АВТОМОБИЛЬНАЯ "ОБУВЬ" НА ПОТОКЕ
П. БАДЕНКОВ, канд. тех. наук
Расширить выпуск автомобильных шин усовершенствованной конструкции, обеспечить повышение ходимости автомобильных шин в среднем на 20 - 25 процентов.
Из Директив XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1-971 - 1975 годы.
От идеи - к внедрению
Герой Социалистического Труда, кандидат технических наук П. БАДЕНКОВ, директор Научно-исследовательского института шинной промышленности
Шинная промышленность Советского Союза - одна из крупных отраслей народного хозяйства. Она «обувает» легковые и грузовые автомобили, тракторы и сельскохозяйственные машины, самолеты, строительные, дорожные и подъемно-транспортные машины, автобусы и троллейбусы, мотоциклы и велосипеды, многие машины различных назначений. В 1973 году в нашей стране было выпущено 42,3 миллиона шин каждую минуту изготавливали 80 штук! По производству шин Советский Союз занимает ныне второе место в мире и выпускает их больше, чем Англия, ФРГ, Франция и Италия, вместе взятые.
В ассортименте шинной промышленности СССР свыше 75 процентов приходится на долю шин для грузовых автомобилей.
При всей своей внешней простоте шина в действительности сложная инженерная конструкция - , и по расчетам, и по разнообразию материалов, применяемых для ее изготовления и по технологии производства, и по комплексу требований, которые к ней предъявляются, и, наконец, по разнообразию условий своей работы, а, следовательно, по типам и размерам.
Шины существенно влияют почти на все эксплуатационные качества автомобиля. Например, от сцепления шин с дорогой зависит устойчивость и управляемость автомобиля, а значит, безопасность движения. В прямой зависимости от сопротивления качению шин находятся скорость автомобиля, расход топлива, и т. д.
Ясно, что решение задач дальнейшего совершенствования автомобильного транспорта - увеличения его скорости, повышения грузоподъемности, маневренности, проходимости и ряда других качеств в значительной мере определяется техническим прогрессом шинной промышленности. Поэтому все время ужесточаются требования к качеству шин. Прежде всего хотят, чтобы они были более долговечными, меньше расходовали энергии на качение, имели оптимальную жесткость, оказывали минимальное удельное давление на дорогу, имели с ней высокое сцепление, сохраняли работоспособность при высоких скоростях.
ГЛАВНЫЙ КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА
Долговечность, иначе говоря, ходимость шины, то есть количество километров, которое она проходит по дорогам до допустимой степени износа протектора, остается важнейшим технико-экономическим показателем ее качества. Вот почему в Директивах XXIV съезда КПСС сказано, что основная задача шинной промышленности в IX пятилетке - улучшение эксплуатационных качеств и повышение ходимости шин на 20 - 25 процентов. Значимость этих цифр для экономики страны станет особенно наглядной, если учесть, что такое повышение долговечности равносильно дополнительному выпуску 26 миллионов шин стоимостью более миллиарда рублей.
Долговечность шины определяется износостойкостью ее протектора, а также прочностью каркаса. До последнего времени износостойкость протектора повышали, применяя улучшенные резины и увеличивая площадь выступов рисунка протектора и его глубины. Но этот путь себя практически почти исчерпал. И прежде всего потому, что приходится учитывать другое важное требование - сохранение минимального веса шины. Значит, выход надо искать в повышении прочности каркаса покрышки.
Что собой представляет каркас покрышки наиболее распространенных типов шин? Это несколько слоев прорезиненного корда ткань с прочными кручеными нитями в основе из искусственных или синтетических волокон и редким утком из нескрученной нити; корд ориентирован так, чтобы нити соседних слоев, перекрещиваясь, образовывали в плане ромбическую сетку. Поверх слоев каркаса находится подушечный слой - брекер он изготавливается из нескольких слоев корда, но разреженного, нити которых также перекрещиваются. Брекер усиливает каркас в под протекторной зоне и улучшает его связь с протектором.
Вот в такой, как ее называют по типу конструкции, диагональной шине беговая часть (то есть вся толща покрышки, включая протектор и расположенные под ним слои брекера и каркаса) обладает минимальной жесткостью и в окружных, и в меридиональных направлениях. Почему так происходит? Потому, что, подвергаясь деформации вместе с резиной, нити корда имеют возможность еще и поворачиваться, изменяя при этом свой угол наклона. Малая жесткость, беговой части в контакте с дорогой при качении шины приводит к существенным проскальзываниям элементов протектора, что и вызывает его повышенный износ.
«Р» ВМЕСТО «Д»
Исследования, проводившиеся в направлении повышения износостойкости протектора, привели к выводу о необходимости изменения традиционной, диагональной конструкции шины. Эти экспериментальные и теоретические изыскания завершились разработкой нового принципа конструкции шины (ее покрышки), которая в отличие от диагональной получила название радиальной и сокращенно обозначается буквой Р.
У радиальной шины каркас тоже состоит из слоев корда, но нити в них расположены в меридиональной плоскости, проходящей через ось вращения (см. рисунок внизу). А брекер состоит из 2 - 8 слоев корда, нити в которых идут почти перпендикулярно (под углом 70 - 85 градусов) к меридиональной плоскости сечения.
Что же дает переход от диагональной конструкции к радиальной?
Сочетание брекера и каркаса с нитями корда, взаимно пересекающимися и идущими в трех различных направлениях, обусловливает высокую жесткость беговой части радиальной шины. В результате значительно уменьшается деформация беговой дорожки и соответственно проскальзывание элементов протектора при движении автомобиля. Благодаря этому снижается износ протектора.
По сравнению с диагональными шинами ходимость шин типа Р увеличивается не менее чем в 1,5 раза. Например, пробег, радиальных шин для автомобиля ЗИЛ-130 достигает на усовершенствованных дорогах 180 - 200 тысяч километров, что практически соответствует работе автомобиля до капитального ремонта.
При радиальной конструкции каркаса усилия, возникающие в нитях слоев корда, раза в два меньше, чем в нитях диагональных шин. Это позволяет уменьшить в шинах типа Р число слоев каркаса и, таким образом, существенно снизить вес шины. При этом достигается экономия в расходе корда до 25 процентов и в расходе резины до 5 процентов. Теперь, не повышая веса шины, можно увеличить глубину рисунка протектора, а это дает дополнительное увеличение долговечности шины.
Этим не исчерпываются преимущества радиальных шин. Так, как они легче и беговая часть их меньше деформируется, то, естественно, меньше выделяется тепла и снижается расход энергии на качение шин. Результат экономия в топливе достигает 10 процентов. Кроме того, у радиальных шин грузоподъемность больше примерно на 10 процентов и они способны выдерживать большие скорости - на 15 - 25 километров в час.
Применение 1 миллиона радиальных шин дает нашему народному хозяйству экономический эффект в сумме 20 - 70 миллионов рублей (в зависимости от размера шин) за счет увеличения пробега и уменьшения расхода материалов на их изготовление.
Сложный комплекс теоретических и прикладных работ по созданию радиальных грузовых шин заслужил высокую оценку и был отмечен Ленинской премией.
В 1973 году наша промышленность выпустила уже 4,5 миллиона шин радиальной конструкции. Началось их производство и для легковых автомобилей, в частности «Жигули» (ВАЗ-2101) комплектуются шинами типа Р. А к концу пятилетки выпуск радиальных шин только для легковых машин достигнет почти 4 миллионов штук.
Переход к более прогрессивной конструкции шин, стремление, как можно быстрее расширить их выпуск взамен диагональных потребовали перестроить технологический процесс производства, создать для него новое, высокоэффективное оборудование.
НЕЖЕЛАТЕЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
На шинных заводах Советского Союза и на зарубежных предприятиях покрышки делают на индивидуальных станках. На каждом таком станке производятся все операции по сборке покрышки, которая затем отправляется на формование и вулканизацию.
И хотя за последние годы немало сделано, чтобы достигнуть высокого уровня механизации и автоматизации работ, выполняемых на индивидуальных станках, тем не менее доля ручного труда там остается еще весьма значительной.
Конечно, это отрицательно сказывается на производительности процесса сборки, а главное, в значительной степени ставит стабильность получения покрышек высокого качества в зависимость от индивидуального мастерства сборщика. Один уложил слой корда ровно, другой второпях чуть сместил его; один не пожалел сил, прижимая слой к слою, другой сделал это чисто символически. В результате - две разные шины. В подтверждение того, насколько стандартность качественных показателей автомобильных покрышек зависит от индивидуальных особенностей рабочего, упомяну лишь об одном эксперименте. На ряде заводов изготовили партии грузовых покрышек при строжайшем соблюдении технологического регламента и подвергли их эксплуатации. Оказалось, что пробег у таких покрышек больше на 10 - 12 процентов по сравнению с покрышками, собранными на этих заводах в обычных производственных условиях.
Почему же так и не удалось создать полностью автоматизированный станок по сборке покрышек? Причин много. Но главная из них в том, что проблема механизации питания сборочного станка всеми необходимыми деталями, полуфабрикатами (а их число доходит до нескольких десятков), и механизация процесса подачи этих заготовок на сборочный барабан станка оказались практически неразрешимыми.
Технико-экономические исследования, конструкторские проработки, сравнительный анализ различных путей решения проблемы создания комплексного автоматизированного производства шин убедительно показали, что наиболее перспективны здесь поточные автоматические линии, когда весь процесс сборки разделен на группы операций, последовательно выполняемых на специализированных станках.
Благодаря такому разделению значительно упрощается конструкция питателей и самих операционных станков, повышается производительность и надежность оборудования, создаются условия для комплексной автоматизации всего технологического процесса изготовления шин, без которой немыслима современная отрасль, предназначенная выпускать высококачественную продукцию многомиллионными «тиражами»
ПО ПРИНЦИПУ РАЗДЕЛЕНИЯ
Работая в этом направлении, наш институт совместно с другими исследовательскими центрами (Научно-исследовательским институтом шинного машиностроения, Всесоюзным научно-исследовательским институтом резинотехнического машиностроения и Государственным институтом по проектированию предприятий резиновой промышленности) спроектировал и внедрил на Московском шинном заводе первую промышленную поточную полуавтоматическую линию для сборки грузовых покрышек типа 260-508Р, то есть радиальных покрышек с шириной профиля 260 миллиметров и диаметром обода (посадочным размером) 508 миллиметров (20 дюймов).
Линия создавалась для сборки именно такого типа покрышек не случайно. Ведь они нужны для самых распространенных сегодня в стране грузовых автомобилей ЗИЛ-130. Вообще на линии при соответствующей переналадке могут собираться основные модели грузовых покрышек с посадочным размером 508 миллиметров. А это наиболее массовая автомобильная «обувь», которая нужна, в частности, машинам марок ГАЗ-53, «МАЗ», «КамАЗ», автобусам, троллейбусам.
Наша линия - это комплекс из семи операционных станков, связанных между собой рельсовым путем, по которому движутся тележки с индивидуальными электроприводами. Эти «трамвайчики» перевозят от станка к станку барабаны, на которых последовательно производятся операции сборки каркаса покрышки.
Одна из особенностей конструкции радиальной покрышки состоит в том, что брекер у нее жесткий и малорастяжимый. Поэтому формовать покрышку (придавать ей форму, близкую к окончательной) в полностью собранном виде, то есть с наложенными на каркас брекерными слоями металлокорда и с протектором, невозможно. Приходится сборку покрышек типа Р расчленять на две стадии.
На первой стадии собирают каркас, полностью заделывают бортовую часть и накладывают боковины протектора. Все эти операции делаются последовательно на семи станках поточной линии. Затем с помощью автоматических транспортных устройств, которые одновременно служат промежуточным складом каркасов, они подаются на станки второй стадии сборки. Здесь каркас надевают на диафрагму станка, производят формование каркаса и после того, как он примет почти окончательную форму будущей покрышки, на него надевают брекерный браслет, а потом беговую часть протектора. Окончательно собранные покрышки направляются в другой цех, где в специальных прессформах обретают окончательную геометрию и подвергаются вулканизации.
ПЕРВАЯ ПОТОЧНАЯ
Как же работает лоточная линия сборки каркаса покрышек? Прежде всего надо сказать, что линия сборки «состыкована» с участком, где установлены различные машины, агрегаты, на которых делают заготовки необходимых деталей, полуфабрикатов и в первую очередь закатывают нарезанный под определенными углами корд в кассеты или бобины, которые по конвейерам подаются на склад централизованного питания. Отсюда каретки и контейнеры с материалами поступают к станкам сборки поточной линии.
Все станки линии автоматизированы. У каждого станка есть свой пульт, с которого оператор управляет работой механизмов. Когда по вызову оператора - нажатием кнопки на пульте - к станку подъезжает тележка, включается пневматический подъемник и барабан оказывается между раздвижными центрами станка. Барабан зажимается и затем включается станок. На вращающийся барабан накладывается очередной слой кордной ткани, поступающей из питателя. С. помощью соответствующих механизмов станка производятся все необходимые операции - дублирование, то есть плотное прижимание всей поверхности накладываемого слоя к предыдущему слою, чтобы обеспечить’ прочность связи между ними и изгнать пузырьки воздуха - главный бич качества, отрезка ленты, стыковка концов слоев, прикатка и т. д. После завершения операций сборки на данном станке подъемник возвращает барабан на тележку, которая направляется к следующему станку. Так сборочный барабан проходит весь путь от первого станка до седьмого.
В 1973 году успешно завершились промышленные испытания такой линии и она рекомендована к серийному производству.
Опыт эксплуатации первой полуавтоматической линии сборки каркаса радиальных грузовых покрышек подтвердил ее несомненные преимущества перед индивидуальными станками.
Прежде, всего в 1,3 - 1,5 раза повышается производительность труда за час работы на линии собирается 40 каркасов покрышек 260-508Р - такое количество делают на 10 индивидуальных станках. При этом доля ручного труда на линии уменьшилась почти в 5 раз и резко облегчилась работа оператора-сборщика, которую теперь могут выполнять женщины. Сама работа сборщика стала намного проще, поэтому срок его подготовки сократился с 4 - 6 месяцев до 2 - 3 недель. Количество персонала, обслуживающего 7 станков линии, в полтора раза меньше числа людей, работающих на 10 индивидуальных станках.
Но, конечно, главное преимущество поточной линии - это возможность значительного улучшения качества процесса сборки, обеспечение его стабильности, а, следовательно, повышение качества шин.
Годовой экономический эффект от применения одной линии сборки автомобильных покрышек 260-508Р составляет 86 тысяч рублей. Но это лишь прямая экономия, которую мы получаем на заводе при производстве шин. К этому следует добавить тот выигрыш, который достигается в результате повышения качества шин, выражающийся прежде всего в увеличении их пробега. В масштабах народного хозяйства страны этот эффект оценивается многими миллионами рублей.
Поточная линия - оригинальное инженерное сооружение. Таких линий сборки нет нигде в мире. Приоритет в создании линии и ряда ее узлов защищен авторскими свидетельствами. На основные технические решения, использованные в поточной линии сборки, получено более 30 патентов в капиталистических странах в Австрии, Англии, Италии, Франции, ФРГ, Швеции и Японии.
Созданием поточной линии сделан важный шаг в ускорении научно-технического прогресса в шинной промышленности. Следующий этап - полная автоматизация процесса сборки покрышек. Над этой трудной проблемой работает наш институт в содружестве с другими научными и проектными организациями страны.
Читайте в любое время
