智能制造在輪胎裝備制造業(yè)中的應(yīng)用研究（二）
——機(jī)器人在橡膠機(jī)械領(lǐng)域中的自動(dòng)化應(yīng)用

呂煒帥

（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

中國(guó)目前已是全球最大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)，而且市場(chǎng)需求高速增長(zhǎng)。在輪胎裝備制造業(yè)中，以綠色智能工廠構(gòu)建與橡膠行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為行業(yè)發(fā)展背景，機(jī)器人憑借其優(yōu)異的智能感知與人機(jī)交互功能在輪胎生產(chǎn)工藝中得到廣泛的應(yīng)用[1]。特別是在搬運(yùn)、上下料、噴涂以及碼垛等環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，不僅實(shí)現(xiàn)了以機(jī)代人，而且讓輪胎生產(chǎn)中的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化水平得到有效的貫通，讓輪胎生產(chǎn)工藝各個(gè)環(huán)節(jié)間變的更加流暢[2-3]。隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人已成為自動(dòng)化生產(chǎn)線中帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的重要切入點(diǎn)，推動(dòng)輪胎工業(yè)發(fā)展進(jìn)入全新時(shí)代[4-5]。

一、煉膠工藝中膠塊自動(dòng)搬運(yùn)

在輪胎工藝密煉生產(chǎn)過程中，天然膠與合成膠往往成大塊存在，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用人工搬運(yùn)投料，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低；而手工抓拿空間較小、且需彎腰向下操作，危險(xiǎn)性極大。此外，固體塊狀的橡膠原材料在常溫下比常見的橡膠成品彈性、韌性都稍差，但仍屬 柔軟易變形類固體物質(zhì)，因此抓取難度較大。

通過機(jī)器人可以用來抓取并輸送膠塊的機(jī)械設(shè)備，將工作者從繁重的勞動(dòng)中解脫出來。

圖1 機(jī)器人自動(dòng)搬膠裝置

二、壓出線胎面自動(dòng)翻面與拾取

為更好的滿足輪胎胎面擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線與輪胎成型過程的有效對(duì)接，通常需要在胎面擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線中跟成型工藝需求設(shè)置胎面翻面裝置，在胎面擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線中胎面翻面與拾取裝置運(yùn)行過程為：百頁(yè)車導(dǎo)入→裝載胎面→機(jī)械手翻百頁(yè)車頁(yè)片→導(dǎo)出，在整個(gè)過程中控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)無人化操作。

對(duì)于百葉車的開合，通過機(jī)械手的輔助作用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線自動(dòng)化、可視化程度高，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，整個(gè)過程無需人員操作，完全實(shí)現(xiàn)了胎面自動(dòng)收取擺放。而且特別適用于舊廠房改造，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

圖2 壓出線胎面翻面與拾取

三、輪胎成型機(jī)機(jī)械手自動(dòng)下料

一臺(tái)機(jī)器人可服務(wù)于多臺(tái)成型機(jī)，或者一臺(tái)機(jī)器人在同一成型機(jī)上能夠兼顧多項(xiàng)工藝操作，如胎胚下料與成型鋼絲圈裝卸。同時(shí)，通過機(jī)器人的融入此環(huán)節(jié)

可有效提升系統(tǒng)的下料節(jié)拍，提高成型機(jī)的開動(dòng)率。也可實(shí)現(xiàn)與后續(xù)硫化輸送物流對(duì)接，實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)，進(jìn)一步節(jié)省人工。

圖3 輪胎成型機(jī)下料機(jī)械手

四、胎圈芯一體化生產(chǎn)線與輪胎成型自動(dòng)化

胎圈芯生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了鋼絲圈自動(dòng)纏繞與包布，經(jīng)機(jī)器人協(xié)助與三角膠擠出生產(chǎn)線對(duì)接，然后由機(jī)器人自動(dòng)放置胎圈芯百葉車中。運(yùn)輸至成型機(jī)工藝中的胎圈芯也由機(jī)器人自動(dòng)化搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)輪胎成型的自動(dòng)化操作。機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了多條生產(chǎn)線間的有效銜接，促進(jìn)了設(shè)備的集成自動(dòng)化，提高了胎圈芯制品成型胎胚的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也催生滿足新的生產(chǎn)工藝要求的工裝設(shè)備。

圖4 機(jī)器人在胎圈芯生產(chǎn)與輪胎成型中的應(yīng)用

五、胎胚自動(dòng)噴涂

由于人工噴涂可靠性差，操作工在工作中容易出現(xiàn)遺漏。機(jī)器人噴涂改變了傳統(tǒng)工藝人工操作造成噴涂不均，不易管理的難題。機(jī)器人噴涂可通過伺服控制，靈活調(diào)節(jié)噴涂區(qū)域，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)噴涂，安全可靠，易于維護(hù)，生產(chǎn)效率得到極大提升。此外，由于噴涂環(huán)節(jié)的安全性，工業(yè)機(jī)器人需要具有防爆能力。

圖5 機(jī)器人在胎胚噴涂中的應(yīng)用

六、胎胚自動(dòng)碼垛裝運(yùn)

圖6 機(jī)器人在成品碼垛中的應(yīng)用

通過機(jī)器人碼垛，一方面大幅度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人工成本。另一方面，通過機(jī)器人碼垛，可實(shí)現(xiàn)最大化的裝運(yùn)，同時(shí)又不損傷胎胚，提升碼垛的節(jié)拍，迅速完成料架的整車碼垛。通過與立體倉(cāng)儲(chǔ)結(jié)合應(yīng)用，減少空間應(yīng)用，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品發(fā)貨周期。

七、機(jī)器人在輪胎生產(chǎn)工藝中未來發(fā)展方向

在“中國(guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，工業(yè)機(jī)器人將與傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)工藝中產(chǎn)品生產(chǎn)線進(jìn)行深入融合，為輪胎行業(yè)智能發(fā)展提供新的思路與方向。工業(yè)機(jī)器人是輪胎工業(yè)4.0 智能工廠建設(shè)的重要元素，提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工成本與能源消耗將是工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用的重要落腳點(diǎn)。

1.機(jī)器人在橡膠機(jī)械領(lǐng)域產(chǎn)品線未來應(yīng)用中，搬運(yùn)、碼垛、噴涂以及上下料中仍將是主要工作方式；

2.機(jī)器人在橡膠領(lǐng)域產(chǎn)品中的應(yīng)用，在夾具設(shè)計(jì)與輪胎生產(chǎn)工藝、橡膠的機(jī)理特性需更加緊密融合；

3.機(jī)器人多臺(tái)串行應(yīng)用模式將成為解決當(dāng)前單一工作節(jié)拍效率低，無法滿足自動(dòng)化升級(jí)應(yīng)用的難題，并成為提高輪胎制造業(yè)智能化水平，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段；

4.機(jī)器人與RGV、機(jī)器人與AGV、機(jī)器人與立體倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)器人與輸送裝置的組合應(yīng)用，機(jī)器人與3D 打印技術(shù)的技術(shù)融合都將成為未來機(jī)器人在輪胎工業(yè)中的重要發(fā)展方向；

5.柔性化、智能化、復(fù)合型機(jī)器人是機(jī)器人在滿足當(dāng)前輪胎工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中角色升級(jí)的重要方向。

八、小結(jié)

1.機(jī)器人作為智能制造的關(guān)鍵部件，有效地解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中勞動(dòng)密集與環(huán)境惡劣的問題，提升了輪胎制造行業(yè)智能自動(dòng)化水平，有效地推動(dòng)了輪胎工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)；

2.機(jī)器人在輪胎生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境、負(fù)載要求、不同企業(yè)輪胎生產(chǎn)工藝特點(diǎn)以及企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行選型應(yīng)用，以橡膠制品內(nèi)在機(jī)理為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)，最大化的發(fā)揮自動(dòng)化功能；

3.機(jī)器人在輪胎生產(chǎn)中的應(yīng)用，既實(shí)現(xiàn)了單一區(qū)域產(chǎn)品線的自動(dòng)化升級(jí)，又促進(jìn)了不同區(qū)域間工藝的銜接，為輪胎生產(chǎn)智能物流自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用建立了基礎(chǔ)；

4.“以機(jī)代人”促進(jìn)了企業(yè)的生產(chǎn)與管理以及運(yùn)營(yíng)模式，但機(jī)器人的智能化發(fā)展，特別是升級(jí)其控制系統(tǒng)的整體化控制能力，提升工業(yè)機(jī)器人的整體應(yīng)用性能，符合輪胎生產(chǎn)工藝性能特點(diǎn)，仍將是提升輪胎工業(yè)自動(dòng)化水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)重要方向；

5.隨著輪胎工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，3D 打印技術(shù)以及信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，機(jī)器人與傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)工藝裝備融合以及機(jī)器人模塊化、批量化的應(yīng)用模式，未來必將催生新型輪胎生產(chǎn)工藝的誕生。