1 引言
纵观行业的硫化设备，最早是用硫化罐硫化轮胎，后来发展到采用个体硫化机，也就是不定型硫化机。到上个世纪的四十年代，己用定型硫化机来硫化轮胎，定型硫化机的出现简化了轮胎硫化的工艺过程，在同一机台上可完成装胎、定型、硫化、卸胎及后充气冷却，使轮胎硫化过程实现全机械化和自动化。顾名思义，定型与不定型的区别，就是前者有一个定型机构，我们通常叫做胶囊操纵机构，也叫中心机构，是轮胎硫化机的心脏部分，其作用是硫化前将用来通入内压的胶囊装入胎胚内并定型，硫化后从轮胎中抽出胶囊，使轮胎脱离模具。
现代的轮胎定型硫化机如按传动方式分，有机械式和液压式，如按中心机构的型式来分类，则有：
（1）以美国NRM公司为代表的AUTOFORM型，我国习惯称为A型；
（2）以美国McNei1公司为代表的Bag-O-Matic型，我国习惯称之B型；
（3）以德国Herbert公司为代表的AuBo型，我国习惯称为C型。
以上几种型式的中心机构各有其优缺点，各代表厂家都在尽力改进自己的产品，取长补短，相互渗透，因而派生出其它型式的中心机构。根据收集的资料，综述如下。
2 A型中心机构
2.1 基本结构
A型中心机构包括横梁上的推顶器和底座上的囊筒升降机构。
图1是46″硫化机的推顶器，它包括推顶器球鼻、球鼻上升气缸、球鼻下降气缸、推顶器座、问锁气缸和推顶器气缸等。
图2是46"硫化机的囊筒升降机构，它由囊筒头、囊简体、滤网、升降气缸等组成。囊筒呈夹套式结构，是存放胶囊的容器，各种介质也通过它输入胶囊。在更换胶囊时，气缸使囊筒上升或下降，就可方便的把旧胶囊取下或装上新胶囊。
2.2 工作原理
A型中心机构使用的胶囊是一个大的模具橡胶袋，它在装入囊筒的一端有开口，另一端是一个密封的U型槽，当胎胚放在下钢圈上，藏在囊筒内的胶囊在定型蒸汽作用下翻出胶囊，贴紧胎胚内腔，依次完成预定型、保持定型和最终定型工艺过程，合理通入硫化介质硫化。硫化结束，开模，柱塞将胶囊推入囊筒中，轮胎脱下模，处在上模位置，装在推顶器上的卸胎夹具插入上钢圈，把硫化好的轮胎卸下。
A型中心机构的优点是用气压传动，维护简单，操纵方便，所以有一段时间，我国的乘用轮胎，大多是用A型硫化机来硫化，我国的A型硫化机最早开发的是七十年代末期吸收消化日本三菱公司技术而制造的46″和40.5″硫化机，制造单位是天津橡胶机械厂、上海橡胶机械厂、天津化工机械厂和广东湛江机械厂。
由于硫化轮胎规格不一样，所配用的囊筒、夹具和硫化机也不一样，表1是日本三菱公司提供的各种囊筒和夹具在不同硫化机上配置表：
表1 日本三菱公司的囊筒和夹具在不同硫化机上配置表：
尺寸
可适应的胎圈直径
40.5″
46″
57″
60″
62″
72″
8″
10″
12/13″
15″
17″
19″
20″
8″~9″
10″~12″
12″~16″
15″~17″
17″~20″
20″~24″
20″~28″
△
△
◎
○
◎
○
○
△
○
○
◎
△
○
○
◎
△
○
○
◎
◎
注："◎"表示装备在标准机上；"○"表示可适用；"△"表示可适用，但是必须对某些限制条件加以考虑
2.3 结构改进
由于A型中心机构的胶囊只有下端固定，轮胎定型时不能精确对正中心，在硫化较大规格的轮胎时较为明显，从而影响轮胎质量，同时囊筒的耗能较大，因此有关厂家对其作了改进。
意大利培耐力公司制造的40.5″型硫化机的预定型工艺与原来的A型硫化机不同。过去当装胎机械手将胎胚置于硫化模型内后，机械手不离开，用机械手的定型盘压牢胶囊，来完成预定型动作。这样做的缺点是胎胚装胎不正，中心偏歪，而改进后的A型机械手是采用圆柱形的径向扩展式鼓状机械手，它将胎胚置于硫化模型后即离开，然后合模，推顶器球鼻伸出，与胶囊顶部凹槽相投合，再通预定型蒸汽0.01~0.02MPa,这样使胚胎能够准确对中，轮胎的均匀度提高。此外，囊筒通过护圈定位于下热板中心，从而确保与推顶器球鼻的对中度。囊筒由囊筒头和囊简体组成，通过螺纹组成一体，轮胎规格变化调换囊筒头即可。
吸收其它型式中心机构的长处，改进自己的不足，美国NRM公司对A型机的改进和日本三菱公司在A型机基础上推出的RB型，就是在这样基础上产生的。
美国NRM公司是A型中心机构的首创者，在老机型的基础上，NRM公司不断进行了改进，现已有四种型式：
（1）标准囊井型（STD.BAGWELL型，即老A型）。
（2）NRM公司立柱型（NRM POST型）。
（3）标准立柱型（STD.POST型）。
（4）中心展开型（CENER SWEEP型）。
STD.BAGWELL型就是上面所述的A型。
NRM POST是在A型基础上采纳了B型的某些优点在A型胶囊中心加立柱。STD.POST型的胶囊是两端开口的，类似于B型。CENTER SWEEP型是NRM公司为A盯0L0K液压硫化机专门设计的，适用于子午线轮胎硫化机。其原理是增加了一个下卡盘升降动作，当胎胚定型时，胶囊上、下卡盘靠在一起升到胎胚中心面并送入定型蒸汽，然后上卡盘向上运动，下卡盘向下运动，使胶囊从胎胚中心面上下展开。
日本三菱公司的RIB型（Rolling in Bladder），意为翻入胶囊型，这是在A型的基础上吸收了其他型式的优点而开发的，且RB型本身也在不断改进，最早的型式还保留横梁上的推顶器，把胶囊推入囊筒中。推顶器的结构是几个气缸串联在一块，比较复杂，而三菱公司液压式硫化机上采用的阳B型，新结构型式如图3所示，在固定的中心机构筒体内装有一升降囊井，由二个垂直汹缸操纵上下运动，轮胎下钢圈固定在此囊井顶部。囊井上升时将硫化好的轮胎顶出。胶囊下夹环高度可通过专用电机及链轮链条装置调节以适应不同尺寸的轮胎，中心机构下部为一横梁，由二个垂直气缸操纵横梁上下运动。胶囊上夹环操纵油缸及更换胶囊的油缸固定在此横梁上。胶囊上夹环除了随横梁上下运动外，还可以由它自己的油缸操纵上下运动。横梁运动共有三个位置。中间位置为硫化位置，硫化时由二个水平闭锁气缸将横梁运动锁住，硫化结束后横梁上升到最高位置，然后闭锁气缸松锁。卸胎时横梁在最低位置，胶囊收缩在囊井内。
国内开发RIB型中心机械时间最早的早但是北京橡胶工业研究设计院和上海轮胎机械厂。1983年，他们互相合作，设计制造了两个RIB型中心机构，放在上海大中华橡胶厂的46H硫化机上试用，在取得经验基础上，1985年设计RIB型的46m硫化机，分别在厦门橡胶厂和山东威海轮胎厂使用，1987年通过化工部鉴定。国内使用RB型硫化机比较多的单位是上海乘用轮胎厂，该厂42″、46″和55″机械式硫化机全部是RB型。
3 B型中心机构
3.1 基本结构
有复动式（Double Action）和单动式（Single Action）两种。
因为双钢圈胎或子午线胎的生胎高度低于伸长的胶囊高度，在轮胎定型时胶囊的上夹盘必须逐渐下降，并利用装胎器的导向作用，使胶囊顺利的输入到生胎内，但上托盘的下降高度不能低于生胎的胎圈高度，这是借中心机构内的定位套筒的作用来限制，否则定型时会产生偏移，特别是装胎器离开后更容易出现这种现象。42″以上规格的B型硫化机都是采用复动式。当生产单钢圈普通轮胎时，因生胎高度与伸长的胶囊高度差不多，定型时上托盘不用特意下降就可以进行定型，其中心机构采用单动式。上海橡胶机械厂生产的24″、28″和32″轮胎定型硫化机就是这种结构。
3.2 工作原理
以复动式为例，如图4所示，是一个有上、下活塞的水缸，当压力水从下活塞下面进水时，下活塞上升，推着上活塞一起上升，使胶囊拉直，当压力水从下活塞的上面进水时，胶囊随下活塞下降而收缩，至胶囊上夹盘与定型套筒接触时，下活塞停止运动，这时上活塞因受压力水的作用不能下降，这就控制了胎胚的定型高度。其后，上、下活塞在上半模型的压力下同时下降，直到硫化机闭合。
B型中心机构的优点主要是对中性好，定型准确，所以在各轮胎厂中应用较广。我国B型硫化机最早是大连橡胶塑料机械厂在六十年代中期制造的55"机械式硫化机，以后相继是上海轮胎机械厂在1970年制造的55″带活络模的子午线轮胎硫化机和1973年制造的42″定型硫化机。
表2是日本神户制钢所提供的B型中心机构的技术参数：
表2 日本神户制钢B型中心机构技术参数
型号
42M21
45M9
48M2A
55M14A
63.5M6
定位环直径/min
环座螺纹直径/min
提升缸内径/mm
提升缸材料
活塞杆直径/mm
缸盖类型
密封环类型
254
184.15
88.9
18-8 不锈钢
47
过热水循环或氮气
铜粉塑料王
254
184.15
88.9
18-8 不锈钢
47
过热水循环或氮气
铜粉塑料王
254
184.15
88.9
18-8 不锈钢
47
过热水循环或氮气
铜粉塑料王
381
241.3
127
18-8 不锈钢
57
过热水循环或氮气
铜粉塑料王
381
241.3
127
18-8 不锈钢
57
过热水循环或氮气
铜粉塑料王
3.3 结构改进
B型中心机构也存在密封装置较多、泄漏可能性大，需要抽真空，更换胶囊较困难等缺点，因而也需要进行改进。
日本神户制钢所原B型中心机构装有定位套筒，与水缸的顶盖之间留有一定的间隙。硫化时160~180℃的过热水进入上活塞缸，因而使活塞密封环承受高温和有可能进入杂质使其工作寿命大为降低。改进后的B型中心水缸顶盖部分增加了两道密封，防止过热水进入上活塞缸，因而克服了上述缺点。另外，中心机构的上环座原先与中心水缸分体，其连接处装有密封垫，容易泄漏，现将上环座由铜合金改为不锈合金钢，与中心水缸焊接成一体。
正确的调节各种定型硫化机的定型高度和定型压力，是能够硫化出合格轮胎的前提，B型中心机构活塞的行程、胶囊拉直和定型高度是根据该机构能硫化最大轮胎规格来确定的，并可在一定范围内调节，第一次定型高度系根据轮胎规格，由更换定型套筒高度来适应，第二次定型高度是由硫化机合模的暂停高度来控制。日本神钢、三菱和德国克鲁伯公司制造的液压轮胎硫化机，其B型中心机构是用油缸来传动上夹盘的升降，而下夹盘用螺纹拧在下环座上，由两气缸（或油缸）驱动，而气缸（或油缸）是装在中心缸两侧。胶囊高度的位置由一线性位移传感器加以监控，从硫化机的控制板上可以遥控变更该传感器的位置，这样更换胶囊规格，以及定型高度的调节都达到了自动化。
我们在国内平时看到的B型中心机构几乎全是水压传动，在国外，除了水压式外，还有油压式和机械式，机械式中又有螺杆式、齿条式及曲柄连杆式等。据介绍，机械传动式中心机构具有节省能源、操作简单、维修容易等优点，下面简单介绍一种，如图5所示，该中心机械由可在筒体4内自由升降的齿条柱塞杆3,联接在柱塞杆上部的夹持胶囊上开口的上托盘1及驱动齿条柱塞杆升降的小齿轮5构成，驱动小齿轮5,柱塞杆便上升或下降，上托盘1也随之上下移动。该装置不用液压机构，结构简单，容易维修保养。
4 C型中心机构 4.1 基本机构
由德国赫伯特（Herbert）公司首创的C型中心机构，目前用在液压轮胎硫化机上，它有两种形式，H型和K型，如图6所示。H型的中心机构由2个囊井油缸，一个同轴线的中心油缸，一个环座和一个囊筒相联接，推动囊筒作上、下运动，中心油缸和环座可一起装入囊筒中，中心油缸实际上由同轴线的下环油缸和上环油缸组成。下环油缸的缸体与囊筒相连，其活塞杆与环座相连接，因而环座可作相对囊筒上、下运动，上环油缸的缸体就是下环油缸的活塞杆，因而上环油缸的活塞杆可相对环座上、下运动，安装胶囊的下夹盘装在环座上，上夹盘装在上环油缸的活塞杆上。这种中心机构的特点是托胎运动平稳，对中性好，结构紧凑，可按不同的工艺要求硫化不同规格的子午胎和斜交胎。
K型中心机构由2个囊井油缸，一个三位油缸，一个环座和一个囊筒等组成，囊井油缸的活塞杆与囊井底板联接，其缸体与硫化机底座固联不动，以推动囊筒作上、下运动。三位油缸和环座可一起装入囊筒中，三位中心油缸控制胶囊的三个位置：①胶囊收入囊筒（此时三位油缸中腔进油，上腔通入压力油后，带压力保持）：②硫化位置（此时三位油缸下腔进油，上腔继续压力保持）：③更换胶囊位置（此时三位油缸下腔进油，上腔卸荷回油）。
这种中心机构的特点是上、下夹盘不能作相对运动，硫化不同规格轮胎时，定型套筒的长短要改变，只能硫化子午胎。
4.2 工作原理
此中心机构的胶囊上端和下端都开口，上口小于下口，用上下夹盘分别固定，当中心机构处于预定型状态时，三位油缸下腔进油，推动胶囊上、下夹盘上升，此时上夹盘上部的圆轴插入装胎机械手中心定位套中，保证了上夹盘的对中性和稳定性，在这个过程中，胶囊从中部以中间展开的方式"翻"靠胎胚，随着预定型蒸汽的逐渐进入，胶囊均匀的舒展在胎胚内腔中，当预定型结束开始定型时，随着上模合下，上夹盘上端斜面与活络模连接盘斜面相配合，上夹盘的对中性更好。当硫化结束，三位油缸控制胶囊收入囊筒中，开模后，囊筒上升，上钢圈推动轮胎上升，配合卸胎机构卸下硫化好的轮胎。
4.3 结构改进
C型中心机构的优点是胎胚的对中性和稳定性较好，胶囊寿命长，胶囊与生胎之间的残留空气容易排出，缺点是更换胶囊较困难。按结构原理来分类，日本三菱公司的阳B型和美国NRM公司的中心展开型应是C型中心机构的改进型，RB在原C型基础上增加了一个更换胶囊的油缸，中心展开型在C型基础上增加了一个下夹盘的升降动作。1994年，由北京橡胶工业研究设计院设计，广东省湛江机械厂制造的55″轮胎定型硫化机，采用了C型中心机构，这是国内第一次在机械式硫化机上采用C型中心机构。该机虽然成功硫化出全钢丝载重子午线轮胎，但由于设计上的欠缺存在不少问题，针对这些问题，湖北东风轮胎厂的工程技术人员作了改进，把C型中心机构成功的应用在40.5″机械式硫化机上。此机的特点是，其操纵动力无需专用的液压站提供高压油，而是利用动力水和压缩空气，来完成C型中心机构的动作要求（此种C型中心机构属于上面所述的H型）。这是国内对硫化机中心机构的第一次比较成功的研究，但改进后的C型中心机构比较复杂。容易发生故障。
硫化机上的中心机构是用来控制胶囊的动作。假如像无内胎轮胎一样，硫化时，内压介质（过热水、蒸汽、或氮气）直接通入胚胎内，不要胶囊，这样就不需要中心机构，此时就叫密封装置，这种结构将来也是可以实现的。
