OMRON技術(shù)SYSMAC平臺(tái)在摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)的應(yīng)用

江勇

(歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司，上海 200120)

1 設(shè)備概況

輪胎成型機(jī)是制造輪胎胎坯的專用機(jī)械。成型過(guò)程可以看作是外胎各零部件的組裝過(guò)程，它在很大程度上決定著外胎的質(zhì)量。

子午線輪胎的成型方法有兩種，即一次法成型和二次法成型。目前國(guó)內(nèi)外輪胎制造商的載重子午線輪胎或轎車子午線輪胎的成型工藝都是采用一次法成型或者二次法成型。本文介紹一種采用二次法成型生產(chǎn)高檔摩托車子午線輪胎的專用設(shè)備。該設(shè)備機(jī)、電、氣一體化高度集中，自動(dòng)化程度高、操作方便、成型質(zhì)量高，適用于不同規(guī)格摩托車子午線輪胎的成型，性價(jià)比高（見(jiàn)圖1）。

圖1 摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)

2 摩托車子午線輪胎工藝需求變化點(diǎn)

相比卡車、轎車載重輪胎，摩托車輪胎的胎面為弧面狀（見(jiàn)圖2）?；谕庑斡善矫婕庸すに囎兂闪饲婕庸すに嚨男枰琌MRON對(duì)原有輪胎成型機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行了全面的升級(jí)。下面介紹在研發(fā)過(guò)程中幾個(gè)核心設(shè)備需求變化點(diǎn)，以及相應(yīng)的OMRON技術(shù)解決方案。

圖2 兩種輪胎外形比較

3 ORMON提供的核心技術(shù)

3.1 設(shè)備需求變化一：曲面0°冠帶纏繞排線控制技術(shù)

冠帶層（見(jiàn)圖3）是輪胎重要組成部分，主要作用是加固（固定）帶束層鋼絲切頭部位，防止受力時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，以便取得更好的RFV、LFV、CON等性能，同時(shí)可減少硫化時(shí)胎肩處結(jié)構(gòu)的變化及漏鋼絲現(xiàn)象。按復(fù)合方式分為纏繞和帶式搭接兩種形式。帶式搭接方式控制難度低，缺點(diǎn)是有接頭，影響均勻性。纏繞方式是以一定寬度的簾線均勻纏繞，相比帶式搭接方式，剛性好，均勻性好、可以節(jié)省燃油約20%左右，增加了胎體強(qiáng)度等。新研發(fā)的摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)采用的是纏繞方式。

圖3 輪胎結(jié)構(gòu)

與一般載重輪胎一樣，摩托車同樣需要冠帶層，但是與一般載重輪胎相比，摩托車輪胎對(duì)冠帶層的纏繞實(shí)現(xiàn)提出了新的課題——曲面纏繞技術(shù)。由于摩托車輪胎使用場(chǎng)合與一般載重輪胎有區(qū)別，尤其在車輛過(guò)彎時(shí)，一般載重輪胎是表面均勻受力，而摩托車由于輪胎表面曲面弧度關(guān)系，受力是不均勻的，針對(duì)這樣的使用場(chǎng)合的變化，客戶提出對(duì)冠帶層纏繞提出了新的纏繞工藝要求：纏繞的冠帶輪胎兩側(cè)密度小，中間部分密度大（見(jiàn)圖4）。

圖4 摩托胎冠帶層纏繞示意

應(yīng)對(duì)這樣的技術(shù)需求變化，我們對(duì)原機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控算法均進(jìn)行了調(diào)整，機(jī)械部分將原水平排線機(jī)械結(jié)構(gòu)更改為旋轉(zhuǎn)排線機(jī)械機(jī)構(gòu)，電控算法方面OMRON對(duì)原有的排線FB進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)滿足新的排線需求。

升級(jí)后的FB如圖5所示。通過(guò)新增加的參數(shù)（兩邊線徑L1、中間線徑L2、L1占比和L2占比），實(shí)現(xiàn)對(duì)不同曲面輪胎漸變排線的工藝需求。同時(shí)只需要將兩邊線徑L1和中間線徑L2設(shè)置成一樣就可以滿足一般載重輪胎的均勻排線工藝要求。

圖5 升級(jí)后的FB

3.2 設(shè)備需求變化二：曲面0°冠帶纏繞張力控制技術(shù)

曲面纏繞的需求同樣帶來(lái)了另外一個(gè)課題——纏繞張力控制。一般載重輪胎生產(chǎn)時(shí)也有對(duì)冠帶纏繞時(shí)的張力控制方案，由于成型鼓側(cè)在冠帶纏繞時(shí)，纏繞卷徑基本不變（一般由HMI參數(shù)輸入），所以纏繞時(shí)冠帶的線速度基本穩(wěn)定，且一般采用如圖6所示的張力控制方案。

圖6 張力控制方案

針對(duì)摩托車輪胎曲面纏繞技術(shù)特點(diǎn)，OMRON對(duì)原有控制方案進(jìn)行了微調(diào)，新的控制方案如圖7所示。在程序處理中增加了成型鼓卷徑計(jì)算處理，并作為前饋控制量疊加到原有的張力反饋系統(tǒng)中，從而提高整個(gè)張力系統(tǒng)的響應(yīng)性。

利用上述核心技術(shù)課題的解決，最終實(shí)現(xiàn)了曲面纏繞的技術(shù)瓶頸的攻克，實(shí)際纏繞效果見(jiàn)圖8和圖9。

4 OMRON整體方案介紹

OMRON針對(duì)摩托車輪胎成型機(jī)上述的工藝特點(diǎn)以及綜合設(shè)備其他需求如：設(shè)備占地面積大、控制點(diǎn)分散、控制精度要求高等。最終推薦客戶使用了OMRON最新的控制系統(tǒng)——SYSYMAC平臺(tái)。圖10為設(shè)備的整體控制方案圖。

圖7 新控制方案

圖8 1 mm尼龍冠帶

圖9 10 mm尼龍冠帶

圖10 設(shè)備整體控制系統(tǒng)

圖10 中的SYSMAC平臺(tái)包括高速運(yùn)動(dòng)控制(NJ系列)、高性能總線伺服系統(tǒng)(1S系列)、薄片式設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程IO(NX系統(tǒng))、總線型變頻系統(tǒng)（MX2系列）、功能豐富的HMI系統(tǒng)（NA系列）和多樣化的傳感系統(tǒng)(光纖、光電、接近等)。

小到一個(gè)傳感器、大到主控制器和電機(jī)等，在這個(gè)設(shè)備的任何角落你都可以發(fā)現(xiàn)OMRON產(chǎn)品的LOGO，OMRON強(qiáng)大的SYSMAC平臺(tái)可以完美應(yīng)對(duì)各種功能需求。

基于SYSMAC平臺(tái)以及相關(guān)產(chǎn)品的豐富功能和強(qiáng)大性能，使得OMRON能夠在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)大環(huán)境下，作出快速的方案應(yīng)對(duì)和實(shí)施，協(xié)助客戶短時(shí)間內(nèi)完成摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)的研發(fā)。

同時(shí)不僅在硬件產(chǎn)品上協(xié)助客戶完成了設(shè)備的研發(fā)，OMRON利用全球技術(shù)共享和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)在軟件應(yīng)用上也為客戶提供了最新控制理念和控制技術(shù)去滿足不斷變化的行業(yè)課題和需求。較目前市場(chǎng)主流的子午線輪胎二段成型機(jī)，新研發(fā)的摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)提出了新的技術(shù)需求，OMRON在第一時(shí)間進(jìn)行了課題研究和對(duì)應(yīng)，快速滿足新的技術(shù)需求，確保了設(shè)備短時(shí)間內(nèi)順利研發(fā)成功。

5 未來(lái)發(fā)展技術(shù)展望

摩托車子午線輪胎二段成型機(jī)業(yè)已順利研發(fā)成功，該設(shè)備填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)10″～18″ 摩托車子午線輪胎成型機(jī)市場(chǎng)的空白。同時(shí)在研發(fā)過(guò)程中我們也在不斷與設(shè)備制造商探討該設(shè)備未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，并根據(jù)這些趨勢(shì)提出了OMRON在控制技術(shù)上假設(shè)性提案。

（1）設(shè)備未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)一：多類型曲面的冠帶纏繞技術(shù)需求

目前設(shè)備采用單伺服排線（一個(gè)旋轉(zhuǎn)伺服），如果排線伺服與輪胎弧面無(wú)法軌跡吻合就會(huì)對(duì)排線效果產(chǎn)生較大影響，因此將單伺服排線升級(jí)為三伺服排線（水平軸、旋轉(zhuǎn)軸和升降軸），同時(shí)配合全新的傳感技術(shù)，通過(guò)智能學(xué)習(xí)等功能，實(shí)現(xiàn)纏繞曲面軌跡自學(xué)習(xí)，這將是該設(shè)備未來(lái)的一個(gè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

（2）設(shè)備未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)二：曲面成型鼓漲縮鼓技術(shù)升級(jí)需求

曲面成型鼓采用A、B瓦漲縮鼓（氣動(dòng)）形式完成，氣動(dòng)元件的穩(wěn)定性和機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度都會(huì)對(duì)漲縮鼓的可靠性產(chǎn)生很大影響，因此未來(lái)通過(guò)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入伺服等高精度的電控方案，利用伺服等高精密電機(jī)以及運(yùn)動(dòng)控制器的同步算法可以大大提高漲縮鼓的效果和穩(wěn)定性。