橡膠氣囊纏繞機(jī)設(shè)計(jì)

田建德，劉保權(quán)，馬美琴

（衡水橡膠股份有限公司，河北　衡水　053000）

橡膠氣囊纏繞機(jī)設(shè)計(jì)

田建德，劉保權(quán)，馬美琴

（衡水橡膠股份有限公司，河北衡水053000）

根據(jù)橡膠氣囊結(jié)構(gòu)，以纖維纏繞理論為基礎(chǔ)，分析設(shè)計(jì)氣囊纏繞加工工藝，并完成基于嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的高精度纖維纏繞控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的加工工藝以纖維纏繞理論為依據(jù)，以氣囊模型為基礎(chǔ)，分析運(yùn)動(dòng)軌跡，完成纏繞工藝的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的硬件控制系統(tǒng)以MC405多軸嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器為核心，采用伺服控制技術(shù)，控制4個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，最后通過纏繞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。

橡膠氣囊；纖維纏繞；纏繞機(jī)

橡膠氣囊由于其具有成本低，使用方便，可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于運(yùn)輸，建筑，船舶下水等領(lǐng)域[1]，目前，橡膠氣囊主要采用鋪放工藝[2]，通過手動(dòng)或半自動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)成型加工，這種成型方式不僅效率低、精度低，而且加工產(chǎn)品質(zhì)量差，合格率低。本文以纖維纏繞理論[3]為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)纏繞成型工藝，并根據(jù)成型工藝研發(fā)基于MC405嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的橡膠氣囊纏繞機(jī)設(shè)備采用多軸聯(lián)動(dòng)的控制方式加工精度高、速度快、自動(dòng)化程度高，可滿足實(shí)際加工需求。

1　纏繞工藝及線性設(shè)計(jì)

1.1橡膠氣囊模型分析

橡膠芯模采用斷裂強(qiáng)度較大的多層錦綸浸膠簾子布作為骨架材料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　氣囊模型示意圖

1.2軌跡規(guī)劃

由氣囊分解的三部分可知，圓柱段的囊體部分可采用等纏繞角的加工方式，兩側(cè)圓錐段（含囊咀停留部分）可采用變纏繞角的加工方式，由于氣囊兩側(cè)有圓錐段結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致小車與芯模表面的距離無法在整個(gè)纏繞過程中保持不變，從而影響纏繞角度。所以在設(shè)計(jì)氣囊纏繞工藝時(shí)，在兩側(cè)囊頭段需考慮伸臂因子，通過伸臂調(diào)節(jié)芯模與小車的間距，使出紗點(diǎn)與落紗點(diǎn)的距離保持不變，從而提高纏繞精度，如圖2所示，A點(diǎn)為無伸臂時(shí)的出紗點(diǎn)，B點(diǎn)為有伸臂時(shí)的出紗點(diǎn)，C點(diǎn)為落紗點(diǎn)，α2為無伸臂作用時(shí)落紗點(diǎn)C處纏繞角，α1為有伸臂作用時(shí)落紗點(diǎn)C處纏繞角。

圖2　伸臂對(duì)纏繞角的影響

2　氣囊纏繞機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1氣囊纏繞機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

氣囊纏繞機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體示意圖如圖3所示，氣囊纏繞機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括主軸、小車、伸臂和纏繞頭這四個(gè)部分，系統(tǒng)的主軸部分由安川11 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸沿氣囊芯模的芯軸方向做勻速旋轉(zhuǎn)；系統(tǒng)的小車部分由安川4.4 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，小車沿軌道，并按一定速度，在氣囊芯模一側(cè)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)的伸臂部分由安川1.8 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伸臂部分安裝在小車平臺(tái)上，當(dāng)小車做往復(fù)運(yùn)動(dòng)至氣囊的兩端的囊頭段時(shí)，伸臂沿垂直小車軌道的方向做伸縮運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)的纏繞頭部分由安川450 W電機(jī)驅(qū)動(dòng)，纏繞頭部分安裝在伸臂機(jī)構(gòu)上，當(dāng)伸臂做伸縮運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，纏繞頭沿伸臂伸縮的方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3　纏繞實(shí)驗(yàn)

替換

3.1纏繞實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通過纏繞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。采用單根寬度為4 mm的紗線進(jìn)行纏繞實(shí)驗(yàn)，測(cè)量不同層數(shù)時(shí)紗線在芯模表面鋪開的寬度，以驗(yàn)證纏繞加工的重復(fù)定位精度，表1為各纏繞層時(shí)，同一位置紗線在芯模表面展開的寬度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，橡膠氣囊纏繞機(jī)可實(shí)現(xiàn)氣囊的穩(wěn)定（不滑紗）、高精度（重復(fù)定位精度）的纏繞。

圖3　機(jī)械總體結(jié)構(gòu)圖

表1 各纏繞層展開寬度

4　結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的橡膠氣囊纏繞機(jī)首次將纖維纏繞理論與氣囊成型技術(shù)結(jié)合，采用整體纏繞的方式完成自動(dòng)加工，作為一種新型氣囊加工成型設(shè)備，橡膠氣囊纏繞機(jī)不僅具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力，還具有廣大的發(fā)展前景。

[1] 馮文江，賈德民，郭寶春. 橡膠納米復(fù)合材料的一些新進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào)，2014，15(1)：51~52.

[2] 趙桂英，王忠光. 環(huán)氧樹脂在橡膠中的應(yīng)用概況[J]. 特種橡膠制品，2014，6(11)：87~88.

[3] Wu Shourong. Orientation of Forestry Government Functions in Chinese Construction of Ecological Civilization[A].Proceedings of 2009 International Conference on Public Administration，2014(5).

Design of rubber bladder winding machine

TQ330.4

1009-797X(2015)12-0063-02

B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2015.12.013

田建德（1972-），男，高級(jí)工程師，主要從事化工機(jī)械設(shè)備復(fù)合材料設(shè)計(jì)研究工作。

2015-05-13