新型鋼絲圈撐圈裝置的設(shè)計(jì)

顧宇晨

（天津賽象機(jī)電工程有限公司，天津 300384）

隨著對生產(chǎn)效率要求的提高，輪胎企業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)量的要求也逐漸提高，在選擇生產(chǎn)設(shè)備時要求縮短設(shè)備換型時間。這就要求成型機(jī)制造商提高設(shè)備的產(chǎn)品覆蓋率，以適應(yīng)更多規(guī)格的產(chǎn)品。就鋼絲圈撐圈裝置（撐圈器）而言，各大廠家撐圈器的結(jié)構(gòu)層出不窮，連桿式、擺桿式、斜槽盤式、原動力發(fā)動機(jī)驅(qū)動和氣缸驅(qū)動不盡相同[1-3]，但在鋼絲圈規(guī)格切換時，均需要提高撐圈器的適應(yīng)性。

本工作重點(diǎn)介紹一種新型撐圈器及其精度調(diào)整方式，以提高撐圈器的適應(yīng)性，在鋼絲圈規(guī)格切換時無須換型。

1 撐圈器功能

相比人工上鋼絲圈，機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性更高，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是全鋼還是半鋼輪胎成型機(jī)，引入撐圈器均可以提高生產(chǎn)自動化程度和產(chǎn)品品質(zhì)。

撐圈器的功能如下：人工將相同規(guī)格的鋼絲圈放置到撐圈器上，由撐圈器將鋼絲圈撐起近似的圓形；然后將鋼絲圈送至夾持環(huán)或胎圈傳遞環(huán)；最終鋼絲圈由相應(yīng)的夾持環(huán)放置于成型鼓上[4-5]。不同規(guī)格的鋼絲圈直徑不同，為方便生產(chǎn)，新型撐圈器應(yīng)該無需更換任何零件即可完成不同規(guī)格鋼絲圈的切換。

2 新型撐圈器

2.1 結(jié)構(gòu)

鋼絲圈為環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以向其施加張力從而依靠摩擦力來撐取鋼絲圈。新型撐圈器通過圓周上均勻分布的8個撐圈擺臂（擺臂長度相等）的同步擺動來形成圓形；當(dāng)擺臂擺動角度不同時，擺滾形成不同直徑的圓，從而可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格鋼絲圈的切換和撐取。新型撐圈器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出：手輪、編碼器、鎖定裝置、帶座軸承共同連接于絲杠上，帶座軸承通過螺栓與固定框架固定連接；絲杠母連接于絲杠上，且與連接板固定連接，絲桿母可在手輪旋轉(zhuǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)左右移動；氣缸1與氣缸2尾端進(jìn)行固定連接，并分別通過關(guān)節(jié)軸承連接于調(diào)節(jié)板和移動板鉸接，調(diào)節(jié)板與移動板分別與直線導(dǎo)軌副上的滑塊固定連接，直線導(dǎo)軌副固定于定盤；移動板與線性連接件固定連接，線性連接件纏繞于光面輪和驅(qū)動輪之上，光面輪穿于固定軸，固定軸固定于定盤上，驅(qū)動輪固定于動盤上；連桿鉸接于動盤，并與擺臂鉸接，擺臂鉸接于定盤；磁性擋輥和非磁性擋輥固定于擺臂上，其中動盤與定盤之間可用轉(zhuǎn)盤軸承（或者均勻分布的小軸承，此處不做贅述）進(jìn)行滑動連接，保證動盤可以自由轉(zhuǎn)動，并將動盤軸向自由度限制于定盤上，保證軸向固定；同時針對線性連接件應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的張緊機(jī)構(gòu)，來保證整體設(shè)備精度。

圖1 新型撐圈器結(jié)構(gòu)示意

2.2 工作原理

（1）寸級預(yù)調(diào)節(jié)。首先通過搖動手輪驅(qū)動絲杠母移動，此時氣缸1和氣缸2均處于縮回狀態(tài)，移動板將拉動線性連接件并帶動驅(qū)動輪，使動盤相對于定盤轉(zhuǎn)動，此時連桿隨動盤轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整擺臂（磁性擋輥和非磁性擋輥行程的圓）。

（2）人工上鋼絲圈。氣缸1伸出，同時帶動移動板移動，再次驅(qū)動動盤轉(zhuǎn)動，擺臂打開。操作者將鋼絲圈放置于擋輥上，此時擋輥行程圓要小于鋼絲圈內(nèi)徑，可以方便人工上鋼絲圈。

（3）撐圈器拾取鋼絲圈。操作者操作完成，氣缸2伸出，再次驅(qū)動動盤，所有擋輥均碰觸鋼絲圈內(nèi)徑，保證鋼絲圈具有足夠的圓度。

2.3 精度調(diào)節(jié)

對于成型設(shè)備中帶有類似撐圈器功能的裝置，各輪胎廠在協(xié)議中都會做出相應(yīng)的要求，如泰國某輪胎廠對我公司制作的成型機(jī)撐圈器的要求為撐圈器與成型鼓的同軸度小于0.1 mm，兩個撐圈裝置均需滿足此要求，需要檢測到擺輥形成的圓，并且可以調(diào)節(jié)擺臂角度，以便精度出現(xiàn)誤差時進(jìn)行調(diào)整。

2.3.1 擺臂圓度

撐圈器撐取鋼絲圈后，將鋼絲圈放置到夾持環(huán)中心，保證夾持環(huán)能夠吸附住鋼絲圈，此時鋼絲圈應(yīng)盡可能保持圓形，防止在上圈過程中與成型鼓發(fā)生剮蹭，出現(xiàn)掉圈現(xiàn)象。而鋼絲圈由于掛膠或者放置問題，可能并非圓形，而夾持環(huán)無法改變鋼絲圈形狀，只能依靠磁鐵吸附保持鋼絲圈在撐圈器上的狀態(tài)，所以在撐圈器撐圈過程中應(yīng)保證所有擺輥的切線盡可能為近似圓形。

針對擺臂所形成的外形，制作單獨(dú)的調(diào)整工裝（工裝環(huán)）如圖2所示。

圖2 工裝環(huán)示意

將工裝環(huán)套于擺臂上（見圖3），撐起所有的擺臂，使擺臂與工裝環(huán)內(nèi)口接觸。而工裝環(huán)內(nèi)口的圓度按設(shè)計(jì)要求加工而成，此時當(dāng)擺臂與內(nèi)口接觸后所有的擺臂形成的輪廓便近似一個理想的圓形。

圖3 工裝環(huán)使用示意

根據(jù)需求，在擺臂上增加一套調(diào)整擺臂角度的小機(jī)構(gòu)，從而可以達(dá)到調(diào)節(jié)擺臂使其能夠與工裝環(huán)內(nèi)口相切的狀態(tài)。本工作所用擺臂角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖4所示（選擇其中一組作為說明）。

圖4 擺臂角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意

從圖4可以看出：擺臂角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由非磁性擋輥、擺臂和連桿組成；針對擺臂設(shè)計(jì)有內(nèi)嵌式凹槽和側(cè)面連接長孔，其中鑲嵌有調(diào)整塊，調(diào)整中心留有與擺臂相鉸接的接口，側(cè)面留有螺紋孔，其可將調(diào)整塊固定于連桿上，當(dāng)螺釘松開后調(diào)整塊可沿連桿內(nèi)凹槽移動，通過調(diào)節(jié)有效連桿長度來實(shí)現(xiàn)擺臂的擺動，從而調(diào)節(jié)鋼絲圈與工裝內(nèi)口相切。

2.3.2 擺臂與成型鼓同軸度

為保證鋼絲圈放置到成型鼓的過程中不發(fā)生剮蹭，撐圈器左右兩側(cè)擺輥形成的圓形應(yīng)該滿足同軸的要求（夾持環(huán)也需要滿足），因?yàn)橛凶笥覂蓚€鋼絲圈，同時具備兩個夾持環(huán)，要求撐圈器兩側(cè)的鋼絲圈均要與成型鼓具有很好的同軸度，針對這個要求對工裝外圓面增加了加工精度的要求。

同軸度檢測如圖5所示。

圖5 同軸度檢測示意

從圖5可以看出：利用成型鼓內(nèi)部主軸穿過撐圈器中心，而后將百分表吸附于成型鼓主軸上，百分表標(biāo)頭垂直于工裝外圓周面；旋轉(zhuǎn)成型鼓一周，查看百分表讀數(shù)，比對一周之內(nèi)變化數(shù)值與協(xié)議要求，如果無法滿足協(xié)議要求，需要使用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)整套撐圈裝置位置，再重復(fù)以上步驟直至同軸度滿足協(xié)議要求。

2.4 升級方案

為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，本工作制定了新型撐圈器升級方案，其定位機(jī)構(gòu)局部如圖6所示。

從圖6可以看出：發(fā)動機(jī)與絲杠連接，連接件替代原有氣缸1與氣缸2連接；引入發(fā)動機(jī)后可以通過自動化控制實(shí)現(xiàn)手動操作時的寸級預(yù)調(diào)節(jié)和原氣缸1的伸出動作。

圖6 新型撐圈器升級方案定位機(jī)構(gòu)局部示意

3 結(jié)語

本工作新型撐圈器可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格鋼絲圈的自由切換而不需要更換任何零件，縮短了設(shè)備換型的時間，可以提高成型設(shè)備的生產(chǎn)效率。新型撐圈器自動化升級方案可以實(shí)現(xiàn)規(guī)格切換的全自動化，完全不需要人工參與。

解決設(shè)備精度問題后，設(shè)備安裝和調(diào)試都有了系統(tǒng)的方法。實(shí)際使用過程中，新型撐圈器與成型鼓精度的要求在調(diào)試過程中可以得到量化，發(fā)現(xiàn)偏差后非常容易調(diào)整。無論在前期調(diào)試還是在后期校驗(yàn)設(shè)備精度、調(diào)試工裝時，新型撐圈器的使用都可以極大地節(jié)約時間，效果良好。