پروسه تولید تایر (1)

تایرهای امروزی نتیجه تلاش‌ها و اختراع رابرت تامسون و جان دانلوپ هستند، حالا سال‌ها بعد از ثبت این اختراع، تایرها چگونه تولید می‌شوند؟ در این نوشته پروسه تولید تایر را دنبال می‌کنیم.

مواد اولیه

اصلی ترین عنصر مورد استفاده در ساخت تایر، لاستیک است. این ماده به دو گونه طبیعی و مصنوعی در دسترس است. لاستیک طبیعی از شیره درخت کائوچو با نام علمی هیوآ برازیلین سیس به دست می‌آید. البته باید توجه داشت که لاستیک طبیعی از بیش از دویست گونه گیاهی به دست می آید، اما تنها چند مورد از آنها همچون درخت هیوآ برازیلین سیس که در برزیل، هند، مالزی و مالایا، آسیای جنوبی و جنوب شرقی و آفریقای غربی و همچنین درخت گوتاپرچا، که در تایلند و تایوان و شمال استرالیا رشدمی کنند، کاربرد تجاری دارند. بیش از ٩٩ درصد از لاستیک طبیعی جهان از این منابع تأمین می‌شود. از دیگر منابع طبیعی لاستیک نیز می توان به درخت لاستیک پاناما و لاستیکانجیر اشاره کرد. برای استحصال لاتکس، ابتدا پوست درخت را به گونه ای برمی دارند که شیره درخت در فنجان هایکوچکی جمع شود. فنجان ها باید مرتباً تخلیه و جمع آوری شوند تا از فساد یا آلودگی شیره جلوگیری شود. سپس، شیره درخت به محل جمع آوری منتقل و در آنجا پس از صاف شدن با افزودن آمونیاک محافظت می شود. لاستیک از طریق فرایندی موسوم به انعقاد جدا می شود. این کار با افزودن اسیدها و نمک های متنوع انجام می شود. در طول انجام این عمل، لاستیک به شکل یک توده سفید خمیری از مایع جدا می شود و پس از آن بااستفاده از غلتک به شکل ورقه ای درمی آید و نهایتاً خشک می شود. روش جدیدتر این است که با استفاده از تیغه هایی دوار یا اعمال برش بین دو غلتکی که با سرعت متفاوت می چرخند، شیره منعقدشده را به دانه تبدیل می کنند. سپس دانه ها برای چند ساعت در خشک کن های مخصوص خشک می شوند. این عمل در روش قدیمی که از هوا یا دود چوب برای خشک کردن استفاده می شد، چند روز طول می کشید.

نحوه جمع آوری شیره درخت کائوچو. این ماده برای تولید لاستیک طبیعی مورد استفاده قرار می گیرد

به منظور آماده سازی لاستیک خام مورد استفاده در ساخت تایر، ابتدا باید شیره درخت را با مواد شیمیایی ترکیب کرد تا مخلوطی سفت و جامد به دست آید. سپس لاستیک خام تح تفشار در دستگاه مخصوصی قرار می گیرد تا همگن و خشک شود. پس از آن به صورت ورقه ای درمی آید و در اتاق دود خشک می شود. ورقه های آماده شده به صورت عدل هایی حجیم درمی آیند و به کارخانه های تایرسازی منتقل می شوند. لاستیک مصنوعی اما از پلیمرهای نفت خام حاصل می شود. دوده از دیگر مواد اولیه موجود در تایر است . دوده نوعی پودر نرم حاصل از احتراق ناقص نفت خام یا گاز طبیعی است. چون در ساخت تایر به حجم قابل توجهی دوده نیاز است، در کارخانجات تولید تایر سیلوهای بزرگی به منظور انبارش دوده، در نزدیکی خطوط تولید جانمایی می شود. از دیگر عناصر مورد استفاده در ساخت تایر، گوگرد است. باترکیب مواد شیمیایی خاص با لاستیک خام آمیزه هایی حاصل می شود که در دسته ای از تایرها، با وجود عمر کم، خصوصیاتی چون اصطکاک و چسبندگی بالا ایجاد می کنند. چنین تایرهایی اساساً برای خودروهای مسابقه مناسب اند. این در حالی است که در دسته ای دیگر از تایرها، با وجود عمر زیاد، ویژگی هایی چون اصطکاک و چسبندگی کم ایجاد می شود. معمولاً از این دسته از تایرها در خودروهای مسافری استفاده می شود. برخی دیگر از افزودنی های شیمیایی، در عین حال که فرم و شکل ظاهری تایر را حفظ می کنند، خاصیت انعطاف پذیری آن را نیز افزایش می دهند. دسته ای دیگر از افزودنی ها نیز از لاستیک در برابر. تابش فرابنفش نور خورشید محفاظت می کنند.

فرایند طراحی

اجزای اصلی تایر یک خودرو مسافری شامل رویه یا آج ، بدنه،دیواره ها و طوقه ها است. در شکل نمایی از اجزای تشکیل دهنده یک تایر نمایش داده شده است. همان گونه که مشاهده می شود، رویه یا آج اصطلاحاً به بخشی از تایر گفته می شود که شامل الگوهایی برجسته و شیارهایی خاص است و در تماس مستقیم با جاده قرار دارد. مجموعه لایه های بدنه نیز تکیه گاه آج لاستیک هستند که فرم کلی تایر را حفظ می کنند .طوقه ها نیز مفتول هایی فلزی اند که توسط توده ای از لاستیک پوشیده شده اند و نقش اصلی آنها نگه داشتن تایر در رینگ وحفظ هم مرکزی آنهاست. امروزه فناوری روز، خصوصاً دانش کامپیوتر، نقش بسزای در طراحی انواع تایر تایر ایفا می کنند .بسته های نرم افزاری پیشرفته با انجام پیچیده ترین محاسبات مهندسان را قادر ساخته اند تا عملکرد آج و بخش های متنوع تایر را به راحتی شبیه سازی و نتایج سال ها آزمایش و فعالیت عملی رادر کوتاه ترین زمان ممکن مشاهده کنند. این بسته های نرم افزاری قابلیت ایجاد مدلی سه بعدی از تایر را دارند و آثار ناشی از تنش ها و کشش های گوناگون را در نمونه طراحی شده محاسبه می کنند. شبیه سازی کامپیوتری هزینه اولیه طراحی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد؛ زیرا از این طریق موانع پیش روی طرح اولیه تایر پیش از اینکه نمونه ای واقعی از آن ساخته و آزمایش شود، قابل مشاهده و تحلیل است. همچنین به منظور تست آج و بدنه تایر، کامپیوترها قادر به شبیه سازی و تجزیه و تحلیل آثار ناشی از ترکیبات مختلف اجزای تایر هستند.بر این اساس، در اجزای گوناگون تایر خودروهای امروزی،ممکن است بیش از بیست نوع لاستیک استفاده شود. به عنوان مثال در قسمت آج ممکن است لاستیکی استفاده شود که دارای کشش خوب در مناطق آب و هوایی سرد باشد. همچنین از لاستیکی که دارای صلبیت بهتری است در دیواره های تایر استفاده شود. پس از اینکه مهندسان از لحاظ نظری نتایج حاصل از داده های کامپیوتری طرح را تأئید نمودند، کارشناسان ساخت و تولید همراه با طراحان، نمونه های اولیه را می سازند.

چنانچه نمونه ها مورد تأئید باشد، کارخانجات تایرسازی تولیدانبوه محصول جدید را آغاز خواهند نمود

تاریخچه ابداع و روند روبه رشد صنعت تولید تایر مصداق بارز این حقیقت است که اختراعات و اکتشافات در حوزه ای خاص از صنعت می تواند سبب ایجاد تحولاتی چشم گیر و شگرف در دیگر صنایع شود. به عنوان مثال، جهش سریع صنعت خودروسازی در اوائل قرن بیستم موجب انقلابی عظیم در صنعت تولید تایر در ایالات متحده امریکا شد. تا پیش ازاین؛ یعنی در اواخر قرن نوزدهم، صنعت تولید لاستیک در خدمت صنایع کوچکی چون تولید کفش، لاستیک دوچرخه و تایر انواع کالسکه و درشکه بود. درست از زمان زبانه کشیدن شعله های آتش جنگ جهانی اول بود که لاستیک و تایر انواع خودرو تقریباً برای عموم مردم شناخته شد. در سال ١٩٠١ م،٧٠٠0 دستگاه خودرو به بازار عرضه شد، تعداد ٢٨٠٠٠ حلقه تایر نیز به عنوان جزء اصلی این خودروها به فروش رسید. همچنین٦٨٠٠٠ حلقه تایر به عنوان زاپاس روانه بازار مصرف شد. به همین روال تا سال ١٩١٨ م، ٥٠ درصد از لاستیک های موجوددر بازار فروخته شد. پس از آن با فروش ١٠٠٠٠٠٠ خودروجدید، ٤٠٠٠٠٠٠ حلقه تایر ساخته شد و رفته رفته تولید افزایش 24 میلیون حلقه / یافت تا اینکه صنعت تایرسازی رکورد تولید ٥ تایر را نیز در آن زمان تجربه کرد.  این رشد چشم گیر تولیدات با ظهور بزرگان صنعت تایرسازی، که امروز با نام هایگودییر ٤٢ ، گودریچ ٤٣ و فایرستون ٤٤ شناخته می شوند، همراه شد که مرکز اصلی فعالیت آنها در شهر آکرن ٤٥، واقع در ایالتاهایو ٤٦ قرار گرفته است. درست است که امروزه میزان اشتغالدر صنعت تولید تایر افزایش یافته است، اما این فناوری بود که سبب رشد تولید شد.

در اوائل سال ۱۹۵۰ م، میشلن تایر رادیالی معرفی نمود که توسط گری و اسلوپر در سال ۱۹۱۳ م ثبت اختراع شده بود  ۳در این تایر رادیال دسته ای از سیم ها به شکل خاصی چیدمان شده بودند که تقریباً به صورت موازی با محیط تایر قرار گرفته ویک کمربند پیرامون آن را تشکیل می داد. این ساختار خاص سبب می شد تا کشش خطی تایر در راستای محیطی آن به بیشینه مقدار ممکن برسد و لذا مقاومت بیشتری در اعوجاج وپیچش های جانبی تایر به هنگام دور زدن پدید می آمد.

به عنوان مثال، یکی از اساسی ترین نوآوری ها، مکانیزه نمودنفرایند ساخت بدنه تایر بود. تا قبل از سال ١٩١٠ م، اکثر فرایندهای ساخت تایر، همچون کشش لاستیک، چسب زنی لایه ها، دوخت لایه ها و نصب مفتول های طوقه روی بدنه

به صورت دستی انجام می شد، تا اینکه در سال ١٩٠٩ م یکی ازکارخانه های گروه گودییر دستگاهی موسوم به دستگاه ساخت تایر ساخت که با چیدمان اجزای گوناگون تایر، لایه ها، طوقه هاو لاستیک آج، امکان مونتاژ این اجزاء را برای اپراتور فراهم وکشش مورد نیاز جهت ثابت کردن آنها با استفاده از الکتروموتورهای تعبیه شده در دستگاه را ممکن می نمود. لذادر این حالت اپراتور با سهولت و دقت بیشتری فرایندچسب کاری و دوخت لایه ها را انجام می داد. با وجود دستگاه مونتاژ تایر، اهمیت مهارت و چابکی اپراتور در این فرایند هنوزپابرجا بود، لذا این دستگاه عملیات را برای اپراتور آسان تر نمود و نرخ تولید را به صورت چشمگیری افزایش داد، به طوری که اپراتور می توانست تولید خود را از شش تا هشت حلقه در روز به بیست تا چهل حلقه، بسته به نوع آن، برساند.

در مقاله بعدی پروسه تولید تایر را پی می‌گیریم.

منبع: مقاله «تایر سبز؛ راه کاری مفید جهت کاهش پیامدهای زیست محیطی صنعت تولید تایر» به کوشش محمد اسدزاده و رضا جواهری منتشر شده در مجله علمی ترویجی انجمن مهندسان مکانیک ایران