CN110936628A - 全地形履带式多功能车行走系统负重轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮，包括金属芯轴、塑料轮体和橡胶外层，其中橡胶外层在预成型后利用塑料轮体的固化过程直接将金属芯轴和橡胶外层连接成一个整体并同时完成橡胶外层的硫化。通过以下方式成型：将金属芯轴和橡胶外层预成型后分别固定在模具内，将塑料轮体所用的塑料填入模具内，加热升温使塑料轮体与橡胶外层在界面处实现塑料‑橡胶界面融合，且在加热过程中对橡胶处进行降温防止温度过高导致橡胶老化，冷却后形成一体化的负重轮。本发明大大降低了负重轮的质量，使车体运行机动性提高，行驶速度提高，节省了燃料，且达到6000公里以上的行驶路程要求，同时加工工艺简单，节省了能源，降低了生产成本。

Description

全地形履带式多功能车行走系统负重轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种负重轮及其制备方法，具体涉及一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，世界各军事强国都在发展轻量化、高性能和高精度的武器装备，其中应用于雪地、沙漠、沼泽、山地、从林、滩涂、水域等地况的全地形履带式多功能车是目前陆战部队的主要战场物资器材的运输装备。为适应现代战争的需求，全地形履带式多功能车必须提高机动性和运输速度，而轻量化是提高机动性和运输速度的重要途径。而高分子材料普遍具有性能高、质量轻、减震好、外形美观、节约资源等优点，优越的综合性能使高分子材料成为包括全地形履带式多功能车在内的现代战争车辆轻量化、高速化以及延长寿命的常用材料。

负重轮是全地形履带式多功能车行走系统的关键部件，直接影响装甲车的机动性、运输速度和使用寿命。目前，负重轮主要由金属制成，钢质材料单件重约80公斤，铝合金材料单件重约25千克，一台全地形履带式多功能车负重轮数量为48个。而高分子材料单件重约8公斤，如果使用高分子材料，相较于钢质和铝合金负重轮，每台全地形履带式多功能车可分别减重3000公斤以上和800公斤以上。因此，应用高分子材料替代原有钢质材料或铝合金材料，可以降低负重轮重量，同时可以提高负重轮在全地形行走的减震效果，降低对车体的伤害，使得全地形履带式多功能车提高机动性和运输速度的同时延长了使用寿命。

但目前通用的履带式行走系统中负重轮结构都是在金属轮辋外周设置橡胶挂胶层，此种结构和方式满足不了轻量化的需求。而通过对国内专利申请进行检索，发现有轻量化的申请，如申请号CN201910385101.8，名称为“一种履带轻量化承重轮”的发明专利申请公开了一种承重轮，包括耐磨外皮、芯轴和内支撑，芯轴的外侧设置有内支撑，内支撑的外侧设置有耐磨外皮，所述内支撑采用高分子复合结构材料制成，内支撑上设置有若干支撑结构孔。此技术虽然采用复合材料制造的负重轮替代传统钢制车轮，可降低车轮重量，减少整机重量，可提高车辆的轻量化水平，符合现代装备的轻量化需求，但其内支撑设有支撑结构孔，其负重能力有待提高，且在经过草丛、荆棘、灌木丛等路况时植物有可能卷入孔内，影响行走；同时其没有公开耐磨外皮、芯轴和内支撑三者之间是如何连接成为一体的，而不同的连接方式对负重轮的性能有很大影响。

发明内容

本发明针对当前的负重轮不能适应现代战争中高性能及轻量化的需求，提出了一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮及其制备方法，提高了全地形履带式多功能车的作战灵活性和使用寿命。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮，包括金属芯轴、塑料轮体和橡胶外层，其中橡胶外层在预成型后利用塑料轮体的固化过程直接将金属芯轴和橡胶外层连接成一个整体并同时完成橡胶外层的硫化。

进一步地，塑料轮体材质为增强改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚苯硫醚(PPS)，液晶聚合物（LCP），聚醚醚酮（PEEK），尼龙（PA66），聚苯醚（PPO）的一种或一种以上材料的混合。

进一步地，橡胶外层生胶为氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等的一种或者一种以上的并用胶料。

进一步地，预成型后的橡胶外层周长为1.3-1.4m，厚度为3-5mm，宽度为50-70mm。

一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，将金属芯轴和预成型后的橡胶外层分别固定在模具内，将塑料轮体所用的塑料填入模具内，加热升温使塑料轮体与橡胶外层在界面处实现塑料-橡胶界面融合，且在加热过程中对橡胶处进行降温防止温度过高导致橡胶老化，冷却后形成一体化的负重轮。

进一步地，对金属芯轴外表面、预成型后橡胶外层的粘接面和模腔表面进行表面处理后，将金属芯轴固定在模腔中间，将橡胶外层固定于模腔内壁，将塑料粉料或粒料填充入模具中、或通过挤出机将熔融的塑料注入模具中。

进一步地，金属芯轴的表面处理为对芯轴套进行喷砂处理，橡胶外层粘接面的表面处理为在橡胶外层的内壁进行火焰等离子处理，模腔表面的处理为在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂。

进一步地，加热过程中对橡胶处进行降温是指在模具位于橡胶外层所在的位置设置冷却结构，当温度高于橡胶硫化所需的温度时在冷却结构内通常温油或冷却水以保证橡胶相温度维持在硫化温度范围。

进一步地，所述加热升温是指通过油压机对模具进行加热升温，油压机参数为：压力为50-85MPa，时间为1.5-4h，温度为150-250℃。

进一步地，所述冷却是指将温度降至60℃以下，保压1-2h，出模后即得到所需的负重轮。

本发明的有益效果是：

1. 本发明利用塑料轮体替代钢制或铝合金负重轮，满足车体承载和行走功能，相较于钢制负重轮车体重量降低3000公斤以上，相较于铝合金负重轮车体重量降低800公斤以上，车体运行机动性提高，行驶速度提高，节省燃料，达到6000公里以上的行驶路程要求，同时橡胶塑料能够起到减震降噪的作用，提高了驾驶员的乘坐舒适性。而且利用塑料—橡胶一体成型的工艺，粘结界面不涂覆任何胶黏剂，而是融合到一起，形成的负重轮不易脱开，满足全地形履带式多功能车对负重轮行驶寿命要求。

2. 本发明塑料轮体比强度高，抗冲击强度高，化学稳定性好，耐腐蚀，电气性能优良，且加工工艺简单，节省了能源，降低了生产成本。

附图说明

图1为实施例1结构示意图；

图中：1.金属轴套，2.塑料轮体，3.橡胶外层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮，包括金属芯轴1、塑料轮体2和橡胶外层3，其中，金属芯轴1可为铝合金芯轴，塑料轮体2的材质为增强改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚苯硫醚(PPS)，液晶聚合物（LCP），聚醚醚酮（PEEK），尼龙（PA66），聚苯醚（PPO）等的一种或一种以上材料的混合，此改性塑料具有非常高的抗拉伸强度和抗弯曲强度，结实耐用抗腐蚀，耐酸碱腐蚀，抗化学腐蚀，能够替代金属。橡胶外层的生胶可以为氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等的一种或者几种的并用胶料，硫化后在室温-100℃范围内具有生热低、高耐磨、高强度的特性。

此负重轮采用如下制备方法一体成型：将橡胶外层用的胶料通过螺杆挤出机挤出为圆形预成型体，周长为1.3~1.4m，厚度为3~5mm，宽度为50~70mm，在预成型的橡胶外层内壁通过火焰等离子进行表面处理；在铝合金轴套表面进行喷砂处理；在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂。将金属芯轴1固定在模腔中间，将橡胶外套1固定于模腔内壁，称重的增强改性塑料粉料或粒料填充入模具中，或通过挤出机将熔融的增强改性塑料注入模具中。盖上模具，设定油压机参数，压力为50~85MPa，时间为1.5~4h，温度为150~250℃。且在模具上位于橡胶外层1所在的位置设置冷却结构，当温度高于橡胶硫化时所需的温度时在冷却结构内通常温油或冷却水以保证橡胶相温度维持在硫化温度范围。加热完成后将温度温度降至60℃以下，保压1-2h，出模后即得到所需的负重轮。

下面根据实际的试验情况以实施例的方式举例说明。

实施例一

本实施例中，橡胶外层1用生胶采用异戊橡胶，塑料为增强改性UHMWPE，异戊橡胶和UHMWPE中均加入过氧化物，在成型时，两相可以通过化学键融合在一起。制备工艺为：先将异戊橡胶混炼胶通过螺杆挤出机挤出为圆形预成型体，周长为1.35m，厚度为4mm，宽度为60mm。将圆形异戊橡胶预成型体固定在圆盘上，预成型体距离等离子喷头1米，内壁匀速通过等离子喷头，线速度为3cm/s，旋转2周。在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂，将喷砂处理的铝合金轴套固定在模腔中间，并将等离子处理后的圆形橡胶预成型体固定于模腔内壁。将称重的增强改性UHMWPE粉料填充入模具中，盖上模具，设定油压机参数，压力为60MPa，时间为2.5h，温度为220℃。异戊橡胶和UHMWPE界面处插入热电偶，当升温过程界面温度达到155℃时，开启冷却装置，维持异戊橡胶和UHMWPE界面温度不超过155℃，时间为40min，之后关闭冷却装置。温度降至60℃以下，保压1h。

实施例二

本实施例中，橡胶外层生胶采用丁苯橡胶SBR，塑料为增强改性PA66，SBR和PA66中均加入过氧化物，在成型时，两相可以通过化学键融合在一起。制备工艺为：先将SBR混炼胶通过螺杆挤出机挤出为圆形预成型体，周长为1.4m,厚度为4.5mm，宽度为65mm。将圆形SBR橡胶预成型体固定在圆盘上，预成型体距离等离子喷头1.2米，内壁匀速通过等离子喷头，线速度为3cm/s，旋转2周。在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂，将喷砂处理的铝合金轴套固定在模腔中间，并将等离子处理后的圆形橡胶预成型体固定于模腔内壁。将称重的增强改性PA粒料填充入模具中，盖上模具，设定油压机参数，压力为70MPa，时间为2h，温度为260℃。SBR和PA66界面处插入热电偶，当升温过程界面温度达到160℃时，开启冷却装置，维持SBR和PA66界面温度不超过160℃，时间为30min，之后关闭冷却装置。温度降至60℃以下，保压1.2h。

实施例三

本实施例中，橡胶外层生胶采用氯丁橡胶CR，塑料为增强改性PPS，CR和PPS中均加入金属氧化物，在成型时，两相可以通过化学键融合在一起。制备工艺为：先将CR混炼胶通过螺杆挤出机挤出为圆形预成型体，周长为1.4m，厚度为4.3mm，宽度为60mm。将圆形CR橡胶预成型体固定在圆盘上，预成型体距离等离子喷头1.1米，内壁匀速通过等离子喷头，线速度为2.8cm/s，旋转2周。在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂，将喷砂处理的铝合金轴套固定在模腔中间，并将等离子处理后的圆形橡胶预成型体固定于模腔内壁。将称重的增强改性PPS粉料填充入模具中，盖上模具，设定油压机参数，压力为75MPa，时间为3.5h，温度为290℃。CR和PPS界面处插入热电偶，当升温过程界面温度达到160℃时，开启冷却装置，维持CR和PPS界面温度不超过160℃，时间为35min，之后关闭冷却装置。温度降至60℃以下，保压1.5h。

以上实施例中所得的负重轮均能通过6000公里行驶里程要求。

也可以将塑料轮体更换成密度相当或更小的材质，只要能与橡胶和铝合金轴套粘接良好即可，或在保证使用寿命的前提下将轮体结构进行优化实现轻量化，也可达到本发明的目的。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，如对于橡塑领域的技术人员，在以上所述方法的基础上可对本发明进行改动，包括负重轮橡塑种类、尺寸和重量等。因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮，其特征在于：包括金属芯轴、塑料轮体和橡胶外层，其中橡胶外层在预成型后利用塑料轮体的固化过程直接将金属芯轴和橡胶外层连接成一个整体并同时完成橡胶外层的硫化。

2.如权利要求1所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮，其特征在于：塑料轮体材质为增强改性的超高分子量聚乙烯、聚苯硫醚，液晶聚合物，聚醚醚酮，尼龙，聚苯醚的一种或一种以上材料的混合。

3.如权利要求1所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮，其特征在于：橡胶外层生胶为氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等的一种或者一种以上的并用胶料。

4.如权利要求1所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮，其特征在于：预成型后的橡胶外层周长为1.3-1.4m，厚度为3-5mm，宽度为50-70mm。

5.一种全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：将金属芯轴和预成型后的橡胶外层分别固定在模具内，将塑料轮体所用的塑料填入模具内，加热升温使塑料轮体与橡胶外层在界面处实现塑料-橡胶界面融合，且在加热过程中对橡胶处进行降温防止温度过高导致橡胶老化，冷却后形成一体化的负重轮。

6.如权利要求5所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：对金属芯轴外表面、预成型后橡胶外层的粘接面和模腔表面进行表面处理后，将金属芯轴固定在模腔中间，将橡胶外层固定于模腔内壁，将塑料粉料或粒料填充入模具中、或通过挤出机将熔融的塑料注入模具中。

7.如权利要求6所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：金属芯轴的表面处理为对芯轴套进行喷砂处理，橡胶外层粘接面的表面处理为在橡胶外层的内壁进行火焰等离子处理，模腔表面的处理为在模腔表面均匀喷涂一层脱模剂。

8.如权利要求5所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：加热过程中对橡胶处进行降温是指在模具位于橡胶外层所在的位置设置冷却结构，当温度高于橡胶硫化所需的温度时在冷却结构内通常温油或冷却水以保证橡胶相温度维持在硫化温度范围。

9.如权利要求5所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：所述加热升温是指通过油压机对模具进行加热升温，油压机参数为：压力为50-85MPa，时间为1.5-4h，温度为150-250℃。

10.如权利要求5所述的全地形履带式多功能车行走系统负重轮制备方法，其特征在于：所述冷却是指将温度降至60℃以下，保压1-2h，出模后即得到所需的负重轮。

Images