智能制造在輪胎裝備制造業(yè)中的應用研究（一）—輪胎生產(chǎn)先進制造裝備應用

呂煒帥

（天津機電職業(yè)技術學院，天津300350）

當前我國輪胎企業(yè)在勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品研發(fā)、高品質輪胎產(chǎn)品的穩(wěn)定性生產(chǎn)等方面與世界知名輪胎企業(yè)相比仍有一定差距,輪胎工業(yè)供給側結構性改革已成當務之急[1]。隨著我國人口紅利的消失、國家綠色環(huán)保生產(chǎn)的重視，輪胎工業(yè)高端裝備技術的智能發(fā)展與轉型升級成為輪胎工業(yè)強國發(fā)展的重心所在。美國通用（GE）總結了智能制造的四大法寶是精益制造、先進制造、增材制造和數(shù)字化工廠[2-4]。而對于輪胎工業(yè)轉型升級發(fā)展中同樣符合，一方面通過構建智能管理系統(tǒng)將傳統(tǒng)設備實現(xiàn)串聯(lián)、系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)采集，從而實現(xiàn)智能制造裝備升級；另一方面，通過先進自動化設備輔助與先進生產(chǎn)工藝、先進制造方法融合提升設備的工作模式，既實現(xiàn)創(chuàng)新型生產(chǎn)與制造又實現(xiàn)了傳統(tǒng)設備的改造升級；再者，通過AGV、立體倉儲、EMS 運輸小車等自動化輸送設備以及物聯(lián)網(wǎng)技術的融合，物流與倉儲實現(xiàn)優(yōu)化應用，提高了企業(yè)車間的生產(chǎn)管理信息化水平，收到了良好的直接和間接經(jīng)濟效益；通過MES 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)設備之間，生產(chǎn)工藝之間的聯(lián)通，實現(xiàn)了輪胎生產(chǎn)全領域智能化、自動化與綠色化生產(chǎn)[5]。

一、天然膠碎膠機應用

傳統(tǒng)輪胎煉膠生產(chǎn)工藝主要將橡膠通過保溫干燥后經(jīng)切膠機切成小塊送至密煉機進行多段混煉。而天然膠膠塊碎膠裝置，通過碎膠膠機可實現(xiàn)將大的天然膠與合成膠變成流動性好的顆粒狀或小塊狀。研究發(fā)現(xiàn)塊狀橡膠對煉膠過程中單位能耗，生產(chǎn)能力都具有極大提升。經(jīng)碎膠機加工后的制品通過與混勻罐及傳輸皮帶組合形成的混勻系統(tǒng)，可將膠塊與煉膠粉末小料及隔離劑混合，既實現(xiàn)了膠塊間的隔離，又保證了混煉的膠料性能的均一性。該裝置可取消傳統(tǒng)煉膠工藝中的保溫房，同時也是低溫連續(xù)混煉工藝實施的重要設備。該碎膠設備的應用，可有效節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本，提高混煉膠片質量的均一性，提升煉膠工藝的自動化水平。

圖1 天然膠碎膠機

二、串聯(lián)式密煉機

近年來，串聯(lián)式密煉機因其節(jié)能、低溫、高效的連續(xù)混煉方式已受到輪胎企業(yè)的青睞。串聯(lián)式密煉機通常與雙螺桿擠出壓片機組合應用，由于此連續(xù)煉膠工藝可有效的降低工人的勞動強度，節(jié)約廠房用地空間，減少煉膠段數(shù)，提高膠料的炭黑分散度，從而提升膠料的產(chǎn)量與質量，降低了輪胎企業(yè)的廠房與設備投資，對輪胎產(chǎn)品質量提升與輪胎行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。

圖2 串聯(lián)式密煉機

三、低溫一次法煉膠工藝

低溫一次法煉膠工藝，采用開煉機串并聯(lián)布置，降低了傳統(tǒng)工藝中高耗能密煉機多段混煉的能耗，實現(xiàn)了將傳統(tǒng)多段混煉工藝的簡化，最大化實現(xiàn)了密煉機的產(chǎn)能。膠料經(jīng)密煉機高溫密煉后，經(jīng)第一臺開煉機冷卻后，經(jīng)中央輸送系統(tǒng)分配到多臺開煉機中，直至終煉完成。此工藝減少了膠料的中間轉運環(huán)節(jié)，節(jié)省了周轉膠料的存儲空間，煉膠工序時間得到極大節(jié)省，由于取消了膠料中間環(huán)節(jié)的傳遞與升降溫過程，從而實現(xiàn)了能耗的有效降低，生產(chǎn)效率得到極大提升。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，低溫一次法煉膠工藝可改善膠料的均勻性與穩(wěn)定性，有效提升膠料的物理性能。

圖3 低溫一次法煉膠

四、輪胎電子加速器預硫化裝置

輪胎電子加速器預硫化裝置用于對輪胎半成品部件進行輻照，改變傳統(tǒng)成型工藝中，胎體簾布層經(jīng)常出現(xiàn)簾線偏移或變形或露線、氣密層膠料移動或厚度不均的問題，預硫化工藝保證了材料分布均勻，增強了材料的物理機械性能，提升了輪胎動平衡和均勻性能。此工藝可使半成品部件在成型和硫化過程變形減小，減小胎體簾布層厚度，縮短輪胎硫化時間，減小硫化劑用量，在保證輪胎主要性能無明顯不良影響情況下實現(xiàn)了輪胎減重。此外，預硫化工藝也可在胎面膠表面下膠料預硫化從而實現(xiàn)縮短硫化時間，通過對帶束層、胎圈包布進行預硫化提高膠料強度，節(jié)省棉綸網(wǎng)眼布用量，降低輪胎滾動阻力，提高輪胎高速耐久性能，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

圖4 膠片電子加速器預硫化裝置

五、復合擠出聯(lián)動生產(chǎn)線

由于外貼合的尺寸精度已不能滿足現(xiàn)代高等級子午線輪胎對其產(chǎn)品的尺寸精度及動平衡需求。生產(chǎn)高粘著、高耐磨、低摩擦、低噪聲的輪胎成為輪胎制造商的共同目標。復合機頭裝卸比較容易，由于采用液壓系統(tǒng)控制，更換胎面口型板及更換膠料所用時間較短，因此在機內復合層數(shù)更多的五復合擠出機組成為市場的高端需求。它的使用對于提高輪胎產(chǎn)品的品質、提高勞動生產(chǎn)率，降低能耗及原材料消耗，都將起到重要的作用。

多復合擠出機已成為生產(chǎn)高性能半制品設備。如Φ 90/Φ 12 0/Φ 25 0/Φ 20 0/Φ 15 0和Φ150/Φ250/Φ250/Φ200/Φ200 組合機型，通過機內多復合工藝，有效地提高了擠出效率與制品質量。近年來，輪胎工業(yè)在原有雙復合、三復合擠出機基礎上，四復合五復合擠出機已得到成熟應用，這一裝備有效滿足了帶導電膠層、非對稱胎面等多層結構的輪胎半制品的擠出工藝，有效的提高了高性能子午線輪胎制品的質量與穩(wěn)定[6]。此外，為更加經(jīng)濟地擠出煙鹵型的胎面膠部件，新型的背式擠出機(X+1)擠出機開始在輪胎企業(yè)得到認可和應用。

圖5 復合擠出機

六、輪胎胎面自動拾取與胎面自動供料裝置

在輪胎胎面生產(chǎn)中，對于胎面的收取環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)工藝一般通過胎面擠出聯(lián)動生產(chǎn)線經(jīng)裁斷指定長度，胎面膠條由兩操作工搬運至百葉車上。而對于輪胎成型環(huán)節(jié)，又需由操作人員將百葉車上胎面搬運至胎面供料架上，無論百葉車的轉運還是胎面膠條的轉運，都存在工作強度大的難題。通過輪胎胎面自動拾取與胎面自動供料裝置可有效的實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，格柵車工裝結構通過AGV可實現(xiàn)胎面擠出與成型供料的有效對接，提供胎面半制品質量穩(wěn)定性，實現(xiàn)無人化生產(chǎn)。對于百葉車式工裝結構形式可適合于國內現(xiàn)有胎面擠出聯(lián)動生產(chǎn)線的改造應用。

圖6 輪胎成型胎面自動供料裝置（格柵車形式）

由于輪胎成型過程單條胎面供料節(jié)拍時間比胎面擠出聯(lián)動生產(chǎn)線中胎面制品的收取節(jié)拍時間長，因此機械手結構更適合輪胎成型胎面自動供料環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)的自動化升級應用，可實現(xiàn)全自動供料，可有效的保證成型產(chǎn)品的質量與產(chǎn)量，節(jié)省人工成本，投資經(jīng)濟性高。

圖7 輪胎成型胎面自動供料裝置（百葉車形式）

圖8 輪胎壓出線胎面自動收取裝置（格柵車形式)

圖9 輪胎壓出線胎面自動收取裝置（百葉車形式)

七、輪胎生產(chǎn)先進制造設備未來發(fā)展應用

輪胎生產(chǎn)智能化的實現(xiàn)將以傳統(tǒng)生產(chǎn)線為依托，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，將輪胎智能生產(chǎn)過程信息與智能設備融合，未來將出現(xiàn)新的業(yè)態(tài)變化。

1.設備的局部工藝自動化水平將進一步提升，不同生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中產(chǎn)品線的技術難題將以產(chǎn)品自動化的實現(xiàn)逐步突破；

2.枯燥、骯臟、危險的工作內容將為機械手與設備自身自動化升級所替代，高技能人才將成為未來輪胎工業(yè)發(fā)展的缺口；

3.設備的自動化提升與應用除關注產(chǎn)能效率的直接提升外，更應注重關聯(lián)工藝設備的應用與對接，同時為未來設備的轉型升級應用預留接口。

八、小結

1、輪胎生產(chǎn)智能制造主要體現(xiàn)在自動化技術應用、監(jiān)控技術應用與信息管理化技術的應用，而對于執(zhí)行層環(huán)節(jié)中先進設備自動化應用是響應當前我國輪胎制造業(yè)轉型升級與綠色生產(chǎn)的關鍵所在，也是實現(xiàn)我國橡機行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，進軍國際市場的重要舉措；

2、新生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備的應用是應對當前國民經(jīng)濟放緩與行業(yè)產(chǎn)能過剩，服務“一帶一路”國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要趨勢；

3、天然膠碎膠機與混勻罐的應用不僅可實現(xiàn)密煉車間的設備自動化應用，同時是實現(xiàn)烘膠-切膠-搬運-輸送-投料等工藝實現(xiàn)串聯(lián)生產(chǎn)的自動化物流應用的基礎；

4、輻射預留化技術在內襯層擠出聯(lián)動生產(chǎn)線中已得到成功應用，此技術在輪胎生產(chǎn)工藝各個環(huán)節(jié)的深入探索應用將成為未來輪胎生產(chǎn)工藝技術的重要發(fā)展方向；

5、多復合擠出工藝的應用，是生產(chǎn)高性能胎面膠，推進我國橡膠機械技術創(chuàng)新，實現(xiàn)生產(chǎn)滿足符合國際市場要求的高效能輪胎的重要方向；

6、壓出現(xiàn)胎面自動收取與輪胎成型胎面自動上料裝置，既實現(xiàn)了單一工藝環(huán)節(jié)的自動化應用，又為輪胎物流智能化的應用建立的重要基礎。此外，此環(huán)節(jié)的自動化水平的提升也帶來了胎面運輸工裝的革新發(fā)展。