полимерным пропиточным составом. По свойствам он близок к металлокорду и позволяет на 10-14% уменьшить массу шины и на 20-30% - её стоимость. С точки зрения повышения качества шин перспективны новые высокомодульные корда из ароматических полиамидов, близкие по деформационным характеристикам к металлокорду, при этом имеют меньшую массу, в пять раз меньшую плотность и не подвержены коррозии.

Таблица 1.12.

Техническая характеристика текстильных кордов

Тип корда	Марка	Толщина, мм	Разрывная нагрузка, Н	Удлинение при разрыве, %
Полиамидный	12КНТС, 122КНТС, 123КНТС 23КНТС, 232КНТС 25КНТС, 252КНТС 26КНТС, 262КНТС 28КНТС, 282КНТС 30КНТС, 302КНТС 35КНТС, 352КНТС	0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7	125 230 245 260 280 300 350	27 28 28 28 28 30 30
Анидный	13А, 132А, 133А 25А, 252А	0,5 0,7	129 250	23 27
Полиарамид-ный	СВМ СП-80Б Терлон СМ-80Б СБ-80Б СБК-80Б Кевлар	0,79 0,75 0,80 0,78 0,6	852 780 849 625 250-270	6,5 8,5 8,5 8,2 4
Стеклокорд	26С	0,45	186	3-4
Вискозный	17В, 172В, 173ВР 22В, 222ВР 30В	0,67 0,80 1,02	170 220 300	14,5 16 17,5
Полиэфирный	Лавсан	0,52	167	20,6



Контрольные вопросы к главе 1

1. Место пневматической шины в конструкции автомобиля или другой машины. Основные элементы пневматической шины и их назначение.

2. Назначение и общая характеристика деталей покрышки.

3. Классификация шин по расположению нитей корда. Преимущества радиальных шин.

4. Преимущества ЦМК-шин перед комбинированными шинами.

5. Классификация шин по способу герметизации. Преимущества бескамерных шин.

6. Классификация шин по типу рисунка протектора.

7. Классификация шин по габаритным размерам. Обозначение шин.

8. Грузоподъёмность как рабочая характеристика шины, связь её с габаритными размерами.

9. Дайте определение долговечности шины. От каких факторов она зависит?

10. Какие рабочие характеристики шины влияют на безопасность движения автомобиля, включая экологическую?

11. Какая рабочая характеристика шины ответственна за уровень шума и комфорт езды на автомобиле?

12. Классификация шин по назначению. Требования к легковым и легкогрузовым шинам.

13. Особенности конструкции грузовых шин, КГШ, СКГШ и шин-гигантов.

14. Особенности конструкции сельскохозяйственных шин для ведущих и направляющих колёс.

15. Особенности конструкции и классификация строительно-дорожных шин.

16. Требования к авиашинам и особенности их конструкции.

17. Особенности конструкции мотошин и велошин.

18. Какие требования являются наиболее общими к качеству всех шинных резин? Как оценивают усталостную выносливость резин?

19. Причины теплообразования в резине. В какой части шины саморазогрев резины достигает наибольшей величины?

20. Требования к протекторным резинам и типовая рецептура протекторных смесей.

21. Виды износа резины.

22. Какие каучуки применяют в шинных резинах, каковы их структура и свойства?

23. Противостарители и пластификаторы, применяемые в шинных резинах.

24. Наполнители шинных резин. Современные представления об их усилении.

25. Требования к кордной ткани для шин. Виды и свойства кордных тканей.

26. Адгезия резины к корду, методы её определения и способы повышения.

27. Структура и свойства металлокорда для брекера и каркаса шин.



Глава 2. Изготовление полуфабрикатов для шин

2.1 Приемка, складирование, хранение и предварительная подготовка материалов

Каучуки, большинство ингредиентов и армирующие материалы упакованы в мешки, бочки и контейнеры и поступают на завод по железной дороге или автотранспортом. Ранее большой проблемой подготовительных процессов была недостаточная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных операций и отсутствие средств контроля материалов, поступающих на склады и далее со складов - в производство. Успехи в разработке альтернативных технологий активизировали работы по повышению конкурентоспособности углеродной технологии шин. Расширение объёмов контейнерных перевозок и унификация контейнерной тары (табл.2.13) также способствовали автоматизации процессов их приёмки, складирования и подачи в производство различными захватами и штабелирующими устройствами.

Таблица 2.13.

Технические характеристики стандартных контейнеров серии 1

Класс	Вместимость, м3	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Масса брутто, т
AA	77,015	12190	2435	2590	30,48
A	72,467	12190	2435	2435	30,48
B	54,238	9125	2435	2435	25,40
C	36,000	6055	2435	2435	20,32
D	17,122	2990	2435	2435	10,16
E	11,266	1965	2435	2435	7,11
F	8,678	1460	2435	2435	5,08

На современных шинных заводах упакованные грузы с рампы к высотным стеллажным складам подают подвесные толкающие конвейеры (ПТК), а перегружают автоматические краны-штабелеры с вилами одинарной или двойной глубины (рис.2.19). Стеллажные склады имеют высоту 12-15м (за рубежом - до 35м) и оборудованы автоматизированной системой управления транспортными средствами для приёмки материалов и выдачи в производство по принципу "первым загружен - первым выгружен". Контролируются масса, номенклатура, упаковка и дата поступления грузов, время их хранения, маршруты приёмки и выдачи, связь с заводской ЭВМ. При этом подготовка и транспортирование каучуков остаётся наиболее трудоёмким процессом.

а б

Рис.2.19. Принципиальная технологическая схема складирования и транспортировки сырья в подготовительный цех (а) и общий вид автоматического крана-штабелера (б): 1-поддон с обрабатываемым грузом, 2-каретка, 3-корпус крана-штабелера, 4-верхняя направляющая, 5-контейнеры для навесок каучука, 6-электросиловой щит, 7-опорный направляющий рельс.

Декристаллизация НК в камерах периодического действия имеет низкую производительность, а высокочастотные установки не дают равномерности нагрева и трудно поддаются управлению. Поэтому кипы НК массой около 112кг, предварительно разрезанные гидравлическим ножом на 4-5 частей, декристаллизуют в камерах непрерывного действия с цепным конвейером. По рольгангу куски НК скатываются на подвески цепного конвейера, двигающегося со скоростью 0,7м/мин, и проходят через распарочную камеру. Воздух внутри камеры нагревается калорифами до 90-100^оС и циркулирует с помощью вентиляторов, а места проёмов для входа и выхода подвесок теплоизолированы воздушными завесами. Полки подвесок посыпаны тальком для предотвращения прилипания каучука, а после выхода из камеры опрокидываются над ленточным транспортером 8, который доставляет каучук на пластикацию.

Дозирование каучуков осуществляют на установке фирмы FATA четырёх модификаций: для одного (ДАК-300/1), двух (ДАК-300/2), трёх (ДАК-300/3) и четырёх (ДАК-300/4) каучуков (рис.2.20). Она состоит из системы приводных конвейеров (1, 5-7), машины 2 для грубой резки брикета и тонкого реза, в котором ленточный нож совершает возвратно-поступательное движение, устройства 3 для зажима брикета и автоматических весов 4. Установка может на централизованном участке автоматически перекладывать комплексную навеску заданной точности на подвеску ПТК для подачи в резиносмеситель, или у смесителей подавать её на загрузочный транспортёр.

Рис.2.20. Схема автоматизированной установки ДАК-300/4 для дозирования каучуков: 1-конвейер комплексной навески каучуков, 2-машина с двумя комбинированными лезвиями для грубой и тонкой резки брикета, 3-устройство для зажима брикета каучука, 4-весы, 5-конвейеры для отбора навесок каучука, 6-питающие конвейеры, 7-конвейеры подачи брикетов в машину для резки, 8-выход комплексной навески каучуков.

Пневмотранспортные системы приёмки техуглерода из железнодорожных вагонов-хопперов, подачи в складские бункера и далее в расходные бункера смесителей наиболее герметичны, надёжны в работе, компактны и автоматизированы (рис.2.21). Техуглерод из приёмной ёмкости 1 загружается с помощью винтового питателя 2 в стальной материалопровод 4 и потоком воздуха от вентилятора 3 посредством переключателя трубопроводов 5 направляется к одному из двух пунктов. Распределитель 8 направляет отделившийся в циклоне 7 техуглерод в один из трёх бункеров 6, а распределитель 9 отделившийся в таком же циклоне техуглерод - в один из расходных бункеров 10. Далее из бункеров винтовые дозаторы 11 направляют навески техуглерода через материалопровод в одну из расходных ёмкостей 12, расположенных над резиносмесителями. Система закольцована воздуховодом с всасывающим патрубком вентилятора 3. Снижение скорости перемещения техуглерода струями над постилающим слоем уменьшило разрушение его гранул, а применение на отдельных участках эластичных рукавов или шлангов исключило налипание пыли на его внутренних стенках. Систему продолжают улучшать путём повышения концентрации псевдоожиженного и пробкообразного потоков техуглерода и комбинирования сил воздействия на материал - вибрации, аэрирования, ультразвука и т.д. На ОАО "Омскшина" продолжает работать автоматизированная механическая схема приёмки, по которой техуглерод ссыпают из хоппера с помощью гибкого шланга в ёмкость и перемещают в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью системы винтовых конвейеров и ковшовых элеваторов соответственно.



Рис.2.21. Схема замкнутой системы пневмотранспорта низкого давления для техуглерода.

Транспортирование химикатов начинают с растаривания, пересыпания в контейнеры массой около 0,5т и подачи их с помощью ПТК напрямую в расходные бункера у резиносмесителей или к установкам дозирования централизованного участка, а далее - пневмотранспортом. Бумажные мешки освобождают от химикатов с помощью растарочных машин 1 марки ОКАС-150 с максимальной производительностью 150 мешков/час и прессуют в кипы прессом 4, а материал высыпают в приёмные точки - шлюзовые питатели 2 вместимостью по 5-7л, (рис.2.22). Отечественная схема пневмотранспорта состоит из семи линий стальных материалопроводов для химикатов больших объёмов потребления: сульфенамида Ц, каптакса, альтакса, продукта 4010NA, неозона Д, диафена ФП и фталевого ангидрида. Оксид цинка, кремнекислоту и каолин подают по отдельной линии с растарочной машиной 3 и загрузочной воронкой 5, а загружают через шлюзовые продуваемые питатели 6 вместимостью по 13л. С помощью переключателей трубопроводов материалы распределяют по расходным бункерам 9, на которых установлены насадочные фильтры 10 с регенерацией обратной импульсной продувкой воздухом среднего давления. Отработанный воздух отсасывают вентилятором 11, а воздушный поток создают ротационными воздуходувками 12 производительностью 17-20 м³/мин. Дальность транспортирования материалов - 340м, производительность - от 0,9т/ч для белой сажи до 1,2-3т/ч для остальных химикатов.

Рис.2.22. Система напорного пневмотранспорта химикатов.

Централизованный участок дозирования химикатов насчитывает до двенадцати станций дозирования, связанных с группами из шести бункеров с различными химикатами. Автоматизированная система дозирования фирмы "Нокия" (Финляндия) состоит из десяти передвижных бункеров 2, пяти автоматических узлов дозирования 3,4 и системы перемещения контейнеров 5 (рис.2.23). Химикаты для одной закладки маточной смеси распределяют не более чем в три полиэтиленовых мешка, а для приготовления готовой смеси - в один мешок. Пакеты с готовыми навесками устанавливают на ленточные конвейеры, перегружают на полки ПТК и далее на ленточный конвейер для загрузки в воронку смесителя. Подвеска ПТК для химикатов оборудована тремя полками, и на каждой находится навеска для одной закладки в смеситель.

Рис.2.23. Гибкая система автоматизированной развески химикатов: 1-монорельс, 2-промежуточные бункеры, 3-шнековый питатель, 4-весовой дозатор, 5-передвижной контейнер, 6-система управления.

Жидкие и легкоплавкие материалы с температурой плавления до 70^оС поступают на завод в бочках, автомобильных и железнодорожных цистернах. Сливают их через нижние штуцеры цистерны 1 в отапливаемом помещении 2 по трубопроводу 6 в складские резервуары-хранилища 7 вместимостью 25-75м³ с фильтрами, змеевиками и паровыми рубашками для их подогрева (рис 2.24).

Рис.2.24. Схема склада мягчителей: 3-паровой циркуляционный стояк, 4-паровой циркуляционный насос, 5-теплообменники, 8-паровые нагревательные элементы, 9-штуцер, 10-трубопровод "воздушка", 11-бетонные колодки, 12-коридор управления, 13-насосная станция, 14-насосы для мягчителей, 15-бак для сбора конденсата, 16-насос для конденсата, 17-вентиляционная камера, 18-раздаточное помещение.

Автоматическую развеску мягчителей ведут из циркуляционной системы трубопроводов 3, куда их перекачивают циркуляционными насосами 2 по обогреваемым трубопроводам из расходных ёмкостей 1 подготовительного цеха (рис.2.25). Мягчители через автоматические весы 5 направляются в сборные ёмкости 6 и нагнетаются инжектором 8 в рабочую камеру смесителя 7. Автоматическая система подачи, развески и дозирования пяти типов мягчителей установлена на АО "Воронежшина". Пять стальных расходных баков вместимостью по 1.5м³ служат резервуарами для систем кольцевых магистралей трубопроводов. Каждый бак имеет уровнемеры для автоматического контроля наполнения. Четыре бака имеют контрольно-измерительные приборы парового обогрева, один бак - обогрева горячей водой. В дополнение к системам кольцевых трубопроводов имеются два плавильных бака твёрдых мягчителей с системой их обогрева паром, к которым они транспортируются на поддонах, а стеарин подают по дополнительному кольцу трубопроводов.

Рис.2.25. Схема транспортирования и развески мягчителей: 9-мембранные клапаны, 10-расходная ёмкость для минерального масла, 11-расходная ёмкость для парафинов.

Дозирование материалов проводят с точностью до 3%, а системы автоматического дозирования применяют на предприятиях с ассортиментом не более 20-25 видов шин и не более 40-50 наименований ингредиентов. Централизованная система дозирования включает общее оборудование для нескольких смесителей на отдельном участке, что позволяет изготовлять много разных смесей с большим числом компонентов. Индивидуальная система дозирования включает бункера и ёмкости с автоматическими весами, дозаторами и транспортирующими механизмами у каждого смесителя для всех поступающих материалов. Применение ее ограничено невозможностью установки около одного смесителя более 20-25 бункеров. Комбинированные полуавтоматические системы дозирования применяют на заводах с большим ассортиментом изделий и позволяют большие навески, например 10-15кг техуглерода, взвешивать автоматически у смесителя, а малые количества - на централизованных участках. При этом подача к смесителям и загрузка ингредиентов могут не автоматизироваться. Каучуки, регенерат, ускорители вулканизации и сера, трудно поддающиеся автоматической развеске, взвешиваются и загружаются оператором.

Металлокорд поступает в виде стандартных шпуль с одиночными нитями в металлических или картонных коробках с влагопоглотителем. Объём входного контроля его качества и свойств резин определяется в каждом конкретном случае. Сплошной контроль качества металлокорда и резиновых смесей применяют при технологических авариях, освоении новой продукции и новых видов сырья, технологических процессов и оборудования, а выборочный и статистический контроль - при стабильном производстве освоенной продукции. Окисление поверхности и влажная коррозия металлокорда снижают его адгезионные свойства, что обуславливает жёсткие требования к его хранению, транспортированию и переработке. При хранении в сухой среде (при относительной влажности менее 40%) его адгезионные свойства не изменяются в течение продолжительного времени, а в условиях повышенной влажности - быстро ухудшаются. Хранить металлокорд необходимо в неповрежденной таре поставщика и в условиях, исключающих конденсацию влаги, что достигается при использовании отапливаемых и вентилируемых хранилищ. Транспортируют металлокорд только упакованным и в крытых транспортных средствах, не допускается попадание атмосферных осадков на его упаковку, а для морского транспорта применяется специальная упаковка.

2.2 Приготовление резиновых смесей

Резиновая смесь как основной полуфабрикат для шин представляет собой сложную композицию, состоящую из полимерной основы и большого числа ингредиентов (до 20 и более) - компонентов вулканизующей группы, наполнителей, пластификаторов и других добавок. Поэтому и шины на основе резиновых смесей называют композиционными, в отличие от литых шин из полиуретанов. Перечень всех ингредиентов в мас ч на 100мас.ч. каучуков называют рецептом резиновой смеси, но можно представить рецепт также в массовых (мас%) и объемных (об%) процентах. Для расчёта рецепта смеси в мас% произведение мас.ч. каждого компонента на 100 делят на сумму мас.ч. всех компонентов. Для расчета рецепта смеси в об% долю каждого компонента в мас ч делят на его плотность. Рабочий рецепт смеси можно выразить также в кг на загрузку в технологическое оборудование, на котором её изготавливают.

Приготовление резиновой смеси - сложный механохимический процесс, в котором механическое диспергирование, гомогенизация и смешение компонентов сопровождаются химическими реакциями и тепловыми явлениями. Процесс смешения сопровождается изменением структуры макромолекул каучуков и реакциями прививки их к поверхности техуглерода с образованием нерастворимого углеродо-каучукового геля, на него влияют химические свойства, физическое состояние и содержание каждого компонента. "Полезное" физико-химическое превращение (высокая степень диспергирования техуглерода) сопровождается "вредными" процессами деструкции и сшивания макромолекул, нарушения регулярности их структуры и накопления газообразных продуктов реакции, которые необходимо контролировать. Если при простом смешении статистический беспорядок в распределении частиц увеличивается без уменьшения их размеров, то при диспергирующем смешении уменьшаются и размеры частиц до коллоидного уровня. В результате этого достигается статистическое распределение частиц каждого ингредиента по всему объему смеси, выражающееся в том, что соотношение ингредиентов в каждом элементе объёма смеси становится практически одинаковым.

Закрытые смесители периодического действия являются наиболее массовым видом смесительного оборудования и по сравнению с вальцами более производительны и безопасны в работе, легче поддаются автоматизации и позволяют на 15-20% экономить электроэнергию. Смешение осуществляется в закрытой камере при механическом воздействии на материалы двух горизонтально расположенных роторов, занимающих около 60% объёма камеры и вращающихся навстречу друг другу с разной скоростью. Особенности конструкции смесителей разных типов определяются в основном роторами, которые по форме могут быть овальные (Бенбери), трех- или четырехгранные (Вернер-Пфляйдерер) и кулачковые взаимозацепляющиеся (Интермикс). При работе смесителей развивается высокая температура, которую снижают водой. В обозначении отечественных смесителей указывают свободный объём камеры (полный объём камеры за вычетом объёма, занимаемого роторами) и частоту вращения заднего ротора. Эффективность работы смесителя зависит от объёма компонентов смеси. Стремятся к тому, чтобы к концу цикла объём заполнения камеры достигал 60-80% свободного объёма, что определяют экспериментально с учётом состава смеси и степени амортизации смесителя. С увеличением зазора между гребнем лопасти ротора и стенкой камеры вследствие износа смесителя несколько увеличивают объем заполнения его камеры. Свободное пространство в камере необходимо для смешения компонентов, но при недостаточной её загрузке чрезмерно уменьшается давление, что удлиняет цикл из-за проскальзывания смеси. При перегрузке камеры снижается однородность смеси, так как часть ингредиентов длительное время оказывается в горловине загрузочной воронки и не участвует в смешении. Продолжительность смешения растёт при увеличении содержания техуглерода, а одновременная загрузка техуглерода и мягчителей ухудшает его распределение в резиновой смеси. С повышением давления верхнего затвора на смесь увеличивается трение, что повышает температуру и уменьшает продолжительность смешения. При повышении скорости вращения роторов усиливается перемешивание смеси и повышается интенсивность процесса, что сокращает продолжительность цикла.

Смесители непрерывного действия облегчают создание непрерывных потоков переработки резиновых смесей, позволяют улучшать культуру труда и уменьшать производственные площади, а в их рабочей камере по характеру воздействия вращающегосяся ротора (шнека) на смесь выделяют три зоны:

· в зоне загрузки смесительные органы имеют винтовую нарезку для равномерности захвата, уплотнения и подачи материалов в зону смешения;

· в зоне смешения находятся перемешивающие элементы конструкции, обеспечивающие максимальный смесительно-диспергирующий эффект;

· в зоне выгрузки снижаются механические воздействия, и развившееся давление уплотняет и выталкивает смесь через разгрузочное отверстие. Выделяющееся тепло во второй и третьей зонах интенсивно отбирают большие поверхности охлаждения, что в сочетании с высокими напряжениями и скоростями сдвига способствует эффективному перемешиванию материалов. Роторные смесители непрерывного действия ФКМ фирмы "Фаррел" (США) имеют два ротора с червячной нарезкой в зоне загрузки и фасонными лопастями, подобными роторам смесителя "Бенбери". Материалы уплотняются, смачиваются и диспергируются при воздействии сдвига между гребнями роторов и стенкой камеры и продольного возвратно-поступательного среза. Усреднение и гомогенизация достигаются трамбовкой, перелопачиванием и перебросом смеси из камеры в камеру под действием разности скоростей вращения роторов. Одночервячные смесители непрерывного действия "Трансфермикс" наиболее распространены и имеют червяк с переменной глубиной нарезки витков, расположенный в конической полости корпуса, которая имеет винтовую нарезку и сужается к выходу (рис.2.26). Материал послойно переходит из межвитковых каналов червяка в каналы корпуса и обратно по сложной траектории, но по интенсивности смешения они уступают ФКМ. Отечественный смеситель РСНД-530/660-1 с червяком диаметром 660мм в загрузочной и 530мм в разгрузочной зоне и шестью зонами регулирования температуры от 20 до 140^оС работает совместно со смесителем периодического действия, а смесь из него выходит в виде гранул или листов.

Рис. 2.26 Схема четырехступенчатой машины системы "Трансфермикс": 1 - загрузочная воронка; 2 - корпус; 3 - червяк.

Технологические схемы приготовления резиновых смесей на современных шинных заводах предусматривают одну, две и три стадии на оборудовании большой единичной мощности. Первую стадию изготовления маточных смесей и пластикацию НК осуществляют в резиносмесителях РС-650 с объёмом камеры 0,63м³ и плавным регулированием частоты вращения роторов от 15 до 50об/мин. Дорабатывают смеси в шнековых экструдерах с диаметром шнека 530/660мм, оборудованных гранулирующей или валковой головками. Вторую и третью стадии проводят в таких же смесителях и экструдерах или в смесителях РС-250-30 с подачей на вальцы диаметром 665мм и длиной валков 2100мм, используемые и для одностадийного смешения. Технологическая схема включает ряд поточно-автоматических линий развески ингредиентов и изготовления резиновых смесей, автоматизированные склады из вращающихся барабанов для хранения гранул маточных смесей, высотные склады со штабелерами и системы управления смешением и складскими операциями (рис.2.27). В состав линий входят смесители с объёмом камеры 0,33-0,37м³ и 0,62-0,65м³. Путём регулирования частоты вращения роторов обеспечивают условия для улучшения диспергирования техуглерода и сокращения продолжительности смешения. Линия 1 используется для приготовления маточных и готовых камерных резиновых смесей, в том числе и на основе БК, а линии 2-7 - для маточных и готовых смесей массового ассортимента, из них линия 5 является универсальной для приготовления смесей любой стадии.

Рис.2.27. Технологическая схема приготовления резиновых смесей на оборудовании большой единичной мощности: 1-смеситель РС-630, 2-смеситель РС-330, 3-экструдер 500/8, 4- экструдер 500/600, 5-смеситель непрерывного действия типа "Трансфермикс", 6-агрегат из трёх вальцев 665Ч2100, 7-экструдер 450/550 с валковой головкой, 8-экструдер 500Ч600 с валковой головкой, 9-вальцы 665Ч2100, 10-установки для изоляции и охлаждения гранул, 11-фестонные установки для изоляции и охлаждения гранул.

Высокопроизводительное смесительное оборудование на отечественных заводах разнообразно (табл.2.14), а в проспектах зарубежных фирм предлагают смесители периодического действия с объёмом камеры 0,33м³, 0,37м³, 0,62м³, 0,63м³, 0,65м³ и 0,87м³. Использование дорогостоящего оборудования большой единичной мощности целесообразно только в условиях крупнотоннажного производства при его непрерывной и стабильной работе без частой смены рецептов. Эффект от его применения достигает 6-7% по сравнению с серийным оборудованием, несмотря на более высокую себестоимость смесей.

Таблица 2.14

Техническая характеристика высокопроизводительного смесительного оборудования

Показатели характеристики	Резиносмесители	Смесит. экструдер	Агрегат червячно- валковый АЧВЛ-1200
	период. действия	непрерыв. РСНД 530/660-1	с гранули- рующей головкой	с листу-ющей го ловкой
	РС-630, РС-650	РС-330, РС-370
Трудоёмкость 1т смеси, чел/ч	0,048	0,094	0,031	0,096	0,189	0,235
Производительность, т/ч	10,4	5,3	8-16	10,4	5,3	1,6-8,5
Численность обслуж. персонала	1/2	1/2	1/2	1	1	2
Расход на 1т смеси	электроэнергии, кВт воды 14оС, м3/ч воды 15оС, м3/ч	288 3,7 3,4	292,4 5,8 3,3	129 0,984 -	62,5 4,8 0,9	108,5 6,6 1,1	110,4 11,0-
Масса, т	105,56	80,55	199,0	78,7	55,71	83,5

Дорабатывающее оборудование непрерывного действия - экструдеры с гранулирующей или стрейнирующей головкой, червячные смесители "Трансфермикс" и агрегаты из трёх вальцев. На линиях первой стадии смесей с продолжительностью цикла 3мин ставят экструдер с гранулирующей головкой, а более сложный и дорогой из червячных машин - "Трансфермикс" (табл.2.15). Приводы этих машин имеют плавную регулировку скорости вращения шнека от количества материала в загрузочной воронке, снабжённой тремя указателями уровня, а система терморегулирования поддерживает заданную температуру поверхностей шнека, корпуса и головки. Из-за высокой температуры смесители "Трансфермикс R-21" не применяют в линиях производства готовых смесей. Маточные же смеси из каучуков повышенной жёсткости (протекторная или брекерная смесь для легковых радиальных шин) на линии с червячным смесителем при более высокой её производительности имеют на 8% выше качество и на 4% стабильнее свойства, чем на линиях с экструдером.



Таблица 2.15.

Техническая характеристика дорабатывающего оборудования червячного типа

Параметры	Экструдер	Смеситель "Трансфермикс"
Скорость вращения шнека, мин-1	18	15
Длина рабочей части шнека, м	4,935	4,350
Диаметр шнека, м	0,500/0,600	0,533/0,640
Номинальная пропускная способность, т/ч	15,0	13,0
Мощность привода электродвигателя, кВт	600	900

Последовательность введения компонентов в камеру резиносмесителя 23 по режимографу ЭВМ обеспечивается скоординированной работой загрузочных транспортёров 32,28,27,10, загрузочных ёмкостей 16 и насосов 6 (рис.2.28). Полимерная основа подаётся первой, затем техуглерод и остальные ингредиенты, а жидкие мягчители через инжектор впрыскиваются шестерёнчатым насосом при закрытом верхнем затворе. Каучуки доставляются от централизованного участка резки кусками разного размера в контейнерах 29 на питающие транспортёры 30 для взвешивания, а мелкие куски укладывают около весов 31, которые обслуживает оператор, набирая точные навески и укладывая их на загрузочный транспортёр 32. Светлые ингредиенты взвешиваются на автоматических весах 9,22,26 и с помощью соответствующих устройств загружаются в камеру смесителя. Техуглерод из расходных бункеров 12 дозаторами 13 подаётся на автоматические весы 14,15 и далее через ёмкость 16 - в загрузочную воронку смесителя с отсосом пыли, которую используют потом в менее ответственных изделиях. Химикаты, упакованные в мешочки на участке централизованной развески и доставленные с помощью ПТК, подаются с загрузочного транспортёра 28 прямо в загрузочную воронку резиносмесителя, чтобы предотвратить потери. Легкоплавкие и жидкие мягчители из обогреваемых трубопроводов 1 после взвешивания на автоматических весах 3,4 подаются в сборную ёмкость 5 для впрыскивания насосами-дозаторами 6 в рабочую камеру смесителя. По окончании цикла через откидную дверку нижнего затвора смесь поступает в загрузочную воронку экструдера-гранулятора 33 и выходит в виде цилиндриков диаметром 15мм и длиной 20-25мм с насыпной плотностью 585кг/м³. После обработки на установке 34 антиадгезивами гранулы подаются транспортёром 35 на установки 36 для охлаждения и сушки и по материалопроводу 37 пневмотранспорта - на склад для охлаждения во вращающихся барабанах.

Рис.2.28. Схема изготовления маточных резиновых смесей в резиносмесителе РС-630.

Установка для охлаждения и сушки гранул является устройством непрерывного действия в режиме, при котором одновременно в один барабан поступают гранулы только что приготовленной смеси, а в другом барабане охлаждаются и выгружаются гранулы предыдущей партии. В загрузочный бункер 1 и далее через трубу заполнения 2 во входной корпус 3 поступают гранулы с температурой 130-140^оС, откуда с помощью втяжных лопастей 4 попадают в цилиндрический корпус 5, ось которого наклонена к горизонтали под углом 2,5^о (рис.2.29). Ленточные спирали 6, подъёмные лопасти 7 и тормозные кольца с секторными заслонками 8 на внутренней поверхности барабана способствуют перемещению гранул под действием силы тяжести к разгрузочному бункеру. Барабан в специальных кольцах 13 приводится во вращение через приводную шестерню 12 и зубчатый венец 11 от электродвигателя 10. Сушка и охлаждение гранул происходят во встречном потоке воздуха. В режиме загрузки барабан вращается по часовой стрелке, а движение гранул к выходу тормозится ленточной спиралью, тормозными кольцами и противотоком воздуха, что обеспечивает требуемую интенсивность их сушки, охлаждения и перемешивания. В режиме разгрузки барабан вращается против часовой стрелки, и скорость выхода гранул через разгрузочный бункер 9 повышается силой тяжести потока и усилием ленточной спирали. В барабанах гранулы разных партий усредняются, что позволило при применении барабанов большой ёмкости повысить на 15-20% стабильность и качество готовых смесей.

Рис.2.29. Схема устройства непрерывного действия для охлаждения гранул.

На ПО "Нижнекамскшина" гранулы маточных смесей из вращающихся барабанов 7 засасываются системой пневмотранспорта производительностью 7т/ч через роторные питатели 8 и подаются через промежуточный склад или напрямую к резиносмесителю второй стадии смешения (рис.2.30). На складе из осадителя 9 гранулы реверсивным транспортёром 12 раздаются по складским вращающимся ёмкостям 13, а на вторую стадию подаются в материалопровод через загрузочное устройство 15 и переключатели трубопроводов 16.

Рис.2.30. Система пневмотранспорта для гранулированных маточных смесей: 1-смеситель, 2-гранулятор, 3-влагоотделяющий транспортёр, 4-винтовый конвейер, 5-ленточные конвейеры, 6-реверсивный ленточный транспортёр, 7-охлаждающий барабан, 8-роторный питатель, 9-отделитель, 10-шлюзовый затвор, 11-двухрукавная течка, 12-реверсивный транспортёр, 13-складская барабанная ёмкость, 14-распределительная течка, 15-загрузочное устройство, 16-переключатель трубопроводов, 17-расходный бункер, 18-фильтр рукавный, 19-шлюзовый затвор, 20-шиберная задвижка, 21-контейнер для пыли, 22-успокоитель, 23-воздуходувка ротационная, 24-глушитель.

Опыт применения смесителей большой единичной мощности показал, что на заводах с большими объёмами смесей и частой сменой рецептов более эффективны линии из смесителя РС-370/10-60, червячного экструдера с валковой головкой АЧВЛ-1200, фестонной установки АФТ "В" и автоматизированного технологического комплекса, например АТК-3. Листы резиновых смесей и пластиката НК ПТК подаёт на механизированный высотный стеллажный склад, где маточные смеси перед применением хранят от 12 до 14ч, а готовые - не более трёх суток. Участок загрузки листов на поддоны включает петлю 6, ответвлённую от главной магистрали ПТК, в комплекте с одним устройством для погрузки заполненных поддонов на подвески 4 (рис.2.31). На каждой петле предусмотрены остановочные блоки: первый - для остановки подвески с порожним поддоном 5, второй - для остановки подвески, которая должна загружать поддон листовой резиновой смесью, а третий - для хранения подвесок, находящихся в ожидании выхода с петли. Смесь на выходе из фестонной установки 7 укладывают на тележку 2, которая транспортируется по рельсам от одной позиции к другой под осью петли линии ПТК. Подвеска с нагруженным поддоном 3 направляется к зонам разгрузки, находящимся в непосредственной близости от склада хранения листовой резиновой смеси, и подаётся в одну из его ячеек автоматическим краном-штабелером для хранения. Управление кранами, контроль качества, учёт наличия и поступления смесей осуществляется с помощью ЭВМ.

Рис.2.31. Технологическа схема изготовления резиновых смесей на линии АТК-3:

2.3 Профилирование протекторных заготовок и других деталей покрышек

Высокое качество шин в значительной степени обеспечивается соблюдением требований к качеству протекторной ленты, а главное из них - точно и стабильно воспроизводить её геометрические размеры в соответствии со спецификацией (прецизионность заготовок). Не менее важна однородность поперечного сечения ленты по массе, обеспечивающая на последующих переделах стабильность и однородность усадки. Необходимы также высокое качество поверхности заготовок (монолитная, гладкая, ровная, без надрывов по кромке) и отсутствие в их массиве кусочков подвулканизованной смеси. Профилирование заготовок со стабильными геометрическими размерами и качеством поверхности для шин современных конструкций не обеспечивается червячными машинами теплого питания. Агрегатами разогревательных и питательных вальцев для них не обеспечивается требуемая гомогенизация резиновых смесей по массе и температуре, что приводит к неоднородности усадки профильных заготовок. Вальцы не справляются также с переработкой смесей повышенной жёсткости (перегрев на валках и "шубление") и с высокими адгезионными свойствами (залипание и переход на задний нерабочий валок), являются травмоопасным оборудованием и требуют тяжелого физического труда. С расширением производства грузовых ЦМК-шин современных конструкций повышаются требования к качеству профилированных заготовок и к уровню автоматизации технологического процесса их профилирования.

Перспективное оборудование для профилирования протекторных лент - червячные машины холодного питания (МЧХ), позволяющие отказаться от подогревательных вальцов, что облегчает автоматизацию процесса питания и обеспечивает постоянство теплового режима и геометрических размеров ленты. В первую очередь необходимы МЧХ штифтового типа и с валковыми головками, которые обеспечивают повышение производительности автоматизированных линий в 1,2-2 раза с одновременным улучшением качества ленты. МЧХ штифтового типа снабжают цилиндром, в котором радиально размещены штифты, доходящие до сердечника червяка (рис.2.32). Как правило, в ряд радиально расположено 6-8 штифтов, а количество рядов вдоль цилиндра варьируется от 6 до 12 в зависимости от области применения экструдера. Штифты многократно разбивают поток резиновой смеси, повышая эффективность её гомогенизации по массе и температуре, и усиливают её сцепление со стенками цилиндра, повышая этим пропускную способность.

Рис. 2.32. Схема элементов штифтового экструдера: 1-штифт, 2-цилиндр экструдера, 3-червяк, 4-штифтовая канавка.

На шинных заводах освоены специализированные линии для выпуска прецизионных профилей для шин перспективных конструкций, в том числе:

...