終煉膠自動化輸送系統(tǒng)研究

楊曉，顏建龍，陸永高，趙尊梅，滕召軍，丁善偉

(青島海瑯特種裝備科技有限公司，山東 青島 266400)

隨著工業(yè)4.0 及中國智能制造2025 的相繼提出，全球掀起了智能制造的熱潮。在傳統(tǒng)的煉膠工藝上，推行自動化煉膠輸送線。自動化煉膠輸送線，由開煉機、開煉機自動冷卻裝置、輸送導(dǎo)膠系統(tǒng)組成，它可以優(yōu)化終煉密煉車間膠料混煉，比如兩臺開煉機中間配一臺輸送帶混煉或者三臺開煉機配兩條輸送帶的傳統(tǒng)膠料混煉方式，通過采用此設(shè)備，提高膠料混煉的自動化程度，降低人工成本，降低安全隱患。

1 老式終煉膠輸送線與新式自動化煉膠輸送系統(tǒng)對比

老式終煉膠輸送線：

密煉機混煉排膠后膠料通過排膠通道進(jìn)入開煉機，當(dāng)膠料在開煉機上包輥后由人工將膠片割開，再將膠料搭接到開煉機翻膠裝置上來實現(xiàn)膠料的導(dǎo)膠和壓片。這種工藝生產(chǎn)效率低、勞動強度高同時也不利于膠料品質(zhì)的提升。

自動化煉膠輸送線：

將密煉機生產(chǎn)出的終煉膠經(jīng)開煉機壓片后自動接取，可實現(xiàn)自動導(dǎo)膠與出料自動切換，整個過程自動完成，減少人工干預(yù)。整套系統(tǒng)實現(xiàn)省人化，品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化，提高操作安全系數(shù)，由人為干預(yù)煉膠過程轉(zhuǎn)化為，對提高膠料品質(zhì)的關(guān)注。

系統(tǒng)由接料斗、自動接取、自動導(dǎo)膠、自動翻膠/ 輸送切換、自動刮膠等裝置組成。

2 系統(tǒng)流程和設(shè)備技術(shù)說明

2.1 系統(tǒng)流程

如圖所示（見圖1）在密煉機下方投料口增加儲料裝置，由氣缸控制料斗開關(guān)。膠料排出后固定式微波檢測裝置檢測到料斗內(nèi)有料后自動打開，把膠料排入開煉機中，并將膠料溫度傳給PLC。如需暫緩排料，即可暫時存儲在料斗中。

圖1 設(shè)備布局圖

膠料排入1#開煉機，開煉機安裝前后擋膠板，防止膠料灑落。前后增加自動刮膠刀，防止膠料包輥。將輸送帶返回的膠料送入開煉機，將膠料壓片形成環(huán)狀。由自動導(dǎo)膠裝置自動進(jìn)行左右往復(fù)搗煉，平移式自動導(dǎo)膠裝置在導(dǎo)煉過程中左右勻速擺動，將膠料均勻分布在輥筒上，以提高混煉效果。

1#開煉機接取輸送帶，輸送方向自動切換裝置。該輸送帶可將開煉上的膠料接取后返回開煉機，形成膠環(huán)，滿足膠料過輥。該運輸帶分為3 段。1 段為接取裝置/ 回膠切換裝置，主要作用將開煉機壓出的膠料通過氣缸自動切換輸送方向進(jìn)行輸送，可將膠料輸送至2 段輸送帶返回1#開煉機搗煉，搗煉結(jié)束后自動切換輸送3 段輸送帶將膠料輸送至2#開煉機再一次進(jìn)行搗煉循環(huán)。2 段輸送帶架設(shè)在1 段輸送帶上，用于膠料返回開煉機。3 段輸送帶主要用于將膠料輸送至下一臺開煉機上。

膠料送入2 號開煉機后，繼續(xù)進(jìn)行搗煉，整個流程與1 號開煉機相同。搗煉循環(huán)完成后，膠料送入3號壓片機進(jìn)行壓片處理。

3#壓片機經(jīng)割膠刀出片（寬900 mm）至膠冷線，余膠經(jīng)開煉機自帶翻膠裝置返回開煉機翻膠出片。

2.2 設(shè)備技術(shù)說明

密煉機接料斗

在密煉機下方投料口增加儲料裝置，由氣缸控制料斗開關(guān)。密煉機排膠后，系統(tǒng)檢測料斗內(nèi)有膠料后，自動打開，將膠料排入開煉機中。如需要暫緩排膠，即可暫時存儲在料斗中。

開煉機擋膠板、自動刮膠刀、自動輸送裝置、自動擺膠裝置

膠料排入1#開煉機后，開煉機安裝前后擋膠板，防止膠料灑落。前后增加自動刮膠刀，防止膠料包輥。由輸送帶將返回的膠料送回1#開煉機，并將膠料壓片形成環(huán)狀。由自動擺膠裝置自動進(jìn)行左右往復(fù)搗煉，每車膠料可搗煉≤3 次（根據(jù)不同配方工藝定）。

開煉機上方增加平移式自動擺膠裝置，在導(dǎo)煉過程中左右勻速擺動，將膠料均勻分布在輥筒上，以提高混煉效果。2 條輸送帶寬度均為1 000 mm，擺膠幅度1 000～1 200 mm。速度最高40 m/min。左右移動采用變頻電機進(jìn)行驅(qū)動，輸送帶的運轉(zhuǎn)也采用變頻電機驅(qū)動，從而保證了使用的穩(wěn)定性。2 套裝置可以根據(jù)使用需要進(jìn)行整體往返運行,也可分開運行。

開煉機接取輸送帶，輸送方向自動切換裝置。

該運輸帶分為3 段。1 段為接取裝置/ 回膠切換裝置，主要作用將開煉機壓出的膠料通過氣缸自動切換輸送方向進(jìn)行輸送，可將膠料輸送至2 段輸送帶返回1#開煉機搗煉，搗煉結(jié)束后自動切換輸送3 段輸送帶將膠料輸送至2#開煉機。

膠料送入2#開煉機后，繼續(xù)進(jìn)行搗煉，整個流程與1#開煉機相同。搗煉循環(huán)完成后，膠料送入3# 壓片機進(jìn)行壓片處理。

3#壓片機經(jīng)割膠刀出片（寬900 mm）至膠冷線，余膠經(jīng)開煉機自帶翻膠裝置返回

開煉機翻膠出片。

該輸送裝置可翻膠/ 送料自動切換。開煉機壓片后，輸送帶自動翻起，將膠料回送至開煉機上，由導(dǎo)膠裝置完成自動導(dǎo)膠，導(dǎo)膠完成后，翻膠裝置落下，與接取輸送帶連接，將導(dǎo)煉完成的膠料輸送至下一臺開煉機上。翻膠/ 送料輸送帶由氣動翻板、自動糾偏組成。均為變頻調(diào)速，與開煉機速度同步，速度最高40 m/min，運輸帶寬度1 800 mm，采用耐高溫鍍硅膠層或毛氈層運輸帶，不粘膠且最高耐溫160 ℃。由檢測信號輥檢測到皮帶的跑偏位置，跑偏信號傳給PLC 后，PLC 控制氣動糾偏裝置自動糾偏。

2.2.1 密煉機接料斗

在密煉機下方投料口處增加儲料裝置（如圖2所示），由氣缸來控制接料門的開合。密煉機混煉完成后將膠料排出，通過排膠通道進(jìn)入接料斗，當(dāng)固定式紅外測溫儀檢測到料斗內(nèi)有膠料后，料門自動打開，將膠料排放到開煉機中，并且將膠料的溫度傳給PLC，便于對密煉機混煉時間及工藝進(jìn)行調(diào)整。如需要暫緩排膠，即可暫時存儲在料斗中。

圖2 接料

2.2.2 開煉機擋膠板、自動刮膠刀、自動接取輸送裝置、自動導(dǎo)膠裝置

膠料排入1#開煉機后（見圖3所示），開煉機安裝前后擋膠板，防止膠料灑落。前后增加自動刮膠裝置，防止膠料包輥，該裝置采用氣動控制加機械調(diào)整裝置組成，刀具采用高速工具鋼以保障設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。自動接取輸送裝置將開煉機壓片后的膠料輸送到自動翻膠/ 輸送切換裝置上。返回的膠料送入開煉機后，將膠料壓片形成環(huán)狀。由自動導(dǎo)膠裝置自動進(jìn)行左右往復(fù)搗煉，每車料根據(jù)不同配方工藝可搗煉約3次或以上。

圖3 自動刮膠刀、自動接取輸送裝置、自動導(dǎo)膠裝置

開煉機上方增加平移式自動導(dǎo)膠裝置，在導(dǎo)煉過程中左右勻速擺動，將膠料均勻分布在輥筒上，以提高混煉效果。2 條運輸帶寬度均為1 000 mm，擺膠幅度1 000～1 200 mm。速度最大40 m/min。2 套自動導(dǎo)膠裝置根據(jù)需要可以整體運行,也可分開運行。自動導(dǎo)膠裝置的 初始位置位于最外側(cè)的等待位。當(dāng)密煉機排膠后，2 套自動導(dǎo)膠裝置同時運行到開煉機的中上方，輸送帶電機運轉(zhuǎn)，等待壓片后膠料返回開煉機。膠片經(jīng)翻膠裝置返回開煉機后，2 套自動導(dǎo)膠裝置開始左右往返運動，將膠片均布在軋輥上。

2.2.3 自動翻膠/ 輸送切換裝置

該運輸帶分為3 段（如圖4所示）。1 段為接取裝置/ 回膠切換裝置，主要作用將開煉機壓出的膠料通過氣缸自動切換輸送方向進(jìn)行輸送，可將膠料輸送至2 段輸送帶返回1#開煉機搗煉，搗煉結(jié)束后自動切換輸送3 段輸送帶將膠料輸送至2#開煉機。

圖4 自動翻膠/ 輸送切換裝置

膠料送入2 號開煉機后，繼續(xù)進(jìn)行搗煉，整個流程與1 號開煉機相同。搗煉循環(huán)完成后，膠料送入3號壓片機進(jìn)行壓片處理。

3#壓片機經(jīng)割膠刀出片至膠冷線，余膠經(jīng)開煉機自帶翻膠裝置返回開煉機翻膠出片。

該輸送裝置可翻膠/ 送料自動切換。開煉機壓片后，輸送帶自動翻起，將膠料回送至開煉機上，由導(dǎo)膠裝置完成自動導(dǎo)膠，導(dǎo)膠完成后，翻膠裝置落下，與接取輸送帶連接，將導(dǎo)煉完成的膠料輸送至下一臺開煉機上。翻膠/ 送料輸送帶由氣動翻轉(zhuǎn)裝置、自動糾偏裝置、電機驅(qū)動裝置等組成電機均為變頻調(diào)速，并與開煉機速度同步，速度最大40 m/Min，運輸帶寬度1 800 mm，采用耐高溫硅膠運輸帶，不粘膠且最高耐溫160 ℃。由信號檢測裝置對皮帶的跑偏位置進(jìn)行檢測，并將偏信號傳給PLC，由PLC 控制氣動糾偏裝置自動糾偏。

2.2.4 安全防護(hù)系統(tǒng)

設(shè)備周圍安裝有1.6 m 高的安全防護(hù)圍欄，并配有安全門，防止無關(guān)人員的進(jìn)入。各傳動部位都加裝安全護(hù)罩，并且貼有安全標(biāo)示，防止擠傷。輸送架兩側(cè)設(shè)有安全拉繩急停控制開關(guān)，跟整條線的安全防護(hù)系統(tǒng)連接，確保人身安全。

2.2.5 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)是由變頻驅(qū)動柜、電源柜、氣控系統(tǒng)控制柜和設(shè)備電氣接線盒等部分組成。

主CPU 采用德國SIEMENS 公司的S7-1500 系列PLC 和ET200SP 分布式IO,采用PROFINET 遠(yuǎn)程通訊方式，將整套控制系統(tǒng)很方便地聯(lián)系起來，減少了大量的柜與柜之間的連線，易于信號對接，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性，高水平的系統(tǒng)性能和快速信號處理能夠極大地縮短響應(yīng)時間，加強控制能力。

運輸帶調(diào)速控制，采用SIEMENS 公司的G120變頻器，使用V/F 控制，實現(xiàn)皮帶0～50 HZ 調(diào)速需求，可以統(tǒng)過電機靜態(tài)優(yōu)化，實現(xiàn)最優(yōu)變頻器控制狀態(tài)，可以進(jìn)一步通過設(shè)置參數(shù)使v/f 控制曲線適合負(fù)載特性。變頻器具有TRACE 功能，可以提取運行狀態(tài)的問題數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，找出故障原因加以完善。

人機界面采用SIEMENS 公司的精致版觸摸屏，采用分級用戶管理，實現(xiàn)控制系統(tǒng)多個密級人員操作，加強工藝參數(shù)保密性及不可更改型；采用手動自動兩種操作模式，實現(xiàn)正常生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)的安全分工；采用多種配方存儲，實現(xiàn)膠種更換的便捷轉(zhuǎn)換；采用實時報警顯示窗口，及時顯示設(shè)備故障點，減少排除故障時間；采用定時強制安全點檢設(shè)定，確保各安全裝置處于最佳的運行狀態(tài)。

整機控制系統(tǒng)采用安全PLC 控制，隔離采集安全拉繩、安全光幕、安全急停按鈕、安全門開關(guān)等信號，分級實現(xiàn)警告、報警和停機三種警示輸出控制，滿足整機運行種的安全等級需求。

3 主要技術(shù)參數(shù)

接取輸送帶線速度： max ：40 m/min；

接取輸送帶寬度： 1 800 mm；

擺膠幅度： 1 000～1 200 mm；

擺膠速度： max ：40 m/min；

擺膠輸送帶寬度： 1 800 mm；

密煉機排膠時間： Min ：90 s；

密煉機排膠重量： Max ：250 kg。

4 結(jié)構(gòu)特點

（1）原來的終煉膠輸送線每個工位都是由人工去操作完成的。這樣就增加了人為干預(yù)膠料的因素，同時也增加了安全隱患。而使用自動化煉膠輸送線，減少了人工的干預(yù)因素，同時也降低了勞動成本也消除了安全隱患。

（2）自動化煉膠輸送線可實現(xiàn)膠料的連續(xù)自動翻煉，提高了膠片的質(zhì)量，降低了人工成本提高了勞動效率也方便車間的管理。

（3）紅外線自動測溫儀可實現(xiàn)對每車膠料溫度的把控，避免了產(chǎn)品質(zhì)量隱患。

（4）氣動自動漲緊裝置可實現(xiàn)輸送帶的左右糾偏，保障輸送線高效、可靠的運行，氣動自動糾偏裝置的使用降低了生產(chǎn)成本及維護(hù)成本。

5 總結(jié)

該設(shè)備在青島雙星輪胎工業(yè)有限公司商用車胎工業(yè)4.0 智能化工廠使用一年來，運行良好。勞動強度降低90% 以上，產(chǎn)品不良率降低90% 以上。

完全符合輪胎生產(chǎn)工藝要求。整套系統(tǒng)實現(xiàn)省人化，品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化，提高安全操作系數(shù)，由人為干預(yù)導(dǎo)膠過程轉(zhuǎn)化為提高對品質(zhì)的關(guān)注度。