全方位废旧轮胎胎体打磨机结构设计

杨浩 王强 孙汇宇 刘洋 蒋志斌

摘要：轮胎打磨机是轮胎翻新的核心设备，主要负责对废旧胎体进行全方面的打磨，其打磨好坏会直接影响到翻新轮胎的质量。为了有效实现废旧轮胎全方位高效均匀打磨，利用液压传动及 UG软件仿真技术，进行了全方位废旧轮胎胎体打磨机结构设计，其中在轮胎夹紧装置处实现了创新，借鉴伞骨张合原理实现对轮胎大小的调节。相比传动打磨机构，设计产品可实现胎体、胎面与胎肩全方位匀速均匀打磨，可有效提高胎体打磨质量和打磨效率，大大减少工人的工作强度，为轮胎翻新企业胎体打磨技术提升和设备创新提供一定的参考。

关键词：轮胎翻新;全方位;轮胎打磨机;液压传动

中图分类号：TQ336;TP242文献标志码：A文章编号：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

我国已经成为世界上轮胎生产和消费大国，然而我国橡胶资源极度匮乏，年需求量的70%依靠进口。因此，如何将废旧轮胎资源化、减量化、无害化[1]，不仅关系到环境保护这一重要的社会问题，也是关系到我国国民经济可持续发展的重要课题。如何提出符合我国国情的废旧轮胎高值化的技术方案是值得思考的[2]问题。

为了能最大限度地发挥废旧轮胎利用的有效性，国际上通常采用“先翻新，后报废”的做法。轮胎胎面磨光时只用去整条轮胎经济使用价值的30%，另外约70%可通过轮胎翻新被再次利用[3]。而废旧轮胎在翻新前，需要对旧胎体进行打磨，废旧轮胎的打磨质量会直接影响到翻新轮胎的使用性能。我国关于轮胎打磨设备的研究还有很大的进步空间，如果轮胎打磨设备的构想合理，工作方式简单、高效、快捷，是可以提升轮胎的被打磨质量，从而作为前处理部分为了后期的预硫化处理提供前期良好打磨胎体的支持。随着人们的环保意识逐渐增强及对经济效益的追求，翻新轮胎的需求会与日俱增。与此同时，如何提高翻新打磨效率是每一个轮胎翻新企业都要考虑的事情。因此，设计出一款新型的高效的废旧轮胎打磨机[4]对于轮胎翻新企业十分重要。随着翻新材料技术水平的迅速发展，为进一步提高翻新轮胎的质量，设计一款稳定高效的废旧轮胎胎体打磨机，将胎面、胎侧、胎肩打磨的光滑且平整，使打磨浪费余量最小，经济性最好是十分有必要的[5]。

1 废旧轮胎打磨机现状

我国的轮胎翻新企业主要以中小型翻新企业为主，受经济成本的制约，自动化、集成化程度略低，对轮胎的打磨方式主要以人工手持式为主，工人劳动强度大，打磨效率极低[6]。所采用的打磨机大多采用气压驱动，打磨速度不平稳、设备噪声大，而且只能打磨到胎面、胎肩部位，还只能是先打磨一侧，然后再翻过来打磨另一侧，这不仅会对胎侧部位打磨不到位，同时存在打磨效率低、打磨高低不平、厚度不均匀、打磨精度不高、安全系数低等缺陷。目前废旧轮胎打磨机生产制造企业生产的打磨机结构复杂，但是功能单一，价格昂贵，关于废旧轮胎打磨机的专利产品也很少。当前，市场上的这些轮胎打磨设备最主要的问题是不能够全方位打磨，打磨不到位、尤其打磨效率低的问题。而且在打磨工作的过程中由于需人工手持所以可变的不利因素有很多，长时间的工作造成的疲劳导致手部变形较大，因此对轮胎的打磨并不均匀，造成打出废胎的现象时有发生，在工作过程中工人由于离胎体很近打磨出的轮胎橡胶废屑极易被吸入身体中，对工人健康造成严重的危害[7]。因此基于諸多问题应研发出一种全方位废旧轮胎打磨机，在保证工作安全、结构合理可靠的前提下尽可能的降低成本，旨在于面向中小型轮胎翻新企业使用，以实现企业的经济效益最大化[8]。

2 全方位废旧轮胎打磨机设计原理

本文设计的全方位废旧轮胎打磨机的设计原理如图1所示，具体如下。

（1） 机架：包括顶架、底架及位于底架两侧的立柱。

（2） 顶部行走驱动装置：由水平的两根横向导轨、两根纵向导轨及液压驱动部分组成，包括液压油缸、导轨、固定竖直打磨机的连接固定装置。

（3） 底部行走驱动装置：同样由两组相水平方向垂直的滑轨、液压驱动油缸及固定底部胎面打磨机部分组成。

（4） 夹紧伸张装置：位于打磨机架体的中部，借鉴雨伞骨架张、合原理膨胀夹持部的端面与轮胎胎圈内侧紧密接触[9]，实现对轮胎大小夹紧区域性可调节的形态。

（5）升降机构：位于机架载物台，主要以传送部分和升降部分构成，因工程轮胎普遍偏重，为解放人力故设计此结构。

（6）控制设备：主要以电机、减速器、控制电器设备、控制液压油路、泵体及各种阀体集成成为控制台，便于控制管理与后期设备维修。

（7） 打磨机构：分别在上部下部采用不同的打磨机结构体。

（8） 回收装置：分别位于上下两部分打磨机的打磨头后部处，采用软管与吸屑机相连。

（9） 安全装置：液压油路安全装置主要由溢流阀构成以实现减压溢流的实现过载保护，避免因长时间打磨过程出现机体过载损坏机器的现象。

（10）各种附件部分：主要包括相应规格型号的传送带、液压缸、电机、减速器、联轴器等。

3 全方位轮胎打磨机结构

全方位轮胎打磨机的结构组成主要包括顶部行走机构、底部行走机构、夹紧伸张装置、升降传送机构、打磨机构和回收装置7大部分组成，具体结构组成及工作原理如下。

（1） 顶部行走机构。结构如图2所示，主要由液压油泵控制、液压油缸具体执行，通过控制其油路内液压油的流量大小，实现水平面上的两个相垂直方向上的进给运动，通过导轨2和导轨4实现全方位的滑移运动，两个平行的液压缸3和液压缸5控制两个胎侧打磨头沿轮胎中轴线运动，另一个与其垂直放置的液压缸1控制这两个胎侧打磨头沿垂直轮胎的中轴线方向纵向运动，可实现单独调整进给运动和同步调整进给运动。

（2） 底部行走机构。结构如图3所示，主要原理同顶部行走原理相同，通过两个水平面上相垂直的液压缸1和液压缸7在导轨2、3、6上移动，实现对轮胎胎面的滑动打磨和进给打磨。上下两组液压缸可同时作用，以实现全方位同时打磨，有效的缩短工作时间，在安全稳定的条件下极大地提高了打磨效率，而且在同一速度下使被打磨的胎体更均匀。

（3） 夹紧伸张装置。结构如图4所示，利用伞骨伸张原理在安装待打磨轮胎时，实现圆周大小的调整，机体通过每一根独立的骨架进行操作，连线成面，实现了圆周面的上的扩张与缩小。以便适应一定范围内的轮胎大小的打磨需求，在安装轮胎后，由主液压缸1进行夹紧当对向夹紧后实施张开动作以便固定轮胎，防止在打磨途中的轮胎滑落，避免造成打磨出废胎的现象。

（4） 升降传送机构。主要结构如图5所示，主要考虑到工程轮胎，一般普遍偏重，如采用纯人工安装，对工人师傅的劳动要求强度较大，因此主要采用传送升降机构[10]，主要分为两个部分的运动。第一运动：传送，由工人师傅将轮胎搬运至传送装置上，放置在传送台相应的轮胎放置槽4内加以固定。第二运动：升降运动，当运动到打磨机体内时，通过竖直方向的液压传动油缸1连接抬臂2，将其顶起至夹紧装置的对心位置，以便实现下一步的安装打磨。此装置可有效降低工人的工作强度，由机械抬升代替人工抬升，缩短抬升搬运时间，提高了轮胎打磨的工作效率。

（5）打磨机构。主要结构如图6所示，分别为胎侧打磨和胎面打磨两部分，胎侧打磨有两个位于顶部行走机构两侧的竖直打磨机构，胎面打磨由位于底部行走机构的打磨机构组成。由于对打磨机构要求打磨速度稳定、力度平均，因此采用电机作为动力源，胎侧打磨机由电机连接减速器带动打磨机轴对打磨头直接驱动。胎面打磨部分由于考虑安装合理的因素采用电机连接皮带轮带动传动皮带对打磨头进行间接驱动，同样可实现稳速运动，随着企业的要求还可进行相应的改良，如企业需要实现可变速打磨，则只需选用相应型号规格的伺服电机即可实现速度区域调节。此打磨结构可以对胎面、胎肩、胎侧同时进行打磨，打磨方位全面，相较于现有的设备，操作起来也更加简便，提高了轮胎的打磨效率[11] 。

（6）回收装置。为避免废屑飞溅在打磨头部开口与软管相连，连接吸屑机，通过电机带动工作及时的把打磨下来的橡胶废屑回收，防止飞溅污染环境，以及保护工人的身体健康。

4 结束语

废旧轮胎翻新是一项产业链化的工程，需要每个方面的技术人员包括政府的相关部门人员的政策支持[12] 共同构建成为一个良性发展的产业，对于翻新轮胎，我国的需求量很大，因此在提高翻新技术的前提下，创新提高新型的翻新设备也是必不可少的。与现有轮胎打磨机相比，本文设计的一种全方位废旧工程轮胎打磨机，采用全液压驱动，使得打磨速度可调且可匀速、稳定打磨，还可以对胎面、胎肩、胎侧同时进行打磨，打磨方位全面，打磨平整、光滑，打磨厚度均匀，安全系数高。设备操作简便，打磨精度高，打磨后的橡胶粉末还能够自动落入防护罩内被回收，减少了环境污染和对操作工人的身体健康损伤。希望此项废旧轮胎翻新打磨机可以对轮胎翻新企业有所帮助，也希望相关的技术人员可以积极投入到我国轮胎翻新行业中去，为实现资源的合理再利用，以及保护环境献出自己的一份力量。

参考文献：

[1] 张兴.废轮胎资源化利用现状及发展趋势[J].山东化工，2019，48（14）：105.

[2] 王玉伟，潘劲松，苏俊杰，等.废旧轮胎高值化利用进展及建议[J].山东工业技术，2020（4）：25-31.

[3] 齐晓杰. 载重车辆翻新轮胎承载仿真及失效机理研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2010.

[4] HG/T 4180-2011.翻新轮胎打磨机[S].[5] 袁琳.輪胎翻新安全无可争议[J].中国轮胎资源综合利用，2016（11）：15-17.

[6] 张一军.一种大型铸件自动化打磨装置[J].一重技术，2018（1）：29-31.

[7] 中国轮胎资源综合利用编辑部.《中国轮胎循环利用行业"十四五"发展规划》征求行业意见[J].中国轮胎资源综合利用，2020（11）：12-19.

[8] 刘长.中国轮胎资源循环利用行业发展及政策导向[J].橡塑技术与装备，2008（3）：5-15.

[9] 橡塑技术与装备编辑部.翻新轮胎打磨夹持装置[J].橡塑技术与装备，2017，43（5）：67.

[10] 李鹏. 晶圆升降机构关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[11] 惠盛峰，王强. 一种全方位废旧工程轮胎打磨机：中国，CN210452090U[P]. 2020-05-05.

[12] 刘囡南.基于纳什均衡理论的翻新轮胎政府补贴机制研究[J].中国轮胎资源综合利用，2017（1）：36-39.

第一作者简介：杨浩（1999-），男，河北承德人，大学本科，研究领域为车辆工程。

※通讯作者简介：王强（1981-），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，工学博士，博士后，研究领域为车辆轮胎技术、车辆性能提升技术。（编辑：刁少华）