全自動輪胎胎面供料系統(tǒng)的開發(fā)

馬 鎮(zhèn)

（北京航空制造工程研究所，北京 100024）

胎面是輪胎的主要工作部件，胎面直接與路面接觸，保護胎體簾布層和緩沖層免受刺傷和直接沖擊，提高輪胎與路面的附著力，通過胎面花紋傳遞牽引力、轉(zhuǎn)向力和制動力[1]。胎面供料架是輪胎成型機的重要組成部分，擠出胎面通過其到達成型機，完成貼合。胎面供料架的供料精度直接影響整個輪胎質(zhì)量，而供料效率則直接影響輪胎，尤其是全鋼載重子午線輪胎（緩沖層較多，貼合時間較長）成型速度，高效的胎面供料架能使成型機工作效率大幅提高[2-3]。

1 胎面供料架現(xiàn)狀

全鋼載重子午線輪胎成型機的胎面供料架一般在帶束層貼合鼓前方，其作用是輔助胎面在帶束層貼合鼓上完成一周纏繞，使胎面與帶束層緊密貼合，并具有導(dǎo)向?qū)χ械墓δ?，使胎面在纏繞時不會移動，實現(xiàn)中心對稱[4-5]。目前我國胎面供料架多為手動胎面供料架，如圖1所示。手動供料架具有成本低、維護方便等特點，但是需要人工將胎面放置到胎面供料架上，勞動強度大，在搬運時對膠料的損壞也較大。

圖1 手動胎面供料架示意

2 手動胎面供料架存在的問題

2.1 工作量大

手動胎面供料架需要操作人員將擠出胎面從存儲料車上搬運到供料架上，并要求將胎面頭部送入定中通道中。1條全鋼載重子午線輪胎胎面質(zhì)量約30 kg，對1臺班產(chǎn)量100條全鋼載重子午線輪胎的成型機而言，不計更換存儲料車的工作量，1個操作工1天要搬運約3000 kg胎面。高強度的勞動使輪胎企業(yè)的人工成本居高不下，操作人員的流動性也非常大。

2.2 胎面變形

與輪胎其他部件相比，胎面體積和質(zhì)量都較大。胎面橫截面一般呈梯形，厚度約30 mm，寬度約380 mm，長度2800～3600 mm。由于胎面是一整塊膠料，質(zhì)地相對較軟，在搬運過程中會產(chǎn)生不均勻變形，影響成品輪胎的動平衡。此外，胎面兩側(cè)薄片在存儲時易發(fā)生卷曲，粘附的灰塵也會影響膠料的粘合。

2.3 胎面收縮

胎面沒有骨架材料，在長度方向上很容易收縮。胎面收縮量與停放時間、溫度和濕度有一定關(guān)系，即使是同一批次的胎面，由于貼合時間不同，胎面的收縮量也不盡相同。本工作隨機抽取8條胎面，胎面長度收縮量與停放時間的關(guān)系見表1。從表1可以看出，胎面長度的擠出誤差不大于1 mm，但停放一段時間后，胎面長度收縮量達到幾十毫米，各條胎面長度相差較大。

表1 胎面停放時間對長度收縮量的影響 mm

如果胎面長度過小，會造成成型時接頭困難，拉伸時靠近接頭部位的膠料變薄，導(dǎo)致硫化后出現(xiàn)基部膠不足或胎里凹痕，輪胎使用時會產(chǎn)生脈動現(xiàn)象；如果胎面長度過大，靠近接頭部位的膠料凸起，成型時壓合不實，易夾雜空氣，造成輪胎使用時胎面脫層或帶束層變形[6]。

3 自動胎面供料系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 胎面庫存儲單元

胎面庫存儲單元的設(shè)計應(yīng)考慮2個因素：一是大容量，確保換班次數(shù)不大于2次；二是料車不需接電源和氣源，可快捷更換。根據(jù)這2個要求，本工作設(shè)計了箱式胎面庫存儲單元，如圖2所示。圖2中的胎面庫長4 m，寬1.6 m，高2.5 m，按照胎面最大規(guī)格設(shè)計，每個存儲單元能同時放置60條胎面（每層4條，共15層）。

圖2 箱式胎面存儲單元示意

3.2 胎面導(dǎo)出機構(gòu)

由于胎面庫存儲單元沒有動力，所以必須有一個既可以平移，又可以升降的導(dǎo)出機構(gòu)，能將放置在胎面庫中的胎面導(dǎo)出來。由于胎面庫的體積和質(zhì)量都較大，本工作將導(dǎo)出動作拆分，設(shè)計了胎面庫升降機構(gòu)，如圖3所示。

圖3 胎面庫升降機構(gòu)示意

胎面庫升降機構(gòu)共有3個工位，等待位、工作位、卸車位。一個胎面庫在使用的同時，另一輛滿載的胎面庫已經(jīng)在等待位等待進入了，等待位和工作位有2排滾道，車輛可以自行從等待位進入工作位。工作位和卸車位之間由移動吊車連接，用完的胎面庫能被自動勾起，移至卸車位。這樣能最大程度縮短換車時間，且不需要人工操作。電機帶動4根鏈條驅(qū)動胎面庫的升降，升降平臺上增加了1個編碼器，可定位胎面庫的位置。

除實現(xiàn)胎面庫的升降外，本工作還增加了一個可水平移動的胎面導(dǎo)出排輥，如圖4所示。導(dǎo)出排輥可以整體沿軸向水平移動，以取不同位置的胎面。因為胎面在胎面庫中的存放位置相對固定，所以排輥的4個取料位置也是固定的。本工作用1個普通電機加4個接近開關(guān)完成4個位置的定位。取料時，排輥從胎面庫的空檔進入，通過胎面庫的升降，將單條胎面放置在排輥上，排輥再在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，將胎面導(dǎo)出。

圖4 胎面導(dǎo)出排輥示意

3.3 胎面貼合機構(gòu)

胎面貼合模板是我公司比較成熟的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的胎面貼合模板需要人工上料，然后人工將胎面送入定中裝置，定中裝置的寬度由絲杠調(diào)節(jié)，可直接按輪胎生產(chǎn)工藝要求調(diào)整到位。定中裝置的寬度與胎面寬度一致。

自動胎面供料系統(tǒng)自動向模板供料，如果仍采用絲杠調(diào)節(jié)方式，一旦料頭在進入定中通道時發(fā)生偏移，輕則輸送裝置打滑，進入不了定中通道，重則產(chǎn)生堆料現(xiàn)象，損壞設(shè)備。所以本工作采用氣缸控制的浮動定中裝置，如圖5所示。該裝置通過一個氣缸控制定中裝置的開與合，并通過氣壓控制加緊的力度。在胎面進入定中通道之前，定中裝置處于張開狀態(tài)，等物料進入定中通道后，由傳感器控制，定中裝置夾緊，完成定中。

圖5 氣缸控制的浮動定中裝置示意

考慮到胎面在放置過程中會產(chǎn)生收縮，本工作在胎面庫和貼合模板之間增加了一個測量用的輸送帶。輸送帶由編碼器和電容開關(guān)控制，編碼器與輸送帶的主動軸連接，測量輸送距離，電容開關(guān)可提供測量的始末點。通過測量裝置，可以得到每條胎面的實際長度。在貼合模板最前端，設(shè)計了一個氣缸控制的前部壓輪。設(shè)置前部壓輪有2個目的，一個是使胎面與帶束層緊密貼合，避免擠出胎面與帶束層貼合時夾雜氣泡；二是均勻滾壓胎面，使胎面均勻變長。由于每條胎面的長度不一樣，所以氣缸也不能通過手動調(diào)壓閥調(diào)節(jié)。本工作加了一個比例閥，將測量的胎面長度輸入可編程邏輯控制器（PLC），PLC給比例閥一個信號，用不同的氣缸壓力進行壓合，可以使胎面貼合后首尾相接。

影響胎面收縮量的因素有很多，胎面現(xiàn)場的使用情況也比較復(fù)雜，所以即使有準(zhǔn)確的胎面測量裝置，也很難通過公式計算出氣缸的壓力，現(xiàn)場只能通過反復(fù)測量輸入胎面和輸出胎面的長度，形成階梯變化的氣缸壓力。氣缸壓力與胎面長度差接近線性關(guān)系，如圖6所示。

圖6 氣缸壓力與胎面長度差的關(guān)系

4 結(jié)語

全自動胎面供料系統(tǒng)使胎面的進料、定中、貼合完全實現(xiàn)自動化，并在設(shè)計上盡量減少對現(xiàn)有成型機結(jié)構(gòu)的更改，與現(xiàn)有成型機具有一定的兼容性。使該系統(tǒng)既可以隨成型機整體出售，又可以通過對現(xiàn)有成型機進行改造而實現(xiàn)配合使用。我公司全自動胎面供料系統(tǒng)自2014年5月正式投入使用以來，胎面損壞量明顯降低，輪胎次品率從3%降低到0.5%，勞動強度大幅下降，操作人員減少。