楊浩 王強(qiáng) 孫匯宇 劉洋 蔣志斌

摘要：輪胎打磨機(jī)是輪胎翻新的核心設(shè)備，主要負(fù)責(zé)對(duì)廢舊胎體進(jìn)行全方面的打磨，其打磨好壞會(huì)直接影響到翻新輪胎的質(zhì)量。為了有效實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎全方位高效均勻打磨，利用液壓傳動(dòng)及 UG軟件仿真技術(shù)，進(jìn)行了全方位廢舊輪胎胎體打磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中在輪胎夾緊裝置處實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，借鑒傘骨張合原理實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎大小的調(diào)節(jié)。相比傳動(dòng)打磨機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)胎體、胎面與胎肩全方位勻速均勻打磨，可有效提高胎體打磨質(zhì)量和打磨效率，大大減少工人的工作強(qiáng)度，為輪胎翻新企業(yè)胎體打磨技術(shù)提升和設(shè)備創(chuàng)新提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：輪胎翻新;全方位;輪胎打磨機(jī);液壓傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：TQ336;TP242文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0119-03

Structure Design of Al-dimensional Waste Tire Body Grinding Machine

Yang Hao ，Wang Qiang※，Sun Huiyu，Liu Yang ，Jiang Zhibin

（Heilongjiang Institute of Technology， School of Automobile and Transportation， Harbin 150050， China）

Abstract： Tire grinding machine is the core equipment of tire retread， it is mainly responsible for the waste tire body for all aspects of grinding， its grinding quality will directly affect the quality of the retread tire. In order to effectively realize the omni-directional， efficient and uniform grinding of waste tires， the structural design of omni-directional waste tire carcass grinder was carried out by using hydraulic transmission and UG software simulation technology， in which the innovation was realized at the tire clamping device， and the adjustment of tire size was realized by referring to the umbrella bone tension principle. Compared with the transmission grinding mechanism， the designed product can realize the omni-directional uniform grinding of the carcass， tread and shoulder， effectively improve the carcass grinding quality and grinding efficiency， greatly reduce the working intensity of workers， and provide a certain reference for the improvement of carcass grinding technology and equipment innovation of tire retreading enterprises.

Key words： tire retreading; comprehensive; tire grinding machine; hydraulic transmission

0 引言

我國已經(jīng)成為世界上輪胎生產(chǎn)和消費(fèi)大國，然而我國橡膠資源極度匱乏，年需求量的70%依靠進(jìn)口。因此，如何將廢舊輪胎資源化、減量化、無害化[1]，不僅關(guān)系到環(huán)境保護(hù)這一重要的社會(huì)問題，也是關(guān)系到我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。如何提出符合我國國情的廢舊輪胎高值化的技術(shù)方案是值得思考的[2]問題。

為了能最大限度地發(fā)揮廢舊輪胎利用的有效性，國際上通常采用“先翻新，后報(bào)廢”的做法。輪胎胎面磨光時(shí)只用去整條輪胎經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值的30%，另外約70%可通過輪胎翻新被再次利用[3]。而廢舊輪胎在翻新前，需要對(duì)舊胎體進(jìn)行打磨，廢舊輪胎的打磨質(zhì)量會(huì)直接影響到翻新輪胎的使用性能。我國關(guān)于輪胎打磨設(shè)備的研究還有很大的進(jìn)步空間，如果輪胎打磨設(shè)備的構(gòu)想合理，工作方式簡單、高效、快捷，是可以提升輪胎的被打磨質(zhì)量，從而作為前處理部分為了后期的預(yù)硫化處理提供前期良好打磨胎體的支持。隨著人們的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)及對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的追求，翻新輪胎的需求會(huì)與日俱增。與此同時(shí)，如何提高翻新打磨效率是每一個(gè)輪胎翻新企業(yè)都要考慮的事情。因此，設(shè)計(jì)出一款新型的高效的廢舊輪胎打磨機(jī)[4]對(duì)于輪胎翻新企業(yè)十分重要。隨著翻新材料技術(shù)水平的迅速發(fā)展，為進(jìn)一步提高翻新輪胎的質(zhì)量，設(shè)計(jì)一款穩(wěn)定高效的廢舊輪胎胎體打磨機(jī)，將胎面、胎側(cè)、胎肩打磨的光滑且平整，使打磨浪費(fèi)余量最小，經(jīng)濟(jì)性最好是十分有必要的[5]。

1 廢舊輪胎打磨機(jī)現(xiàn)狀

我國的輪胎翻新企業(yè)主要以中小型翻新企業(yè)為主，受經(jīng)濟(jì)成本的制約，自動(dòng)化、集成化程度略低，對(duì)輪胎的打磨方式主要以人工手持式為主，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，打磨效率極低[6]。所采用的打磨機(jī)大多采用氣壓驅(qū)動(dòng)，打磨速度不平穩(wěn)、設(shè)備噪聲大，而且只能打磨到胎面、胎肩部位，還只能是先打磨一側(cè)，然后再翻過來打磨另一側(cè)，這不僅會(huì)對(duì)胎側(cè)部位打磨不到位，同時(shí)存在打磨效率低、打磨高低不平、厚度不均勻、打磨精度不高、安全系數(shù)低等缺陷。目前廢舊輪胎打磨機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)生產(chǎn)的打磨機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是功能單一，價(jià)格昂貴，關(guān)于廢舊輪胎打磨機(jī)的專利產(chǎn)品也很少。當(dāng)前，市場上的這些輪胎打磨設(shè)備最主要的問題是不能夠全方位打磨，打磨不到位、尤其打磨效率低的問題。而且在打磨工作的過程中由于需人工手持所以可變的不利因素有很多，長時(shí)間的工作造成的疲勞導(dǎo)致手部變形較大，因此對(duì)輪胎的打磨并不均勻，造成打出廢胎的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在工作過程中工人由于離胎體很近打磨出的輪胎橡膠廢屑極易被吸入身體中，對(duì)工人健康造成嚴(yán)重的危害[7]。因此基于諸多問題應(yīng)研發(fā)出一種全方位廢舊輪胎打磨機(jī)，在保證工作安全、結(jié)構(gòu)合理可靠的前提下盡可能的降低成本，旨在于面向中小型輪胎翻新企業(yè)使用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化[8]。

2 全方位廢舊輪胎打磨機(jī)設(shè)計(jì)原理

本文設(shè)計(jì)的全方位廢舊輪胎打磨機(jī)的設(shè)計(jì)原理如圖1所示，具體如下。

（1） 機(jī)架：包括頂架、底架及位于底架兩側(cè)的立柱。

（2） 頂部行走驅(qū)動(dòng)裝置：由水平的兩根橫向?qū)к墶筛v向?qū)к壖耙簤候?qū)動(dòng)部分組成，包括液壓油缸、導(dǎo)軌、固定豎直打磨機(jī)的連接固定裝置。

（3） 底部行走驅(qū)動(dòng)裝置：同樣由兩組相水平方向垂直的滑軌、液壓驅(qū)動(dòng)油缸及固定底部胎面打磨機(jī)部分組成。

（4） 夾緊伸張裝置：位于打磨機(jī)架體的中部，借鑒雨傘骨架張、合原理膨脹夾持部的端面與輪胎胎圈內(nèi)側(cè)緊密接觸[9]，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎大小夾緊區(qū)域性可調(diào)節(jié)的形態(tài)。

（5）升降機(jī)構(gòu)：位于機(jī)架載物臺(tái)，主要以傳送部分和升降部分構(gòu)成，因工程輪胎普遍偏重，為解放人力故設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)。

（6）控制設(shè)備：主要以電機(jī)、減速器、控制電器設(shè)備、控制液壓油路、泵體及各種閥體集成成為控制臺(tái)，便于控制管理與后期設(shè)備維修。

（7） 打磨機(jī)構(gòu)：分別在上部下部采用不同的打磨機(jī)結(jié)構(gòu)體。

（8） 回收裝置：分別位于上下兩部分打磨機(jī)的打磨頭后部處，采用軟管與吸屑機(jī)相連。

（9） 安全裝置：液壓油路安全裝置主要由溢流閥構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)減壓溢流的實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，避免因長時(shí)間打磨過程出現(xiàn)機(jī)體過載損壞機(jī)器的現(xiàn)象。

（10）各種附件部分：主要包括相應(yīng)規(guī)格型號(hào)的傳送帶、液壓缸、電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等。

3 全方位輪胎打磨機(jī)結(jié)構(gòu)

全方位輪胎打磨機(jī)的結(jié)構(gòu)組成主要包括頂部行走機(jī)構(gòu)、底部行走機(jī)構(gòu)、夾緊伸張裝置、升降傳送機(jī)構(gòu)、打磨機(jī)構(gòu)和回收裝置7大部分組成，具體結(jié)構(gòu)組成及工作原理如下。

（1） 頂部行走機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由液壓油泵控制、液壓油缸具體執(zhí)行，通過控制其油路內(nèi)液壓油的流量大小，實(shí)現(xiàn)水平面上的兩個(gè)相垂直方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過導(dǎo)軌2和導(dǎo)軌4實(shí)現(xiàn)全方位的滑移運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)平行的液壓缸3和液壓缸5控制兩個(gè)胎側(cè)打磨頭沿輪胎中軸線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)與其垂直放置的液壓缸1控制這兩個(gè)胎側(cè)打磨頭沿垂直輪胎的中軸線方向縱向運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)整進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和同步調(diào)整進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（2） 底部行走機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要原理同頂部行走原理相同，通過兩個(gè)水平面上相垂直的液壓缸1和液壓缸7在導(dǎo)軌2、3、6上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎胎面的滑動(dòng)打磨和進(jìn)給打磨。上下兩組液壓缸可同時(shí)作用，以實(shí)現(xiàn)全方位同時(shí)打磨，有效的縮短工作時(shí)間，在安全穩(wěn)定的條件下極大地提高了打磨效率，而且在同一速度下使被打磨的胎體更均勻。

（3） 夾緊伸張裝置。結(jié)構(gòu)如圖4所示，利用傘骨伸張?jiān)碓诎惭b待打磨輪胎時(shí)，實(shí)現(xiàn)圓周大小的調(diào)整，機(jī)體通過每一根獨(dú)立的骨架進(jìn)行操作，連線成面，實(shí)現(xiàn)了圓周面的上的擴(kuò)張與縮小。以便適應(yīng)一定范圍內(nèi)的輪胎大小的打磨需求，在安裝輪胎后，由主液壓缸1進(jìn)行夾緊當(dāng)對(duì)向夾緊后實(shí)施張開動(dòng)作以便固定輪胎，防止在打磨途中的輪胎滑落，避免造成打磨出廢胎的現(xiàn)象。

（4） 升降傳送機(jī)構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要考慮到工程輪胎，一般普遍偏重，如采用純?nèi)斯ぐ惭b，對(duì)工人師傅的勞動(dòng)要求強(qiáng)度較大，因此主要采用傳送升降機(jī)構(gòu)[10]，主要分為兩個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)。第一運(yùn)動(dòng)：傳送，由工人師傅將輪胎搬運(yùn)至傳送裝置上，放置在傳送臺(tái)相應(yīng)的輪胎放置槽4內(nèi)加以固定。第二運(yùn)動(dòng)：升降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到打磨機(jī)體內(nèi)時(shí)，通過豎直方向的液壓傳動(dòng)油缸1連接抬臂2，將其頂起至夾緊裝置的對(duì)心位置，以便實(shí)現(xiàn)下一步的安裝打磨。此裝置可有效降低工人的工作強(qiáng)度，由機(jī)械抬升代替人工抬升，縮短抬升搬運(yùn)時(shí)間，提高了輪胎打磨的工作效率。

（5）打磨機(jī)構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)如圖6所示，分別為胎側(cè)打磨和胎面打磨兩部分，胎側(cè)打磨有兩個(gè)位于頂部行走機(jī)構(gòu)兩側(cè)的豎直打磨機(jī)構(gòu)，胎面打磨由位于底部行走機(jī)構(gòu)的打磨機(jī)構(gòu)組成。由于對(duì)打磨機(jī)構(gòu)要求打磨速度穩(wěn)定、力度平均，因此采用電機(jī)作為動(dòng)力源，胎側(cè)打磨機(jī)由電機(jī)連接減速器帶動(dòng)打磨機(jī)軸對(duì)打磨頭直接驅(qū)動(dòng)。胎面打磨部分由于考慮安裝合理的因素采用電機(jī)連接皮帶輪帶動(dòng)傳動(dòng)皮帶對(duì)打磨頭進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)，同樣可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)，隨著企業(yè)的要求還可進(jìn)行相應(yīng)的改良，如企業(yè)需要實(shí)現(xiàn)可變速打磨，則只需選用相應(yīng)型號(hào)規(guī)格的伺服電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)速度區(qū)域調(diào)節(jié)。此打磨結(jié)構(gòu)可以對(duì)胎面、胎肩、胎側(cè)同時(shí)進(jìn)行打磨，打磨方位全面，相較于現(xiàn)有的設(shè)備，操作起來也更加簡便，提高了輪胎的打磨效率[11] 。

（6）回收裝置。為避免廢屑飛濺在打磨頭部開口與軟管相連，連接吸屑機(jī)，通過電機(jī)帶動(dòng)工作及時(shí)的把打磨下來的橡膠廢屑回收，防止飛濺污染環(huán)境，以及保護(hù)工人的身體健康。

4 結(jié)束語

廢舊輪胎翻新是一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)鏈化的工程，需要每個(gè)方面的技術(shù)人員包括政府的相關(guān)部門人員的政策支持[12] 共同構(gòu)建成為一個(gè)良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，對(duì)于翻新輪胎，我國的需求量很大，因此在提高翻新技術(shù)的前提下，創(chuàng)新提高新型的翻新設(shè)備也是必不可少的。與現(xiàn)有輪胎打磨機(jī)相比，本文設(shè)計(jì)的一種全方位廢舊工程輪胎打磨機(jī)，采用全液壓驅(qū)動(dòng)，使得打磨速度可調(diào)且可勻速、穩(wěn)定打磨，還可以對(duì)胎面、胎肩、胎側(cè)同時(shí)進(jìn)行打磨，打磨方位全面，打磨平整、光滑，打磨厚度均勻，安全系數(shù)高。設(shè)備操作簡便，打磨精度高，打磨后的橡膠粉末還能夠自動(dòng)落入防護(hù)罩內(nèi)被回收，減少了環(huán)境污染和對(duì)操作工人的身體健康損傷。希望此項(xiàng)廢舊輪胎翻新打磨機(jī)可以對(duì)輪胎翻新企業(yè)有所幫助，也希望相關(guān)的技術(shù)人員可以積極投入到我國輪胎翻新行業(yè)中去，為實(shí)現(xiàn)資源的合理再利用，以及保護(hù)環(huán)境獻(xiàn)出自己的一份力量。

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第一作者簡介：楊浩（1999-），男，河北承德人，大學(xué)本科，研究領(lǐng)域?yàn)檐囕v工程。

※通訊作者簡介：王強(qiáng)（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，副教授，工學(xué)博士，博士后，研究領(lǐng)域?yàn)檐囕v輪胎技術(shù)、車輛性能提升技術(shù)。（編輯：刁少華）