CN108943784A - 一种轮胎半制品无损穿刺装置 - Google Patents

Abstract

一种轮胎半制品无损穿刺装置，涉及轮胎加工技术领域，包括刺辊和伸缩刺针，所述刺辊包含刺辊外轴和刺辊内轴，所述刺辊外轴为内部中空的圆筒，所述刺辊内轴在所述刺辊外轴内部，所述刺辊外轴上布设有通孔；所述伸缩刺针底部与所述刺辊内轴弹性滚动连接；所述刺辊内轴横截面为径向变化的封闭曲线，该曲线包含位于上部的凸弧和位于下部的半圆，轮胎半制品于所述刺辊的凸弧侧传送。穿刺过程不损伤轮胎半制品及其骨架，且能整合在轮胎生产设备上进行连续穿刺作业。

Description

一种轮胎半制品无损穿刺装置

技术领域

本发明涉及轮胎加工技术领域，具体涉及一种轮胎半制品无损穿刺装置。

背景技术

在轮胎制造工艺过程中，需要把半制品材料(胎面、胎侧、支撑胶、胎体等)中的气体和材料组合时层间的空气排掉，避免因空气残留使半制品在硫化过程中出现鼓包、脱层现象，导致产品不合格。因此需要通过穿刺装置对半制品材料进行穿孔，在轮胎成型的贴合、压合过程中，通过气孔将材料自身和层间的空气排出。

现阶段轮胎生产企业根据自身设备的特点，在半制品压延设备或轮胎成型机上，安装了刺孔装置。装置简示如图5。该装置缺陷如下：

一、刺针导致轮胎半制品划伤及骨架材料疏离。如图5所示，由于刺针固定，刺针脱出时会划伤橡胶体，且骨架被刺针拨动，使骨架间距增大。骨架疏离程度取决于材料的厚度，材料越厚半制品划伤越严重，疏离越大。

二、轮胎半制品传送过程受阻。除上述问题，如图6所示，对于较厚的轮胎半制品，由于刺针的插入深度较大，刺针可能会卡在橡胶体内无法脱出，导致轮胎半制品停滞在穿刺处，无法向前输送，因此6mm以上厚度的轮胎半制品无法进行生产线上的连续穿刺输送作业。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供一种轮胎半制品无损穿刺装置，穿刺过程不损伤轮胎半制品及其骨架，且能整合在轮胎生产设备上进行连续穿刺作业。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：一种轮胎半制品无损穿刺装置，包括刺辊和伸缩刺针，所述刺辊包含刺辊外轴和刺辊内轴，所述刺辊外轴为内部中空的圆筒，所述刺辊内轴在所述刺辊外轴内部，所述刺辊外轴上布设有通孔；所述伸缩刺针底部与所述刺辊内轴弹性滚动连接；所述刺辊内轴横截面为径向变化的封闭曲线，该曲线包含位于上部的凸弧和位于下部的半圆，轮胎半制品于所述刺辊的凸弧侧传送。

优选的，所述伸缩刺针包含针体、弹簧和滚动轴承，所述针体包含穿刺部、中部和尾部，所述弹簧套设在所述针体中部，该弹簧两端分别与所述针体尾部及所述通孔径向内端固定连接；所述针体尾部与所述滚动轴承内轴固定连接；所述伸缩刺针设置于所述通孔中，所述滚动轴承外轴与所述刺辊内轴外周面弹性接触。

在本发明的一些具体实施方式中，进一步的，所述刺辊内轴轴心为所述半圆圆心，所述刺辊内轴轴心与所述刺辊外轴轴心重合。

优选的，所述刺辊外轴半径与所述半圆半径之差不小于针体长度。所述凸弧顶点至所述轴心的径向距离大于半圆半径，该径向距离与半圆半径之差不小于针体穿刺部长度。

优选的，所述半圆半径与刺针穿刺部长度之比为3.1以上且5.3以下，所述凸弧顶点处曲率半径与刺针穿刺部长度之比0.9以上且1.4以下。

在本发明的另一些优选实施方式中，所述无损穿刺装置设置有传送辊，该传送辊包含输入辊及输出辊，所述输入辊位于所述刺辊侧面中线且与刺辊相切，所述输出辊位于与所述输入辊沿刺辊外轴轴线对称位置。

所述凸弧两端点至所述轴心的距离优选为所述半圆半径。

进一步，所述针体中部为圆柱体，该针体中部与所述穿刺部衔接处设置有凸缘，该凸缘与通孔滑动连所述通孔径向内端直径小于所述凸缘直径且大于针体中部直径。

更优选的，所述无损穿刺装置设置于一种设备中，该设备包括刺辊、压辊、驱动装置和支架，所述刺辊外轴通过轴承与所述支架固定连接，所述刺辊内轴与所述支架固定连接，所述压辊两端与支架滑动连接，所述刺辊位于所述压辊下部，所述驱动装置包括电机、变速器和驱动马达。

所述刺辊外轴一端通过变速器与电机固定连接，所述压辊两端与所述驱动马达固定连接；所述电机和所述驱动马达与支架固定连接。

本发明所达到的技术效果为：

本发明装置的可伸缩刺针在穿刺过程不伤害轮胎半制品，穿刺完成后传送顺畅，可实现连续穿刺输送作业，且装置间距可调节，能适用于不同厚度的材料。

附图说明

图1为本发明实施例1装置的刺辊径向截面图；

图2为本发明实施例1装置结构示意图；

图3为本发明实施例2装置结构示意图；

图4为本发明实施例3装置及其所在设备结构示意图

图5为现有刺孔装置设备结构示意图；

图6为现有刺孔装置轮胎半制品穿刺流程示意图；

其中，在附图中相同的部件用相同的附图标记；附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

如图5、6所示，现有技术中，刺针固定于刺棍外周面，当位于刺棍底部的刺针扎入轮胎半制品时，刺针呈竖直状态，与橡胶体平面垂直。随着刺辊的旋转，处于橡胶体内的刺针离开垂直位并随刺辊做圆周运动，其速度可分解为水平速度和竖直速度，因而与做直线运动的橡胶体之间产生水平速度差，使刺针在脱离橡胶体过程中在橡胶体内发生横向位移，导致刺针划伤橡胶体；轮胎半制品中骨架分布密集，骨架间距小，因而刺针在划伤橡胶体时也会拨动骨架，使骨架间距增大。

承上所述，本发明将从两方面解决刺针划伤橡胶体、拨动骨架的问题：

减小刺针脱离橡胶体过程中的横向位移；

增大骨架间的相对距离。

为实现上述解决方案，本发明提出的技术方案为：

刺针可伸缩；

控制轮胎半制品传送速率，使其与刺辊转速一致。

以下通过实施例对本技术方案进行详细说明。

实施例1

一种轮胎半制品无损穿刺装置，参阅图1，包括刺辊1和伸缩刺针2，所述刺辊1包含刺辊外轴3和刺辊内轴4，所述刺辊外轴3为内部中空的圆筒，所述刺辊内轴4在所述刺辊外轴3内部，所述刺辊外轴3上布设有通孔5；所述伸缩刺针2底部与所述刺辊内轴4弹性滚动连接；

所述伸缩刺针2包含针体6、弹簧7和滚动轴承8，所述针体6包含穿刺部61、中部62和尾部63，所述弹簧7套设在所述针体中部62，该弹簧7两端分别与所述针体尾部63及所述通孔5径向内端固定连接；所述针体尾部63与所述滚动轴承8内轴固定连接；所述伸缩刺针2设置于所述通孔5中，所述滚动轴承8外轴与所述刺辊内轴4外周面弹性接触；

所述刺辊内轴4横截面为径向变化的封闭曲线，该曲线包含位于上部的凸弧9和位于下部的半圆10。

在本发明中，固定刺辊内轴4，转动刺辊外轴3，刺辊外轴3带动通孔5内刺针2沿刺辊内轴4横截面轮廓形成的轨迹运动。滚动轴承8初始位置处于凸弧9第一端点A，当滚动轴承8到达凸弧9顶点B，由于A点到B点之间的刺辊内轴4横截边缘到刺辊内轴轴心11的距离逐渐增大，刺针2产生径向位移逐渐增大，刺针2伸出通孔5；刺针2继续旋转，从B点运动到凸弧9第二端点C，此阶段中刺辊内轴4横截边缘到轴心11的距离逐渐减小，刺针2径向位移逐渐减小，刺针尾部63弹簧7与刺辊内轴4外周面始终保持弹性封闭，弹簧7的拉力使刺针2缩回通孔5；C到A段，刺针2沿刺辊下部的运动轨迹为半圆10，刺辊内轴4横截边缘到轴心11的距离不变，刺针2径向位移为零，刺针2保持回缩状态，直至行程结束。

在上述过程中，刺针2在刺辊内轴4最高点B伸出，对轮胎半制品进行穿刺，穿刺完成后逐渐回缩至通孔5内，与固定刺针相比，刺针2的伸缩减小了穿刺过程中刺针2在橡胶体中的横向位移，故而减轻了对橡胶体的损伤。

更进一步的，所述刺辊内轴轴心11为所述半圆圆心11a，所述刺辊内轴轴心11与所述刺辊外轴轴心11b重合。

所述刺辊外轴3半径R1与所述半圆10半径R2之差不小于针体6长度R。

所述凸弧9顶点X至所述轴心11的径向距离R1大于半圆半径R2，该径向距离R1与半圆10半径R2之差不小于针体穿刺部61长度r。

为使刺针2在回缩状态下全部置于刺辊1内部，刺辊外轴3与内轴4之间的径向距离须大于针体62长度R，刺针2位于刺辊1下部时，针尖不会伸出刺辊1外周面；在本实施例中，刺辊外轴3半径R1与所述半圆10半径R2之差等于针体62长度R，刺针2既能完全缩回刺辊1内部，又缩小了刺辊1体积。

刺针2沿刺辊内轴4旋转一周，其行动路线距离轴心最远处为凸弧9顶点X到轴心11的间距，最近处为半圆10半径R2，而刺针2的最大径向行程h即为最远处与最近处的差值，因此，为保证刺针2到达刺辊内轴4顶点X时穿刺部61全部伸出，所述凸弧顶点X与所述与半圆10半径R2之差不小于针体穿刺部61长度r，即刺针2伸出的最大距离不小于刺针穿刺部61长度r，刺针穿刺部61可全部伸出。

更进一步的，所述半圆半径R2与刺针穿刺部61长度之比为3.1以上且5.3以下，所述凸弧顶点X处曲率半径与刺针穿刺部61长度之比0.9以上且1.4以下

刺辊内轴4横截面轮廓曲线的形状决定了刺针2的运动规律，刺针2伸缩速度及位移均与轮廓曲线形态有关。假设刺辊外轴3转速一定，内轴4横截面凸弧9曲率与刺针2伸缩速度正相关，凸弧9曲率越大，刺针2伸缩速度越快；内轴4横截面凸弧顶点X径向距离与刺针2径向位移正相关，即内轴4横截面凸弧顶点X径向距离越大，刺针2伸缩位移越大。由于轮胎半制品是有一定厚度的片状橡胶体，若穿刺过程中刺针2伸缩速度过快、刺针2径向位移过大，刺针2产生的冲击力会将橡胶体顶起，使橡胶体产生位移，影响穿刺效果；反之若刺针2速度过慢、径向位移过小，则会影响其减少横向位移的效果，且不能穿透橡胶体。因此，需要对刺辊内轴4横截面上部凸弧9曲率及其顶点X径向距离进行限定，进而对刺针2行动位移及速度进行限定，使装置达到预期的穿刺效果。

以实际生产中的轮胎半制品规格、装置结构空间大小为依据，确定所需的刺针2穿刺长度及穿刺速度，运用反转法得出凸弧顶点X曲率及其径向距离，进而确定刺辊内轴4横截面轮廓。由于由于凸弧顶点X的径向距离与刺辊下部半圆直径R2有关，因此限定该直径R2即可得出凸弧顶点X的径向距离。

本实施例中，根据特定的轮胎半制品规格，选定刺针穿刺部61长度为r，则半圆半径R2为3.1r，凸弧顶点x径向距离为(3.1+1)r＝4.1r，凸弧曲率半径为0.9r，故凸弧曲率为

实施例2

对于上述实施例，由于刺辊1与轮胎半制品间有相对位移，虽然刺针2的伸缩减小了穿刺过程中刺针2在橡胶体中的横向位移，但仍对橡胶体有小的损伤风险。

故本优选实施例虽采用上述装置和使用方法进行实施，但不同之处在于，参看图3，所述无损穿刺装置设置有传送辊12，该传送辊12包含输入辊13及输出辊14，所述输入辊13位于所述刺辊1侧面中线且与刺辊1相切，所述输出辊14位于所述输入辊13沿刺辊外轴4轴线对称位置；所述凸弧9两端点至所述轴心11的距离为所述半圆半径R2。

该传送辊12与刺辊1转速相同，轮胎半制品经输入辊13传送从刺辊1侧面A处输入刺辊1上表面，且与刺辊1同步旋转。此时轮胎半制品与刺辊1相对位移为零，橡胶体中骨架的相对间距趋于无穷大，因而刺针2在整个伸缩过程中不接触骨架，避免了刺针2对骨架的疏离。

当轮胎半制品旋转至刺辊1另一侧面时，橡胶体沿刺辊1侧面切线方向离开，由输出辊14继续向前传送。

由于刺辊内轴4横截面上部凸弧9两端与下部半圆半径R3相等，刺针2旋转至内轴4上下部交界处C时，刺辊外轴3与内轴4之间的径向距离等于针体长度R3，因此当橡胶体沿刺辊1侧面切线方向离开时，虽然橡胶体与刺辊产生了相对位移，但此时刺针2已完回缩至刺辊内部，不会对橡胶体造成损伤。

实施例3

本实施例虽采用实施例2所述装置和使用方法进行实施，但不同之处在于，

所述针体2中部为圆柱体，该圆柱体与所述穿刺部61衔接处设置有凸缘15，该凸缘15与通孔5滑动连接；所述通孔5径向内端直径小于所述凸缘15直径且大于针体中部62直径。

本更为优选的实施方式中，凸缘15在通孔5内稳定滑动，给刺针2提供支撑，使其在滚动过程中不会在通孔5内摇动；同时将刺针穿刺部61限定在通孔5内部，进一步固定刺针2，可避免弹簧7收缩使刺针2从通孔5内脱出。

本发明中刺辊外轴3的旋转及刺辊内轴4的固定容易实现，该轮胎半制品无损穿刺装置可设置于一种设备中，该设备包括刺辊1、压辊16、驱动装置17和支架18，所述刺辊外轴3通过轴承19与所述支架18固定连接，所述刺辊内轴4与所述支架18固定连接，所述压辊16两端与支架18滑动连接，所述刺辊1位于所述压辊16下部；

所述驱动装置17包含电机20、变速器21和驱动马达22，所述刺辊外轴3一端通过变速器21与电机20固定连接，所述压辊16两端与所述驱动马达22固定连接；所述电机20和所述驱动马达22与支18架固定连接。

在本实施方式中，电机20带动刺辊外轴4转动，驱动马达22调整压辊16与刺辊1间距，使设备可适用于不同厚度的轮胎半制品。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。

Claims (10)

1.一种轮胎半制品无损穿刺装置，其特征在于，包括刺辊和伸缩刺针，所述刺辊包含刺辊外轴和刺辊内轴，所述刺辊外轴为内部中空的圆筒，所述刺辊内轴在所述刺辊外轴内部，所述刺辊外轴上布设有通孔；所述伸缩刺针底部与所述刺辊内轴弹性滚动连接；所述刺辊内轴横截面为径向变化的封闭曲线，该曲线包含位于上部的凸弧和位于下部的半圆，轮胎半制品于所述刺辊的凸弧侧传送。

2.根据权利要求1所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述伸缩刺针包含针体、弹簧和滚动轴承，所述针体包含穿刺部、中部和尾部，所述弹簧套设在所述针体中部，该弹簧两端分别与所述针体尾部及所述通孔径向内端固定连接；所述针体尾部与所述滚动轴承内轴固定连接；所述伸缩刺针设置于所述通孔中，所述滚动轴承外轴与所述刺辊内轴外周面弹性接触。

3.根据权利要求1所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述刺辊内轴轴心为所述半圆圆心，所述刺辊内轴轴心与所述刺辊外轴轴心重合；所述刺辊外轴半径与所述半圆半径之差优选不小于针体长度。

4.根据权利要求3所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述凸弧顶点至所述轴心的径向距离大于半圆半径，该径向距离与半圆半径之差不小于针体穿刺部长度。

5.根据权利要求4所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述半圆半径与刺针穿刺部长度之比为3.1以上且5.3以下，所述凸弧顶点处曲率半径与刺针穿刺部长度之比0.9以上且1.4以下。

6.根据权利要求1所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述无损穿刺装置设置有传送辊，该传送辊包含输入辊及输出辊，所述输入辊位于所述刺辊侧面中线且与刺辊相切，所述输出辊位于所述输入辊沿刺辊外轴轴线对称位置。

7.根据权利要求6所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述凸弧两端点至所述轴心的距离为所述半圆半径。

8.根据权利要求1所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述针体中部为圆柱体，该针体中部与所述穿刺部衔接处设置有凸缘，该凸缘与通孔滑动连接。

9.根据权利要求8所述的无损穿刺装置，其特征在于，所述通孔径向内端直径小于所述凸缘直径且大于针体中部直径。

10.根据权利要求1-9所述的无损穿刺装置，其特征在于，该无损穿刺装置设置于一种设备中，该设备包括刺辊、压辊、驱动装置和支架，所述刺辊外轴通过轴承与所述支架固定连接，所述刺辊内轴与所述支架固定连接，所述压辊两端与支架滑动连接，所述刺辊位于所述压辊下部，所述驱动装置包括电机、变速器和驱动马达；所述刺辊外轴一端通过变速器与电机固定连接，所述压辊两端与所述驱动马达固定连接；所述电机和所述驱动马达与支架固定连接。