一种安全轮胎的改造设备和加工方法与流程

1.本发明涉及轮胎制造加工领域，尤其涉及一种将充气轮胎改造成免充气安全轮胎的设备和加工方法。


背景技术：

2.轮胎作为车辆的重要组成部分，发展到今天已经形成许多种类，其中有充气轮胎和特制的安全轮胎。
3.在社会生活中，车辆广泛应用的充气轮胎占据很大的比重，使用充气轮胎的车辆种类也很多。普通充气轮胎存在气压失衡、容易刺破等爆胎隐患，轮胎失压后会产生行车安全和更换麻烦的问题。
4.由于充气轮胎的缺点明显，因此也有对于将充气轮胎改造为安全轮胎的技术研究和解决方案。当前安全轮胎主要有通过增强轮胎侧壁使用的缺气保用轮胎、在增加粘胶层的自补胶轮胎及失压后短时间行驶的内支撑轮胎等。
5.但是，由于其生产加工是针对在工厂车间和生产线上完成的，其改造使用环境受限制，也没有针对单个轮胎的改造提供专门的设备、材料和具体操作工艺。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于将充气轮胎改造为安全轮胎的专用设备并提供改造轮胎进行的加工工艺和使用的材料，该设备能够在轮胎制造工厂、轮胎维修点、汽车修理店、汽车维护工厂、车辆售后单位和可移动的修理车上等多个环境场所使用，通过该设备进行操作能够单独对每一辆的人力车、助力车、乘用车、商用车、场内作业车辆、农机和特种车使用的充气轮胎逐个进行改造。
7.本发明的技术方案为：一种安全轮胎的改造设备和加工方法，由设备主机、排气管、水平托架和竖立挂架组成，通过改造设备和加注材料将轮胎按照实施步骤进行加工来完成，所述设备主机包括全部使用电力和使用生物化石能加热的非电力设备两种，所述加注材料由高分子橡胶、塑料聚合物等为基材与配套的助剂、复合材料组成。
8.所述两种设备主机包括一种由密封盖、加料筒、加压阀、螺杆、工作料筒、传动箱、控制阀、调速电机、控制盘、移动轮和发电机组成的使用电力加热、驱动的设备，另一种由密封盖、加料筒、加压阀、螺杆、工作料筒、仪表盘、控制阀、移动轮、定位架、手动摇柄、燃气瓶、和燃气具组成的通过生物化石能来加热及手动驱动的非电力设备。
9.所述水平托架和竖立挂架可以与设备主机的基座制造成一个组合式整体结构。
10.根据轮胎智能化的管理需要，可以植入温度、压力和振动等传感器。
11.所述车辆轮胎包括人力车、助力车、乘用车、商用车、场内作业车辆、农机和特种车使用的充气轮胎，包含具有的内胎类和真空胎类型。
12.由于载重车辆的轮胎质量较重，因此水平托架和竖立挂架的支持部件可以使用液
压升降系统来操作以减少体力劳动。
13.适应性地，为了在安全轮胎改造操作中保持站立的舒适工作方式，改造设备提高基座对应的高度，减少弯腰、俯身等工作动作。
14.由于不同的轮胎规格和尺寸差别很大，因此适合采用独立的水平托架和竖立挂架。根据电力配置条件不足的改造服务单位，设备选配加装发电机来提供电力供应。
15.发动机为使用内燃动力，采用汽油、柴油或天然气等作为能源。
16.非电力的改造设备的燃气具使用多种生物化石能作为燃料，比如煤气、天然气或甲醇等。
17.作为使用如煤炭、植物颗粒等直接燃烧的生物材料时不再使用燃气瓶和燃气具。
18.该改造设备在轮胎的生产制造工厂用于改造安全轮胎时，需要选取轮胎和配套的轮辋一起组合加工，而不能单独对轮胎加工。
19.当软管、加注管适合通过取代轮胎与轮辋配合的充气嘴进行加注时采用这一方式。
20.在轮胎内部涂刷耐高温结构胶涂层来提高轮胎内部气密层橡胶材料的高温度耐受稳定性、表层结构强度和与加注材料的粘合性。
21.所述加注材料为高分子橡塑聚合物主要由乙烯-醋酸乙烯共聚物（eva）、聚氨酯弹性体(tpu)、发泡聚丙烯(epp)、丁腈胶(nbr)、合成橡胶或气凝胶等聚合物为基材，与其所配套的助剂、复合材料组成的。
22.所述加注材料包括由tpu、eva、epp、nbr、合成橡胶或气凝胶等聚合物基材与其所配套的助剂和复合材料组成的，并且可以采用新的高分子、纳米材料和配方，要求具有质量轻、弹性形变恢复能力高、耐受高低温和足够的结构支撑强度。
23.加注材料使用的辅料和复合材料主要有发泡剂、稳定剂、阻燃剂、有机催化剂、芳烃油稀释剂、超耐磨炭黑、组合材料和强化材料等。
24.为了增强加注后的结构强度、加速散热和减少加注材料的使用，在轮胎空间植入均匀分布的条形或网状体骨架材料。
25.加注材料要求质量轻以减少轮胎的重量，同时也减轻车辆负载。
26.作为轮胎的填充加注材料，由于所选材料较多，同时会有细粉、颗粒和流体状态，因此所述加热工艺只是针对于需要通过加热来实现混合和熔融的材料来使用，而对于不需要加热工艺的材料主要起到混合、助推加注的作用。
27.根据实施操作减少加工工艺的要求，将提前发泡、预先混合辅料的加注材料加工成为颗粒或流体状再提供给终端的改造设备使用。
28.在设备上设计具有密封盖、加压阀和控制阀的作用是对于需要通过空气加压来实现膨化、发泡作用的，其加压阀是通过空气压缩机来实现将所需要气压值的高气压充入工作料筒的。
29.采用密封盖、加压阀和控制阀的作用在于在进料阶段就完成对工作料筒的加压发泡、促进熔化材料和加速推进的作用。
30.加注管和排气管采用高硬度的材料，使得容易穿刺进轮胎。
31.对于橡塑类聚合物材料，增加轻质化的发泡工艺不是必须达到的要求。
32.比如使用二氧化硅气凝胶以微米级的固体粉末形态作为加注材料的复合材料来
使用,采用柔性气凝胶主要以碳纤维和石墨烯纤维制作的全碳气凝胶，其压缩回弹性高。
33.比如使用乙烯-醋酸乙烯共聚物（eva）材料，其中乙烯作为结晶链段表现出一定强度，醋酸乙烯（va）作为eva分子链中的柔性链段一般含量在5至40%，通过调整其所占比重从而表现出不同的承载力强度，降低高结晶度就可以提高柔韧性、抗冲击性。
34.比如使用聚氨酯弹性体（tpu）材料，是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的嵌段共聚物。其中多元醇表现出柔性和韧性，而二异氰酸酯赋予材料硬度和刚性，并且硬段结晶后作为物理交联点，使tpu表现出高弹性。
35.比如使用聚丙烯（pp）处理成为发泡聚丙烯（epp），是一种性能卓越的高结晶型聚合物材料，有高的机械强度和抗压缓冲能力，当做基材或复合材料使用。
36.对于胎体与轮辋接触不紧密的轮胎如载重类的，不适合放置在水平托架上操作，应该悬挂在竖立托架上使用，这也是使用水平托架与竖立挂架的区别。
37.如果轮胎两面胎圈与轮辋的接触不够紧密容易泄露加注材料，则在胎圈与轮辋的接触位置使用粘合剂，等到粘合固定后再涂刷另一面。
38.对车辆使用中的轮胎改造推荐为两个或全部，保持至少两个轮胎的形态一致并优先安装于车辆两边的对应位置，使得车辆保持平衡状态。当车辆行驶中出现不平衡现象时，应考虑对轮胎做动平衡校正以确定原因。
39.对于受压变形等的轮胎，需要充气恢复或使用一段时间，形态正常时才可改造使用。
40.由于改造的轮胎不需要充气，因此有所破损、磨损的充气轮胎也可以使用，而轮胎的承重和减震依靠的主要是填充材料本身，因此轮胎具有更长的使用期限。
41.调速电机的功率较大，推进螺杆使用自清洁、材料粘度适应性强和推进效果更好的双螺杆机构。
42.简易改造设备由于采用手动摇柄主要使用单螺杆以减轻人力劳动强度。
43.根据工厂化使用的要求能够加大设备的容量和功率来增加软管和加注管的数量。
44.根据使用功能的相同性，加注材料的推进螺杆可以使用往复运动的柱塞式油缸机构。
45.安全轮胎进行改造的操作工艺为：第一步，检查轮胎，将轮胎一侧的胎圈拆卸到轮辋的外面，如果有内胎的需要取出，进行清洁轮胎内部及涂刷耐高温结构胶涂层。
46.第二步，将轮胎重新装回轮辋，检查并处理使得轮胎两面胎圈的与轮辋接触紧密，将轮胎平置放在水平托架上，用排气管在侧壁接近胎冠的位置穿刺进轮胎，将加注管在另外的胎侧位置穿刺进轮胎并用束带绑定在轮胎上。
47.第三步，将加注材料和辅料进行测量配比后添加到加料筒，打开设备开关接通电路将加热圈进行加热，如果是使用简易设备则打开燃气具加热工作料筒，做好混合、发泡和熔融准备；对于需要加压和发泡的材料这时就要关闭密封盖，使用外置的空气压缩机将充气管接入加压阀，充入并持续保持所需压强的空气。
48.第四步，当加热达到设定工作温度后，通过调频控制调速电机及其连接的螺杆进行旋转推进，如果是使用简易设备则通过手动摇柄连接螺杆旋转，推进混合和熔融的液态化加注材料通过软管和加注管填充到轮胎内。
49.第五步，将插有排气管的轮胎位置抬高并调整排气管的角度和深度等操作，以排除内部气体使得加注材料填满轮胎空间。
50.第六步，停止设备工作并进行加注管路、剩余材料的清理，用水喷洒和吹风使轮胎轮辋更快地降温定型，进行检查如有空洞需要补充加注，合格的才成为可以使用的安全轮胎。
51.该改造设备可以在补胎维修点、汽车修理店、汽车维护工厂、车辆售后单位和可移动的修理车上进行使用。
52.通过该设备进行人工操作能够为每一辆车或单个的轮胎进行改造，车辆包括人力车、助力车、乘用车、商用车、场内作业车辆、农机和特种车使用的充气轮胎。
53.轮胎改造完成做试验台测试，以乘用车满载质量1.9吨使用轮胎为225/55r18为例，车辆在静置和平直路面匀速30千米每小时单个轮胎形变收缩值低于38毫米，受静态压力3倍值时弹性收缩率低于27%，连续一千次加压冲击后无明显回弹迟滞现象为要求。
54.轮胎在改造后进行检查填充是否有空洞，其方法有敲击声音判断、竖立起轮胎通过机械支架对胎面逐个位置压力测试、辐射示波型电子设备探测和轮胎受力滚动检测法。
55.本发明的有益效果如下：一种将充气轮胎改造成安全轮胎的设备和加工方法，包括设备、材料和其操作方法。通过该设备进行人工操作，对每一辆的人力车、助力车、乘用车、商用车、场内作业车辆、农机和特种车使用的充气轮胎进行改造，使得充气轮胎成为不充气、不爆胎、不怕扎和使用期限更久的安全轮胎，减少用车当中需要换胎的麻烦和担忧，同时节约时间、经济成本和提高行车安全。
附图说明
56.图1为本发明的安全轮胎的改造设备的结构图。
57.图2为本发明的安全轮胎的非电力设备的结构图。
58.图3为本发明的安全轮胎的改造操作示意图。
59.图中：1、加压阀，2、密封盖，3、加料筒，4、传动箱，5、调速电机，6、基座，7、发电机，8、移动轮，9、控制盘，10、工作料筒，11、螺杆，12、加热圈，13控制阀，14、管接头，15、软管，16、加注管，17、束带，18、横杆，19、支撑架，20、底座，21、托架，22、定位螺栓，23、排气管，24、防滑端，25、仪表盘，26、手动摇柄，27、燃气具，28、燃气瓶，29、定位架，30、轮辋，31、胎侧，32、胎冠。
具体实施方式
60.下面将结合图1～3对本发明实施例进一步说明。
61.在图1和图3中，由实施例1的改造设备结构图和实施例3的轮胎操作示意图共同组成一个轮胎改造系统，包括设备主机、排气管、水平托架和竖立挂架。其中，安装有加压阀（1）的密封盖（2）与加料筒（3）组合在一起，控制盘（9）上集成着电源开关、温度显示、转速显示、压力显示、电机调速、加热旋钮和自动恒温控制功能系统。调速电机（5）通过传动箱（4）带动螺杆（11）旋转，推进熔融的加注材料进行输送。该螺杆（11）为双螺杆结构，具有好的自清洁和提供啮合加温作用。发电机（7）为选装配置，用于没有外来供电的情况时提供电力，
其发电总功率至少为3千瓦。工作料筒（10）的里面设置由能够运转的螺杆（11），外面周围包裹缠绕着加热圈（12），用于对加注材料进行加温熔融，在周围还设置多个温度传感器，用于将实时加热温度反馈给控制盘（9）的自动恒温控制系统，由它调控加热电路的功率输出以保持在设定的加热温度范围。对于不同的加注材料使用不同的加热温度，比如eva的熔点温度为230-260摄氏度。控制阀（13）是截止熔融材料的流出和保持对工作料筒的加压而使用，采用手动开关的螺旋结构。当流体的熔融加注材料从工作料筒（10）被螺杆（11）推进到软管（15），再从加注管（16）不断灌注到轮胎内部，通过弯曲形状的排气管（23）排出轮胎内部的空气，使得加注材料填满轮胎空间。排气管（23）的上面设置有防滑端（24）利于操作。工作料筒、软管与加注管之间由多个管接头（14）活动连接，能够分离拆解对各段管路进行疏通清理。水平托架采用能够调节高度的组合结构，由底座（20）和托架（21）通过定位螺栓（22）组合在一起。竖立挂架由横杆（18）、支撑架（19）和底座（20）组成。加入材料的原则是能够完全满足改造至少一个轮胎的使用量，避免重复添加操作，在工厂生产时可以设计成连续加料。设备的基座（6）配备着移动轮（8），能够在补胎维修点、汽车修理店、汽车维护工厂、车辆售后单位和可移动的修理车上移动位置使用，当然也可以在轮胎生产工厂的固定位置使用。轮胎是由胎冠（32）、胎侧（31）和轮辋（30）组成。轮胎平放在水平托架上，用排气管（23）在胎侧（31）接近胎冠（32）的位置穿刺进轮胎，将加注管（16）在另外的胎侧位置穿刺进轮胎并用束带（17）绑定在轮胎上防止脱离。水平托架与竖立挂架的使用区别是轮胎的竖立状态更容易让胎圈与轮辋（30）组合紧密，而水平放置因为轮胎的自身重量容易出现上面的胎圈与轮辋的接触出现较大缝隙不利于填充材料。所述的胎圈是指与轮辋密闭接触的胎侧向心内圈部分。加注管和排气管采用高硬度的材料，使得容易穿刺进入轮胎。当改造设备启动后，流体的加注材料经过软管和加注管连续进入轮胎内部，将插有排气管的轮胎位置抬高并调整排气管的角度和深度，以排除内部气体使得加注材料填满轮胎空间成为可以使用的安全轮胎。
62.在图2和图3中，由实施例2的改造设备结构图和实施例3的轮胎操作示意图共同组成一个轮胎改造系统，包括设备主机、排气管、水平托架和竖立挂架。其中，安装有加压阀（1）的密封盖（2）与加料筒（3）活动组合在一起。仪表盘（25）内置可更换的供电电池，上面有温度设定、温度显示、压力显示、高低温蜂鸣提示、转速显示等。人工操作手动摇柄（26）带动工作料筒内的螺杆（11）来推进材料进行加注，优先使用节省体力的单螺杆结构。对工作料筒（10）的加热方式采用由基座（6）内放置的燃气瓶（28）向燃气具（27）提供燃气来实现。水平托架采用能够调节高度的组合结构，由底座（20）和托架（21）通过定位螺栓（22）组合在一起。竖立挂架由横杆（18）、支撑架（19）和底座（20）组成。轮胎是由胎冠（32）、胎侧（31）和轮辋（30）组成。轮胎平放在水平托架上，用排气管（23）在侧壁接近胎面的位置穿刺进轮胎，将加注管（16）在另外的胎侧位置穿刺进轮胎并用束带（17）绑定在轮胎上防止脱离。根据轮胎胎圈与轮辋的密闭接触程度选择使用水平托架或竖立挂架。工作料筒（9）、软管（15）与加注管（16）之间由多个管接头（14）活动连接，软管的长度可以改变。轮胎平置在水平托架上，用具有防滑端（24）的排气管（23）在胎侧（31）接近胎冠（32）的位置穿刺进轮胎，将加注管（16）在另外的胎侧位置穿刺进轮胎并用束带（17）绑定防止脱离。当流体的加注材料从工作料筒（9）被螺杆（11）推进到软管（15），再从加注管（16）加注到轮胎内部，通过排气管（23）排出内部的空气，使得加注材料填满轮胎空间成为可以使用的安全轮胎。工作料筒前端、软管与加
注管之间由多个管接头（13）活动连接，能够分离拆解对各段管路进行疏通清理。该设备的基座（6）下面配备着移动轮和容易保持稳定的定位架（29）。排气管（23）可以增加空气限流阀结构，其弯曲形状的设计能够有效的连通轮胎内部的曲面空间各个角度。
63.图1和图2的区别是，实施例1采用的是电力加热、驱动并配置备用的发电机，该改造设备既可以在多种场所使用也可以在轮胎生产制造工厂用于轮胎改造；而实施例2采用的是生物化石能的燃气加热和人力驱动加注的方式，当然该设备在使用电力作为驱动时需要加装调速电机也是适用的。上述不同设备取决于改造的场所条件和采购成本的差异。
64.图1和图2的改造设备使用的加注材料在改造轮胎后的物理性能要求具有零下40至零上130度的温度稳定性、柔韧缓冲性好、弹性形变恢复能力强和一定的结构支撑强度等。依据供应来源、采购成本、轮胎承重级别和用途等因素有多种加注材料可选，比如使用以丁腈胶为主的配方比重为丁腈胶(nbr)100份；发泡剂偶氮二甲酰胺（adc）15份；填充剂二氧化硅60份；软化剂白蜡油20份；活化剂锌氧粉20份；复合材料有机硅胶10份；硬化剂硫磺粉8份；聚氨酯粘合剂5份等并且依据轮胎承重要求能够调整助剂、复合材料配方比例。
65.改造轮胎的加工工艺为：第一步，检查轮胎，将轮胎一侧的胎圈拆卸到轮辋的外面，进行清洁轮胎内部及涂刷耐高温结构胶涂层；第二步，将轮胎重新装回轮辋，检查并处理使得轮胎两面胎圈的与轮辋接触紧密，将轮胎平置放在水平托架上，用排气管在胎侧接近胎冠的位置穿刺进轮胎，将加注管在另外的胎侧位置穿刺进轮胎并用束带绑定在轮胎上；第三步，将加注材料和辅料进行测量配比后添加到加料筒，打开开关使用设备接通电路将加热圈进行加热，如果是使用简易设备则打开燃气具加热工作料筒，做好混合、发泡和熔融准备；对于需要加压和发泡的材料这时就要关闭密封盖，使用外置的空气压缩机将充气管卡紧在加压阀上，充入并持续保持所需压强的空气；第四步，当加热达到设定工作温度后，通过调频控制调速电机及其连接的螺杆进行旋转推进，如果是使用简易设备则通过手动摇柄连接推动螺杆旋转，推进混合和熔融的液态化加注材料通过软管和加注管填充到轮胎内；第五步，将插有排气管的轮胎位置抬高并调整排气管的角度和深度等操作，以排除内部气体使得加注材料填满轮胎空间；第六步，停止设备工作并进行加注管路、剩余材料的清理，用水喷洒和吹风使轮胎轮辋更快地降温定型，再进行检查如有空洞的需要补充加注，合格的才成为可以使用的安全轮胎。上述改造步骤为操作工艺流程，在加注阶段之外的操作顺序可以有所变化。
66.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本实施例的精神和范围。这样，倘若本实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明的意图包含这些改动和变型在内。