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她认为虽然轮胎硫化技术已在相当长的一段时期没有什么变化，但是当代的硫化机的质量非常高。

“虽然硫化技术在安全性能方面也进行了改进，”她补充道，“但是，于其说硫化机发生根本的变化，不如说硫化机一直在不断地改进，使轮胎硫化效果又快又好。

这主要得益于电子和计算机控制技术的应用。

”

近年来，通过与世界轮胎巨头的合作与交流，我国硫化机在精度、可靠性、稳定性等方面均有了质的飞跃，目前，我国产的硫化机已可完全取代进口产品，不仅包揽了国内新建轮胎厂所需的所有硫化机，而且还大量出口日本、法国等发达国家，出口型号包括机械式和液压式等l0有了质的飞跃，目前，我国产的硫化机已可完全取代进口产品，不仅包揽了国内新建轮胎厂所需的所有硫化机，而且还大量出口日本、法国等发达国家，出口型号包括机械式和液压式等l0多个规格。

如今，世界轮胎巨头前“五强”已有“四强”使用我国生产的硫化机。

2轮胎硫化与硫化机的介绍

2.1硫化的介绍

2.1.1硫化的原理

在高分子化学中，硫化（Vulcanization）指的是橡胶胶料通过生胶分子间交联，生成具有三维网络结构的硫化胶的过程。

含有双键的弹性体在工业上多采用硫或有机硫化合物来进行硫化交联，因此在橡胶工业中，硫化与交联是同义词。

交联的目的是为了使胶料具备高强度、高弹性、高耐磨、抗腐蚀等优良性能，消除永久形变，使橡胶在变形之后，能迅速并完全地恢复原状。

因为最早发现的交联剂是硫磺，故得名硫化。

硫化”一词有其历史性，因最初的天然橡胶制品用硫磺作交联剂进行交联而得名，随着橡胶工业的发展，现在可以用多种非硫磺交联剂进行交联。

因此硫化的更科学的意义应是“交联”或“架桥”，即线性高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。

从物性上即是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程。

“硫化”的含义不仅包含实际交联的过程，还包括产生交联的方法。

硫化的条件

影响硫化过程的主要因素是硫磺用量、硫化温度及硫化时间。

（1）硫磺用量。

其用量越大，硫化速度越快，可以达到的硫化程度也越高。

硫磺在橡胶中的溶解度是有限的，过量的硫磺会由胶料表面析出，俗称“喷硫”。

为了减少喷硫现象，要求在尽可能低的温度下，或者至少在硫磺的熔点以下加硫。

根据橡胶制品的使用要求，硫磺在软质橡胶中的用量一般不超过3％，在半硬质胶中用量一般为20％左右，在硬质胶中的用量可高达40％以上。

（2）硫化温度。

若温度高10℃，硫化时间约缩短一半。

由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同。

为了保证比较均匀的硫化程度，厚橡胶制品一般采用逐步升温、低温长时间硫化。

（3）硫化时间。

这是硫化工艺的重要环节。

时间过短，硫化程度不足（亦称欠硫）。

时间过长，硫化程度过高（俗称过硫）。

只有适宜的硫化程度（俗称正硫化），才能保证最佳的综合性能。

硫化的过程

通过胶料定伸强度的测量（或硫化仪）可以看到，整个硫化过程可分为硫化诱导，预硫，正硫化和过硫（对天然胶来说是硫化返原）四个阶段。

（1）硫化诱导期

硫化诱导期（焦烧时间）内，交联尚未开始，胶料有很好的流动性。

这一阶段决定了胶料的焦烧性及加工安全性。

这一阶段的终点，胶料开始交联并丧失流动性。

硫化诱导期的长短除与生胶本身性质有关，主要取决于所用助剂，如用迟延性促进剂可以得到较长的焦烧时间，且有较高的加工安全性。

（2）预硫化阶段

硫化诱导期以后便是以一定速度进行交联的预硫化阶段。

预硫化期的交联程度低，即使到后期硫化胶的扯断强度，弹性也不能到达预想水平，但撕裂和动态裂口的性能却比相应的正硫化好。

（3）正硫化阶段

到达正硫化阶段后，硫化胶的各项物理性能分别达到或接近最佳点，或达到性能的综全平衡。

（4）过硫化阶段

正硫化阶段（硫化平坦区）之后，即为过硫阶段，有两种情况：

天然胶出现“返原”现象（定伸强度下降），大部分合成胶（除丁基胶外）定伸强度继续增加。

（5）交联现象与其影响

对任何橡胶来说，硫化时不只是产生交联，还由于热及其它因素的作用产生产联链和分子链的断裂。

这一现象贯穿整个硫化过程。

在过硫阶段，如果交联仍占优势，橡胶就发硬，定伸强度继续上升，反之，橡胶发软，即出现返原

2.2硫化机工作原理

硫化机在工作循环中，轮胎硫化需长时间保压（主要是加力缸和中心缸的保压），以确保轮胎质量。

保压性能的好坏，直接影响到轮胎硫化的质量，在设计时，拟定了两种保压方式。

1.用液控单向阀保压。

在油缸的进油路上串联一个液控单向阀，利用单向阀锥形阀座的密封性来实现保压。

它在200mpa压力下，10min内压力降不超过2mpa。

2.用蓄能器保压。

蓄能器与主缸相通，补偿系统漏油，并且在蓄能器出口设单向节流阀，其作用是防止换向阀切换时，蓄能器突然泄压而造成冲击。

采用蓄能器保压24小时内，压力降不超过1～2bar。

2.3轮胎硫化机的工艺概述

2.3.1硫化机的工艺流程

硫化机的工艺流程主要有:

装胎、定型、合模、打内压、硫化（必要时延时硫化）、内冷、外冷、开模、取胎、吹风等过程,其控制系统核心部分是硫化过程控制和程序控制。

2.3.2传统的等压等温轮胎硫化工艺

目前轮胎制造过程中，硫化工艺大多数是采用传统的等压等温轮胎硫化工艺。

在硫化轮胎的胶囊内通入一定温度和压力的介质（如蒸汽或过热水）、并持续一定时间，再向硫化轮胎的胶囊内通入过热水，在整个正硫化过程中，过热水保持一定的压力和温度不间断地循环流动，即正硫化过程中始终保持等压等温。

这个过程需要消耗大量能源，轮胎硫化过程是轮胎生产中最大的能量消耗过程。

实际上循环的过热水的热量被轮胎所吸收的只是一小部分，大量的热水是无效地循环。

同时传统硫化工艺因正硫化时间长，易造成过硫。

过硫使胶料的物理性能大幅度降低，影响轮胎质量。

2.3.3新型等压变温轮胎硫化工艺

新型等压变温轮胎硫化工艺的主要原理是：

硫化初始，在硫化轮胎的胶囊内通入比一般常规硫化温度高出15%～25%的高温蒸汽，保压一段时间；

再向胶囊内通入过热水，保持一定的温度和压力，短时间的循环；

之后，让过热水在胶囊内停止循环，持续到硫化结束。

此过程压力不变，而温度在硫化过程中下降，故称为等压变温过程。

该轮胎硫化工艺优点为：

轮胎硫化时间缩短了5%～10%，提高生产率和产量，也提高设备利用率；

由于正硫化阶段开始后再没有热量补充，有效的防止了过硫阶段轮胎发生焦烧的现象，轮胎质量明显提高，所跑的里程数较等温、等压硫化工艺的轮胎提高5%～10%左右。

大量减少了轮胎硫化过程中过热水的循环时间，节约了加热大量过热水所需的能源，也节约了过热水循环输送过程中的能源,使轮胎硫化过程的能耗大大降低.

2.4轮胎硫化机的分类

轮胎硫化机可分为单模定型轮胎硫化机、胶囊定型硫化机、双模定型硫化机、液压式轮胎硫化机以及机械式轮胎硫化机。

汽车轮胎的硫化从50年代起推广应用了胶囊定型硫化机。

硫化室内径在65"

以下的轮胎,即全部乘用车轮胎和轻型、中型卡车轮胎的硫化基本上都采用双模定型硫化机。

65"

以上的则采用单模定型硫化机或硫化罐。

双模定型硫化机首先普遍应用的是机械式硫化机,采用曲柄齿轮—连杆（或称四连杆）结构,机构原理简单。

在合模瞬间就加上合模力,以较小的电机功率可获得较大的合模力。

合模以后电机不再工作,而合模力可始终保持到重新开模。

目前世界上所采用的机械式硫化机虽生产厂家不同、规格型号各异,而且经过多年不断改进,但基本结构都一样,也都没有变化。

在机械式硫化推广应用的同时,也出现了液压式硫化机。

但由于开始时液压式硫化机对机械式硫化机的优越性不很明显,而且当时液压技术还不很成熟,轮胎厂对液压式硫化机的维修保养还不很适应,因此在一段时间内液压式硫化机没有象机械式硫化机那样得到普遍推广。

但随着汽车工业和轮胎工业的不断发展,对轮胎的均匀性提出了越来越高的要求,也对硫化机的工作精度提出了越来越高的要求,液压式硫化机的优越性就充分地显示出来了。

同时液压技术也日趋成熟,维修保养也不再成为大问题。

所以现在世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机来代替传统的机械式硫化机。

他们在建设新厂或对老厂进行技术改造时,已基本上采用液压式硫化机。

液压式硫化机替代机械式硫化机已成为无可置疑的发展趋势。

2.5轮胎硫化机结构组成

总体结构 

（l）机体为固定的框架,结构紧凑,刚性良好,安装运输方便。

（2）开合模时上模部分只有垂直上下运动,靠前后和左右滚轮在导轨上滚动。

滚轮带有偏心套,对中度可精确调整。

滚轮与导轨之间基本上没有间隙,可保持很高的对中精度和重复精度。

（3）虽然液压式硫化机也是双模腔的,但从受力角度看,只是两台单模硫化机连结在一起。

合模力依靠液压缸加在模具中心的力和二侧框架对称的弹性伸长而获得,模具圆周方向受力均匀。

在整个操作过程中硫化工位轴线能始终保持理论垂直,没有角转运动。

（4）由于合模力决定于合模油缸油压,不受环境温度或工作温度影响,可保持恒定的合模力。

（5）运动零件动作时其滑动表面或滚动表面没有法向负荷,磨损极小,可保持长时间的操作精度。

（6）由于改进了机械结构和隔热层的设计,辐射热损耗比机械式硫化机降低30～50%。

（7）由于开合模动作简化,开合模时间缩短30%左右,提高了机器的生产率。

（8）因为没有上模的翻转运动,对保持活络模的精度和延长其使用寿命有利。

（9）由于取消了全部蜗轮减速器、大小齿轮、曲柄齿轮和大连杆等运动件和易损件,维护保养工作量减少。

（10）由于整机重量减轻,且机器在开合模时重心轴线不偏移,机器的基础处理可大大简化。

（11）机器的运动精度提高,可达到:

上下热板同心度≤0.3mmTIR 

上下热板平行度≤0.3mm/m 

装胎器对下热板的同心度≤0.3mmTIR 

装胎器对下热板的平行度≤0.5mm/m 

卸胎器对下热板的同心度≤1mmTIR 

卸胎器对后充气环的同心度≤1mmTIR 

上述精度是机械式硫化机很难达到的,特别是重复精度难以保证。

当生产H级或V级轮胎时,要想得到高的一级品率,机械式硫化机已很难胜任。

2.5.2胶囊操作结构（中心机构）

传统的中心机构主要有三种型式,即原美国NRM公司开发的Autoform（我国简称为A型）,美国McNei1公司开发的Bag-O-Matic型（我国简称为B型）,和德国Herbert公司开发的AUB0型（我国简称为AB型或C型）。

其他型式可以说都是这三种基本型的改型。

现三菱重工采用的中心机构称为RIB（Rolling 

In 

Bladder）翻入胶囊型,这是在A型的基础上吸收了其他型式的优点而开发的,且RIB型本身也在不断改进。

在固定的中心机构筒体内装有一升降囊井,由二个垂直油缸操纵上下运动。

轮胎下钢圈固定在此囊井顶部。

囊井上升时将硫化好的轮胎顶出。

胶囊下夹环高度可通过一专用电机及一套链轮链条装置调节以适应不同尺寸的轮胎。

中心机构下部为一横梁,由二个垂直气缸操纵横梁上下运动。

胶囊上夹环操纵油缸及更换胶囊的油缸固定在此横梁上。

胶囊上夹环除了随横梁上下运动外,还可由它自己的油缸操纵上下运动。

横梁运动共有三个位置。

中间位置为硫化位置。

硫化时由二个水平闭锁气缸将横梁运动锁住,硫化结束后横梁上升到最高位置,然后闭锁气缸松锁。

卸胎时横梁在最低位置,胶囊收缩在囊井内。

需更换胶囊或调节下夹环高度时可将横梁提到最高位置。

此时如启动更换胶囊操作泊缸,下夹环松开,即可更换胶囊,换好后再重新压紧。

装胎器 

除了A型硫化机采用平移式的装胎机构外,其他均采用摇臂式装胎机构。

PC-X硫化机的装胎机构也属摇臂式,但有其结构特点。

其装胎器在回转时由二个回转中心而不是由一个回转中心控制。

这使装胎定位依靠一个三角形珩架ABC,而不是依靠一单梁。

有效地增加了定位刚性,保证定位精度。

2.5.4合模力的获得

液压式硫化机合模力的获得完全来源于油的压力。

一般均用较低压力、较快速度、较长行程的油缸控制开合模。

合模以后用一定的方式（插销、锁环、或锁紧块）将上下模部分锁住,组成一个闭环受力系统,然后再用高压、短行程的油缸使上下模受到合模力。

卸胎器和后充气装置

卸胎器抓起轮胎后直接送到后充气工位或卸胎工位,动作简单可靠并定位准确。

在后充气装置上轮胎处于完全水平位置,有利于轮胎的均匀冷却。

活络模操作油缸 

操作油缸与活络模的啮合与脱开利用一手柄转动一锁环装置完成。

简单易行。

2.5.7电气控制系统

硫化机的控制系统由PLC控制系统、回转编码器垂直升降定位控制系统、MAC-5000程序控制系统、仪表显示控制系统等组成。

3PLC的介绍与西门子PLC的选择

PLC的定义

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.3PLC的分类

按性能分类

根据PLC的l／O点数用户程序存储器容量和控制功能的不同，可将其分为小型，中型和大型三类。

（1）小型PLC

小型PLC又称低档PLC，它的l／O点数小于128点，用户程序存储器容量小于41（字，功能简单，开关量控制为主，可实现零件控制、顺序控制、定时记数控制。

适用于单胡．或小规模生产过程。

（2）中型PLC

中型PLC又称中档PLC，它的1／0点数在128--512．之间，用户程序存储器容量为4K-SK字，功能比较丰富、兼有开关量和模拟量的控制自B力，具有浮点数运算数制转换、中断控制通信联阿和PID调节等功能。

适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环过程控制。

（3）大型PLC

大型PLC又称高档PLC，它的UO点数在512点以上，用户程序存储器容量达到8K字盥上，控制功能完善，在中的基础上，扩大和增加了函数运算数据牵监视记录打印及中断控制智能控辅远程控制的功能。

适用于大规模的过程控翩集散式控制系统和工厂自动化网络。

按结构分类

根据PLC的构成形式，可将PLC分为整体式和机架式（模块式）两类。

（1）整体式结构

整体式结构的PLC是将CPU．存储单元输入输出模块和电源部件集中配置在—个机箱内。

这种PLC输入输出点数少．体积小．价格低，便于装入设备内部。

小型PLC通常采用这种结构.

（2）机架式结构

机架式结构的PLC将各单元做成独立的模块，使用的插座上。

构成不同的控制系统。

这种PLC输入输出点效多，配置灵活方便易于扩展。

大中型PLC通常果用这种结构.

3.3.3按应甩范围分类

根据应用范围的不同，可将PLC分为通用型和专用型两类。

通用型PLC作为标准工业控制装置可在各个领域使用，而专用型PLC是为了某类控制要求专门设计的PLC，如数控机束专用型，锅炉设备专用型，报警监视专用型等。

由于应用的专—性，使其控制质量大大提高。

西门子PLC的结构组成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

3.3.1CPU

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

3.3.2I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

PLC系统的其它设备

（1）编程设备

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

也就是我们系统的上位机。

（2）人机界面

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行