Оптимизация производства шин 425/85R21 - Решение задачи

В данном разделе приводятся основные технологические и конструкторские расчеты, необходимые для оптимизации процесса производства шины 425/85R21. 1. Расчет геометрии профиля шины Для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик радиальной шины важно правильно рассчитать конфигурацию ее профиля. Связь между геометрическими параметрами описывается уравнением равновесной конфигурации: \[ \cos \alpha = \cos \alpha_0 \cdot \frac{r^2 - r_w^2}{r_0^2 - r_w^2} \] где: \( \alpha \) — угол наклона нитей корда на произвольном радиусе \( r \); \( \alpha_0 \) — угол наклона нитей корда по экватору; \( r_0 \) — радиус по экватору (630 мм); \( r_w \) — радиус максимальной ширины профиля. 2. Расчет производительности сборочного оборудования Производительность сборочного станка \( Q \) (шт/смену) определяется по формуле: \[ Q = \frac{T \cdot K_{и}}{t_{ц}} \] где: \( T \) — продолжительность смены (480 мин); \( K_{и} \) — коэффициент использования рабочего времени (0,92); \( t_{ц} \) — время цикла сборки одной шины (мин). Для оптимизации технологии ставится задача сокращения \( t_{ц} \) за счет автоматизации наложения слоев брекера и протектора. 3. Расчет режима вулканизации Вулканизация — самый энергоемкий этап. Оптимизация заключается в достижении оптимальной степени вулканизации во всех слоях покрышки при минимальных затратах времени. Эквивалентное время вулканизации \( S \) рассчитывается по формуле: \[ S = \int_{0}^{\tau} i \cdot dt \] где \( i \) — интенсивность вулканизации, определяемая по температурному коэффициенту Вант-Гоффа: \[ i = 2^{\frac{T_{факт} - T_{баз}}{10}} \] где: \( T_{факт} \) — фактическая температура в слое шины (К или °C); \( T_{баз} \) — базовая температура (обычно 143°C). Для шины 425/85R21 критической точкой является зона плеча (наиболее толстая часть). Расчет теплопроводности в этой точке проводится по закону Фурье: \[ \frac{\partial T}{\partial \tau} = a \left( \frac{\partial^2 T}{\partial x^2} \right) \] где \( a \) — коэффициент температуропроводности резиновой смеси. 4. Расчет материального баланса Для производства одной шины 425/85R21 необходимо рассчитать массу навески материалов. Масса шины \( M \) складывается из масс ее элементов: \[ M = (m_{пр} + m_{бр} + m_{карк} + m_{борт} + m_{бок}) \cdot K_{отх} \] где: \( m_{пр} \) — масса протектора; \( m_{бр} \) — масса брекера; \( m_{карк} \) — масса каркаса; \( K_{отх} \) — коэффициент технологических отходов (обычно 1,02–1,05). Пример расчета массы протектора: \[ m_{пр} = V_{пр} \cdot \rho \] где \( V_{пр} \) — объем заготовки протектора, \( \rho \) — плотность резиновой смеси (для протекторных резин \( \rho \approx 1.15 \cdot 10^3 \) кг/м³). 5. Оценка прочности каркаса Запас прочности каркаса \( K \) определяется отношением разрывной прочности нитей корда к действующему напряжению: \[ K = \frac{P_{разр} \cdot n}{N_{max}} \] где: \( P_{разр} \) — разрывная нагрузка одной нити корда; \( n \) — число нитей на единицу длины; \( N_{max} \) — максимальное напряжение в каркасе от внутреннего давления воздуха. Оптимизация данных параметров позволяет снизить материалоемкость изделия при сохранении высоких эксплуатационных свойств, что отвечает задачам эффективного импортозамещения в отечественной шинной промышленности.