成型機(jī)胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)與升級(jí)

蔣志強(qiáng)，王小燕，陳征峰

(1.杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江 杭州 310018；2.費(fèi)斯托（中國(guó)）有限公司，上海 201206)

成型機(jī)胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)與升級(jí)

Improvement and upgrade of tread transforming ring in building machine

蔣志強(qiáng)1，王小燕1，陳征峰2

(1.杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江 杭州 310018；2.費(fèi)斯托（中國(guó)）有限公司，上海 201206)

在全鋼子午線輪胎一次法成型機(jī)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)上，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用FESTO專用鎖緊缸和新型的電動(dòng)缸，來(lái)提高胎面復(fù)合件夾持和傳遞的快速性與準(zhǔn)確性，以便提高輪胎成型質(zhì)量。

全鋼子午線輪胎；成型機(jī)；胎面?zhèn)鬟f環(huán)；專用鎖緊缸；伺服電缸

全鋼子午線輪胎生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對(duì)半成品部件定位精度要求很高。在全鋼子午線輪胎一次法成型機(jī)（以下簡(jiǎn)稱成型機(jī)）的成型工藝中，帶束層和胎面復(fù)合件在帶束層鼓上貼合完畢后，通過胎面?zhèn)鬟f環(huán)運(yùn)送到成型鼓上，進(jìn)行輪胎成型步驟。目前成型機(jī)胎面?zhèn)鬟f環(huán)有兩種結(jié)構(gòu)，本文就此兩種形式的胎面?zhèn)鬟f環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)兩種形式的改進(jìn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

1 采用單氣缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)介紹

在過去國(guó)產(chǎn)的全鋼兩鼓成型機(jī)上，胎面?zhèn)鬟f環(huán)是由一個(gè)氣缸帶動(dòng)12塊夾持塊實(shí)現(xiàn)徑向收縮，每塊夾持塊由連桿擺動(dòng)，12塊夾持塊由連桿串聯(lián)，夾持塊之間由彈簧鋼片連接（如圖1所示）。此結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但是存在著以下缺點(diǎn)：①夾持塊的同心度和垂直度不能單獨(dú)調(diào)節(jié)，夾持時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別夾持塊沒有夾到胎面的情況，在移動(dòng)過程中造成胎面的變形。②夾持塊晃動(dòng)太大，同樣影響胎面復(fù)合件夾持精度。③在調(diào)整成型鼓（或帶束層鼓）同傳遞環(huán)的精度時(shí)，百分表不能打在夾持塊工作面上，只能利用環(huán)體的加工面，這樣調(diào)整的精度達(dá)不到工藝要求，造成胎面復(fù)合件傳遞到成型鼓上時(shí)出現(xiàn)偏差，從而影響輪胎的成型質(zhì)量，同時(shí)對(duì)環(huán)體加工精度也要求很高，此類傳遞環(huán)目前已經(jīng)逐步淘汰。

圖1 老結(jié)構(gòu)胎面?zhèn)鬟f環(huán)示意圖

2 采用鎖緊氣缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)

此結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)最早出現(xiàn)在荷蘭VMI四鼓成型機(jī)上，鎖緊缸采用BOSCH REXROTH產(chǎn)品，此備件價(jià)格昂貴，加上技術(shù)保護(hù)，國(guó)內(nèi)很難買到。近幾年FESTO和SMC相繼推出類似產(chǎn)品，極大的降低了使用成本，目前國(guó)產(chǎn)的三鼓成型機(jī)已經(jīng)大量在使用。新結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)支架上裝有12組（也有6組結(jié)構(gòu)）氣缸，每個(gè)夾持塊由單獨(dú)氣缸控制，以實(shí)現(xiàn)扇形塊的夾緊、松開動(dòng)作（如圖2所示）。傳遞環(huán)的打開直徑通過加減不同厚度的墊塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，以適應(yīng)不同規(guī)格輪胎的需要，傳遞環(huán)在夾持帶束層和胎面組件時(shí)，由氣缸鎖緊裝置定位。夾持塊與成型鼓的同心度和垂直度都可以單獨(dú)調(diào)整，工作時(shí)能保證胎面復(fù)合件保持一定的圓度。此結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)與帶束層鼓、成型鼓同心度可以達(dá)到0.50 mm TIR，垂直度1.00 mm TIR，滿足全鋼成型工藝要求。

圖2 胎面?zhèn)鬟f環(huán)示意圖

由于此類鎖緊缸是利用彈簧力鎖緊，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①?gòu)椈苫貜?fù)力不能保持一致，氣缸到位后的鎖緊時(shí)間有差異，必須給予較長(zhǎng)的鎖緊延時(shí)時(shí)間后才能進(jìn)行下一步工作，影響工作節(jié)拍；②鎖緊打開時(shí)，是利用氣壓力大于彈簧力來(lái)解鎖，由于彈簧力的不一致導(dǎo)致解鎖時(shí)間不一致，會(huì)影響氣缸伸縮速度不同步；③彈簧有疲勞壽命，長(zhǎng)期使用后會(huì)偶爾出現(xiàn)鎖不緊的現(xiàn)象，從而引起傳遞環(huán)與胎面（輔鼓）相撞設(shè)備事故；④鎖緊片（環(huán)）會(huì)磨損，需要利用彈簧的預(yù)留行程來(lái)彌補(bǔ)磨損量，但彈簧的預(yù)留行程不可能過大，待磨損量過大時(shí)，鎖緊缸只能報(bào)廢；⑤鎖緊缸重量較重，多個(gè)鎖緊缸安裝在傳遞環(huán)上使得移動(dòng)質(zhì)量和慣性偏大，影響傳遞環(huán)移動(dòng)時(shí)的加速度。

目前FESTO新推出了針對(duì)成型機(jī)傳遞環(huán)應(yīng)用的新型鎖緊氣缸，結(jié)構(gòu)原理（如圖3所示），鎖緊環(huán)與主氣缸活塞桿偏心放置。鎖緊環(huán)受一雙作用驅(qū)動(dòng)氣缸控制（如圖4所示），當(dāng)鎖緊氣缸活塞由左→右，鎖緊環(huán)將主氣缸活塞桿偏心鎖緊，主氣缸將無(wú)法動(dòng)作；當(dāng)鎖緊氣缸活塞由右→左時(shí)，鎖緊環(huán)將主氣缸活塞桿松開，主氣缸可自由動(dòng)作。

圖3 新結(jié)構(gòu)的鎖緊氣缸示意圖

圖4 新鎖緊缸圖

此鎖緊缸采用氣壓鎖緊，無(wú)彈簧機(jī)構(gòu)，因此前述由于彈簧力不一致，彈簧疲勞壽命等帶來(lái)的一系列延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，不同步問題得到了解決。鎖緊缸閉鎖，開鎖時(shí)間縮短并且一致，整個(gè)傳遞環(huán)等待時(shí)間縮短，可加快運(yùn)行頻率并減少偶發(fā)事故。另外此鎖緊缸具備磨損補(bǔ)償功能，鎖緊環(huán)驅(qū)動(dòng)氣缸有一定的預(yù)留行程。當(dāng)鎖緊環(huán)使用一段時(shí)間后發(fā)生不可避免的磨損時(shí)，鎖緊環(huán)驅(qū)動(dòng)氣缸將運(yùn)行更長(zhǎng)的行程來(lái)補(bǔ)充由于這種磨損帶來(lái)的間隙，使得鎖緊缸的使用壽命延長(zhǎng)。同時(shí)由于取消了彈簧機(jī)構(gòu)和更加緊湊的外形，每個(gè)鎖緊缸的重量減輕了1.2 kg，當(dāng)有12組時(shí)，減少的重量對(duì)減輕移動(dòng)質(zhì)量而言還是較為有利。

由彈簧鎖緊改為氣壓鎖緊優(yōu)點(diǎn)明顯但弊端也顯而易見，當(dāng)出現(xiàn)突然斷氣情況時(shí)氣壓無(wú)法像彈簧一樣提供機(jī)械鎖緊力。對(duì)此我們也在采用氣壓鎖緊改進(jìn)方案前做了謹(jǐn)慎的分析。當(dāng)突發(fā)情況下鎖緊缸仍能保持鎖緊力是為達(dá)到2個(gè)目的：不出現(xiàn)殘次品；不出現(xiàn)安全問題。但是我們分析，當(dāng)整機(jī)突然斷氣時(shí)，只有傳遞環(huán)保持鎖緊狀態(tài)仍然避免不了殘次品的發(fā)生，除非只是傳遞環(huán)一個(gè)工位突然斷氣其余工位不斷氣，但這是微乎其微的概率。關(guān)于安全問題，我們做了實(shí)驗(yàn)，在鎖緊狀態(tài)下突然斷氣，鎖緊缸有一定機(jī)械自鎖力仍然保持，除非用外力加以推動(dòng)，否則胎面復(fù)合件不會(huì)脫落。

此鎖緊缸經(jīng)過一年多的改造使用，達(dá)到了我們預(yù)期的使用效果。夾持可靠，工作節(jié)拍提升，偶發(fā)事故減少，降低了維護(hù)成本。

3 采用伺服電缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)

結(jié)合上述兩種胎面?zhèn)鬟f環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們同廠家進(jìn)行協(xié)作開發(fā)，設(shè)計(jì)了全新結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)。其結(jié)構(gòu)是采用單個(gè)伺服電缸控制傳遞環(huán)夾持塊的張開、閉合，夾持塊采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)（如圖5所示）。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于伺服電缸具有可任意設(shè)定定位點(diǎn)的特點(diǎn)，可在成型機(jī)觸摸屏上預(yù)先輸入相關(guān)參數(shù)（夾持胎面的直徑），更換規(guī)格非常方便，胎面夾持直徑范圍從Φ870～1 280 mm。

（2）可靠性及一致性高：即單缸控制6個(gè)夾持角同時(shí)工作，每個(gè)角采用導(dǎo)軌雙向?qū)蚨ㄎ坏姆绞?，從而解決胎面夾持變形及胎面夾持局部偏移等問題。

圖5 伺服電缸胎面?zhèn)鬟f環(huán)結(jié)構(gòu)

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率及維護(hù)保養(yǎng)成本低：?jiǎn)嗡欧姼卓刂?，由控制器根?jù)配方自動(dòng)調(diào)整電缸行程來(lái)適應(yīng)胎面夾取直徑的變化大小，工作原理簡(jiǎn)單但同時(shí)有效的保證夾取精度，維修和保養(yǎng)成本也將會(huì)大幅下降。

（4）更加節(jié)能和環(huán)保：伺服電缸能源利用率極高，相較于傳統(tǒng)的氣缸產(chǎn)品，其能源利用率可提高10倍。這是因?yàn)闅飧坠ぷ鲿r(shí)首先要利用壓縮機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能，然后再由壓縮空氣能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，兩次能量轉(zhuǎn)化將損耗大量能源；而伺服電缸只需經(jīng)過一次能量轉(zhuǎn)換，即將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因此能源利用率大大提高。

圖6 伺服電缸三維圖

伺服電動(dòng)缸（如圖6、圖7所示）是將伺服電機(jī)與絲桿一體化規(guī)劃的模塊化商品，將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過絲桿轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，一起將伺服電機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速操控、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)數(shù)操控、準(zhǔn)確扭矩操控轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)確速度操控、準(zhǔn)確方位操控、準(zhǔn)確推力操控，完成高精度直線運(yùn)動(dòng)，重復(fù)定位精度可達(dá)0.02 mm。準(zhǔn)確的速度操控，能夠恣意設(shè)定速度波形，完成高速平穩(wěn)無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)，操控精度可達(dá)0.5%；準(zhǔn)確的推力操控，添加推拉力傳感器后操控精度可達(dá)0.05%。易于與PLC、運(yùn)動(dòng)操控器、工控機(jī)等操控系統(tǒng)相連接，完成高精度運(yùn)動(dòng)操控。

圖7 伺服電缸結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)設(shè)備的各個(gè)部件加以精益求精的改進(jìn)是設(shè)備技術(shù)人員的職責(zé)。我們根據(jù)設(shè)備的不同特點(diǎn)加以部件的更新或施以升級(jí)換代的改造，取得了不錯(cuò)的效果。尤其是在當(dāng)前重視能源和環(huán)境的前提下，相較于傳統(tǒng)的氣缸產(chǎn)品，伺服電缸作為一個(gè)新型的機(jī)電一體化產(chǎn)品以省能源、低噪音、環(huán)境性好、低維護(hù)成本和優(yōu)異的控制性和穩(wěn)定性，得到越來(lái)越多的企業(yè)以及科研部門的青睞和認(rèn)可。應(yīng)用電動(dòng)伺服將必然成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

（XS-02）

TQ330.4

：1009-797X(2015)03-0056-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.011

蔣志強(qiáng)（1973-），男，高級(jí)工程師，副總經(jīng)理，主要從事輪胎制造管理和設(shè)備技術(shù)工作。

2014-03-14