200 t四立柱輪胎硫化機(jī)裝模機(jī)械手的研制

徐東海

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265406）

1 目前四立柱輪胎硫化機(jī)存在的問題

四立柱硫化機(jī)是一種傳統(tǒng)的柱式機(jī)構(gòu)、以液壓為動(dòng)力的硫化設(shè)備，由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊并實(shí)現(xiàn)多層硫化的功能，因此在橡膠行業(yè)應(yīng)用很廣。普通四立柱硫化機(jī)主要有：四立柱平板硫化機(jī)、四立柱墊帶硫化機(jī)、四立柱膠囊硫化機(jī)、四立柱輪胎硫化機(jī)等。其中四立柱平板硫化機(jī)在橡膠行業(yè)應(yīng)用最廣、發(fā)展也最快，目前有些平板硫化機(jī)已實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制，還有的采用機(jī)械手裝卸模。但用于外胎生產(chǎn)的四立柱輪胎硫化機(jī)卻截然不同，由于存在水胎硫化能耗高的制約，其發(fā)展前景受限，已被當(dāng)今自動(dòng)定型液壓硫化機(jī)所取代，因此對(duì)其進(jìn)行的研究越來越少。

雖然四立柱輪胎硫化機(jī)有自動(dòng)化程度低、能耗高的缺點(diǎn)，但由于其具有占地面積小、多模硫化產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，仍有部分老的輪胎生產(chǎn)線還在繼續(xù)使用。從操作的角度講，四立柱輪胎硫化機(jī)的最大缺點(diǎn)是沒有機(jī)械手，完全靠人工裝卸模，從而導(dǎo)致硫化工勞動(dòng)強(qiáng)度大，尤其是200 t四立柱硫化機(jī)在生產(chǎn)508 mm（20英寸）以上的大規(guī)格輪胎時(shí)，這一缺點(diǎn)顯得尤為突出。由于有的胎坯加上水胎質(zhì)量高達(dá)120 kg，硫化時(shí)工人要將其抱放到1 m多高的硫化機(jī)下模上，每班要硫化很多輪胎，其勞動(dòng)強(qiáng)度之大可想而知，而且稍有不慎很容易扭傷腰部。為了減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，研制四立柱硫化機(jī)裝模機(jī)械手成了當(dāng)務(wù)之急。

2 四立柱輪胎硫化機(jī)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與安裝

硫化機(jī)機(jī)械手是四立柱輪胎硫化機(jī)發(fā)展為自動(dòng)定型輪胎硫化機(jī)的先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)物，是自動(dòng)定型輪胎硫化機(jī)必不可少的部件，擔(dān)負(fù)自動(dòng)裝模和卸胎任務(wù)。硫化機(jī)機(jī)械手的誕生不但大大降低了硫化工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)硫化機(jī)自動(dòng)化，此外還提高了輪胎硫化質(zhì)量，消除了手工裝模存在的質(zhì)量隱患。

自動(dòng)定型輪胎硫化機(jī)機(jī)械手工作原理是操作者將生胎放在存胎器的生胎位，機(jī)械手裝置接受PLC抓取生胎的信息后將機(jī)械爪降至生胎上方，收縮的機(jī)械手卡爪伸入生胎內(nèi)，機(jī)械手卡爪張開并接觸到生胎，抓起生胎上升，升至上端位置，然后旋轉(zhuǎn)到硫化點(diǎn)，生胎正好位于模具上方，機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)，將生胎放置在下模中的下鋼圈上，當(dāng)一次定型蒸汽達(dá)到預(yù)定的壓力值時(shí)，機(jī)械手卡爪收縮并向上運(yùn)動(dòng)，上升至端點(diǎn)然后轉(zhuǎn)出至存胎器的生胎位上方，開始準(zhǔn)備下一次動(dòng)作的循環(huán)[1]。

四立柱輪胎硫化機(jī)與自動(dòng)定型硫化機(jī)的差別之一就是它沒有機(jī)械手，因此考慮把自動(dòng)定型硫化機(jī)的機(jī)械手安裝在四立柱輪胎硫化機(jī)上。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)四立柱輪胎硫化機(jī)空間高度很小，放上最大的胎坯后剩下的可用于安裝機(jī)械手的空間高度只有200 mm左右。如果照搬自動(dòng)定型硫化機(jī)機(jī)械手，這個(gè)高度顯然不夠，除非將硫化機(jī)的四根立柱加長(zhǎng)，但換了立柱后油缸也要跟著換，這相當(dāng)于購買一臺(tái)新設(shè)備，這種方案肯定行不通。如何改變?cè)O(shè)備原有結(jié)構(gòu)、利用有限的空間增加機(jī)械手成了研究關(guān)鍵。

根據(jù)自動(dòng)定型輪胎硫化機(jī)機(jī)械手的工作原理和設(shè)計(jì)理念，利用多年積累的輪胎生產(chǎn)實(shí)踐和機(jī)械設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，最后確定用3個(gè)水平方向呈Y型分布的氣缸臥放在胎坯內(nèi)，通過氣缸帶動(dòng)爪片撐胎圈抓胎的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)機(jī)械手高度只有100 mm多，完全能滿足硫化機(jī)內(nèi)空間小的要求，又利用硫化機(jī)四根立柱中的一根作為滑道，將抓胎機(jī)械手安裝到立柱上并增加胎坯升降氣缸和轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸，以上三大主要部件構(gòu)成一套完整的裝模機(jī)械手，完成胎坯的自動(dòng)抓取、上升、轉(zhuǎn)入和卸胎動(dòng)作，取代人工裝模。機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 200 t四立柱硫化機(jī)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意

圖1中3個(gè)水平方向呈Y型分布的抓胎氣缸（6）均稱地安裝在六角形抓胎氣缸支架（5）上，每個(gè)抓胎氣缸通過關(guān)節(jié)軸承（8）與滑塊（4）連接起來。滑塊上安有爪片（7），方管狀的滑塊套在方管滑道（3）上。3個(gè)方管滑道呈Y型均布焊在抓胎氣缸支架上，其中較長(zhǎng)的方管滑道還兼做機(jī)械手支臂。機(jī)械手支臂后端焊有兩瓣?duì)畹牧⒅?），套在四根立柱中前面的一根立柱上，立柱滑座內(nèi)部鑲有銅襯套，機(jī)械手可以沿立柱上下滑動(dòng)。立柱滑座和銅襯套均設(shè)計(jì)為兩瓣式結(jié)構(gòu)，目的是安裝方便，安裝時(shí)不必拆卸立柱即可完成。

以上部件組合起來構(gòu)成抓胎機(jī)械手。其工作原理為：當(dāng)抓取胎坯時(shí)，抓胎氣缸桿帶動(dòng)滑塊和爪片沿著方管滑道由內(nèi)往外撐胎坯，伸出后的爪片牢牢卡住胎坯胎圈內(nèi)側(cè)、撐住胎坯；當(dāng)需要卸胎時(shí)，抓胎氣缸帶動(dòng)滑塊和爪片回縮，爪片與胎坯內(nèi)圈脫開、卸胎坯。爪片座設(shè)有多排螺栓固定孔，通過選擇爪片座與滑塊不同的安裝位置來調(diào)整爪片伸出的長(zhǎng)度，以適合不同規(guī)格輪胎的胎圈直徑要求，改善胎坯抓取效果。

此抓胎機(jī)械手又與胎坯升降氣缸（10）、胎坯轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸（12）和支撐托盤（9）及轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸支座（11）組合，構(gòu)成一套完整的裝模機(jī)械手，完成自動(dòng)裝模動(dòng)作。其中胎坯升降氣缸負(fù)責(zé)將胎坯提起，胎坯轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸負(fù)責(zé)將抓起后的胎坯旋入到下模中并準(zhǔn)確定位 ，胎坯旋入角度為60°。

由于此抓胎機(jī)械手抓胎氣缸的獨(dú)特布置，充分利用胎圈和方管滑道的內(nèi)部空間，使得整套機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小，充分滿足了四立柱硫化機(jī)模具內(nèi)上下空間狹小的要求，又利用四根立柱中的一根作為滑道，不改變?cè)O(shè)備原有結(jié)構(gòu)的情況下增加了裝模機(jī)械手，既縮短了改造工期，又降低了改造成本。

改造實(shí)施步驟如下。

（1）在六棱形抓胎氣缸支座上焊接3個(gè)呈Y形分布的方管滑道。

（2）安裝3個(gè)抓胎氣缸并通過關(guān)節(jié)軸承與滑塊及爪片相連。

（3）將四立柱硫化機(jī)的其中一個(gè)立柱拋光后作為機(jī)械手上下升降的滑道。將兩瓣?duì)盍⒅鶎?dǎo)套座套在立柱上與機(jī)械手支臂焊接在一起，并安裝兩瓣?duì)钽~制襯套。

（4）安裝機(jī)械手升降氣缸和支撐托盤，并在托盤上面安裝2套左右對(duì)稱布置的軸承支撐。

（5）安裝轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸及其支架。

（6）安裝電氣控制系統(tǒng)。

操作步驟如下：裝模前，硫化工拉來放有待硫化胎坯可360°旋轉(zhuǎn)的專用小車，往胎坯內(nèi)塞入水胎并插上嘴子桿，把胎坯中心位置與機(jī)械手中心位置對(duì)正（見圖1中機(jī)械手旋入前位置），并使嘴子桿角度位置與模具對(duì)應(yīng)位置提前對(duì)好。然后，按順序按下操作盤上的控制按鈕，自動(dòng)完成以下機(jī)械手裝模動(dòng)作：機(jī)械手下降→爪片張開撐住胎坯→胎坯升起→胎坯轉(zhuǎn)入→爪片合攏、胎坯落?！鷻C(jī)械手轉(zhuǎn)出→胎坯位置檢查→定型硫化。

3 運(yùn)行效果

根據(jù)多年積累的工作經(jīng)驗(yàn)，在不改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，利用設(shè)備有效的安裝空間，成功研制了200 t四立柱輪胎硫化機(jī)機(jī)械手并實(shí)施改造，最終解決了生產(chǎn)508 mm以上大規(guī)格輪胎裝模難問題，大大減輕了硫化工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了四立柱輪胎硫化機(jī)自動(dòng)化水平。該項(xiàng)新技術(shù)在我公司使用已超過3年，運(yùn)行效果良好，機(jī)械手抓胎牢固、不掉胎，操作方便、省時(shí)省力。