蔣志強(qiáng)，王小燕，陳征峰

(1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018；2.費(fèi)斯托（中國）有限公司，上海 201206)

成型機(jī)胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)與升級

Improvement and upgrade of tread transforming ring in building machine

蔣志強(qiáng)1，王小燕1，陳征峰2

(1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018；2.費(fèi)斯托（中國）有限公司，上海 201206)

在全鋼子午線輪胎一次法成型機(jī)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)上，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用FESTO專用鎖緊缸和新型的電動缸，來提高胎面復(fù)合件夾持和傳遞的快速性與準(zhǔn)確性，以便提高輪胎成型質(zhì)量。

全鋼子午線輪胎；成型機(jī)；胎面?zhèn)鬟f環(huán)；專用鎖緊缸；伺服電缸

全鋼子午線輪胎生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對半成品部件定位精度要求很高。在全鋼子午線輪胎一次法成型機(jī)（以下簡稱成型機(jī)）的成型工藝中，帶束層和胎面復(fù)合件在帶束層鼓上貼合完畢后，通過胎面?zhèn)鬟f環(huán)運(yùn)送到成型鼓上，進(jìn)行輪胎成型步驟。目前成型機(jī)胎面?zhèn)鬟f環(huán)有兩種結(jié)構(gòu)，本文就此兩種形式的胎面?zhèn)鬟f環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)及對兩種形式的改進(jìn)進(jìn)行簡單的闡述。

1 采用單氣缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)介紹

在過去國產(chǎn)的全鋼兩鼓成型機(jī)上，胎面?zhèn)鬟f環(huán)是由一個氣缸帶動12塊夾持塊實(shí)現(xiàn)徑向收縮，每塊夾持塊由連桿擺動，12塊夾持塊由連桿串聯(lián)，夾持塊之間由彈簧鋼片連接（如圖1所示）。此結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是存在著以下缺點(diǎn)：①夾持塊的同心度和垂直度不能單獨(dú)調(diào)節(jié)，夾持時會出現(xiàn)個別夾持塊沒有夾到胎面的情況，在移動過程中造成胎面的變形。②夾持塊晃動太大，同樣影響胎面復(fù)合件夾持精度。③在調(diào)整成型鼓（或帶束層鼓）同傳遞環(huán)的精度時，百分表不能打在夾持塊工作面上，只能利用環(huán)體的加工面，這樣調(diào)整的精度達(dá)不到工藝要求，造成胎面復(fù)合件傳遞到成型鼓上時出現(xiàn)偏差，從而影響輪胎的成型質(zhì)量，同時對環(huán)體加工精度也要求很高，此類傳遞環(huán)目前已經(jīng)逐步淘汰。

圖1 老結(jié)構(gòu)胎面?zhèn)鬟f環(huán)示意圖

2 采用鎖緊氣缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)

此結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)最早出現(xiàn)在荷蘭VMI四鼓成型機(jī)上，鎖緊缸采用BOSCH REXROTH產(chǎn)品，此備件價格昂貴，加上技術(shù)保護(hù)，國內(nèi)很難買到。近幾年FESTO和SMC相繼推出類似產(chǎn)品，極大的降低了使用成本，目前國產(chǎn)的三鼓成型機(jī)已經(jīng)大量在使用。新結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)支架上裝有12組（也有6組結(jié)構(gòu)）氣缸，每個夾持塊由單獨(dú)氣缸控制，以實(shí)現(xiàn)扇形塊的夾緊、松開動作（如圖2所示）。傳遞環(huán)的打開直徑通過加減不同厚度的墊塊來實(shí)現(xiàn)，以適應(yīng)不同規(guī)格輪胎的需要，傳遞環(huán)在夾持帶束層和胎面組件時，由氣缸鎖緊裝置定位。夾持塊與成型鼓的同心度和垂直度都可以單獨(dú)調(diào)整，工作時能保證胎面復(fù)合件保持一定的圓度。此結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)與帶束層鼓、成型鼓同心度可以達(dá)到0.50 mm TIR，垂直度1.00 mm TIR，滿足全鋼成型工藝要求。

圖2 胎面?zhèn)鬟f環(huán)示意圖

由于此類鎖緊缸是利用彈簧力鎖緊，經(jīng)過長時間的使用，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：①彈簧回復(fù)力不能保持一致，氣缸到位后的鎖緊時間有差異，必須給予較長的鎖緊延時時間后才能進(jìn)行下一步工作，影響工作節(jié)拍；②鎖緊打開時，是利用氣壓力大于彈簧力來解鎖，由于彈簧力的不一致導(dǎo)致解鎖時間不一致，會影響氣缸伸縮速度不同步；③彈簧有疲勞壽命，長期使用后會偶爾出現(xiàn)鎖不緊的現(xiàn)象，從而引起傳遞環(huán)與胎面（輔鼓）相撞設(shè)備事故；④鎖緊片（環(huán)）會磨損，需要利用彈簧的預(yù)留行程來彌補(bǔ)磨損量，但彈簧的預(yù)留行程不可能過大，待磨損量過大時，鎖緊缸只能報廢；⑤鎖緊缸重量較重，多個鎖緊缸安裝在傳遞環(huán)上使得移動質(zhì)量和慣性偏大，影響傳遞環(huán)移動時的加速度。

目前FESTO新推出了針對成型機(jī)傳遞環(huán)應(yīng)用的新型鎖緊氣缸，結(jié)構(gòu)原理（如圖3所示），鎖緊環(huán)與主氣缸活塞桿偏心放置。鎖緊環(huán)受一雙作用驅(qū)動氣缸控制（如圖4所示），當(dāng)鎖緊氣缸活塞由左→右，鎖緊環(huán)將主氣缸活塞桿偏心鎖緊，主氣缸將無法動作；當(dāng)鎖緊氣缸活塞由右→左時，鎖緊環(huán)將主氣缸活塞桿松開，主氣缸可自由動作。

圖3 新結(jié)構(gòu)的鎖緊氣缸示意圖

圖4 新鎖緊缸圖

此鎖緊缸采用氣壓鎖緊，無彈簧機(jī)構(gòu)，因此前述由于彈簧力不一致，彈簧疲勞壽命等帶來的一系列延時時間長，不同步問題得到了解決。鎖緊缸閉鎖，開鎖時間縮短并且一致，整個傳遞環(huán)等待時間縮短，可加快運(yùn)行頻率并減少偶發(fā)事故。另外此鎖緊缸具備磨損補(bǔ)償功能，鎖緊環(huán)驅(qū)動氣缸有一定的預(yù)留行程。當(dāng)鎖緊環(huán)使用一段時間后發(fā)生不可避免的磨損時，鎖緊環(huán)驅(qū)動氣缸將運(yùn)行更長的行程來補(bǔ)充由于這種磨損帶來的間隙，使得鎖緊缸的使用壽命延長。同時由于取消了彈簧機(jī)構(gòu)和更加緊湊的外形，每個鎖緊缸的重量減輕了1.2 kg，當(dāng)有12組時，減少的重量對減輕移動質(zhì)量而言還是較為有利。

由彈簧鎖緊改為氣壓鎖緊優(yōu)點(diǎn)明顯但弊端也顯而易見，當(dāng)出現(xiàn)突然斷氣情況時氣壓無法像彈簧一樣提供機(jī)械鎖緊力。對此我們也在采用氣壓鎖緊改進(jìn)方案前做了謹(jǐn)慎的分析。當(dāng)突發(fā)情況下鎖緊缸仍能保持鎖緊力是為達(dá)到2個目的：不出現(xiàn)殘次品；不出現(xiàn)安全問題。但是我們分析，當(dāng)整機(jī)突然斷氣時，只有傳遞環(huán)保持鎖緊狀態(tài)仍然避免不了殘次品的發(fā)生，除非只是傳遞環(huán)一個工位突然斷氣其余工位不斷氣，但這是微乎其微的概率。關(guān)于安全問題，我們做了實(shí)驗(yàn)，在鎖緊狀態(tài)下突然斷氣，鎖緊缸有一定機(jī)械自鎖力仍然保持，除非用外力加以推動，否則胎面復(fù)合件不會脫落。

此鎖緊缸經(jīng)過一年多的改造使用，達(dá)到了我們預(yù)期的使用效果。夾持可靠，工作節(jié)拍提升，偶發(fā)事故減少，降低了維護(hù)成本。

3 采用伺服電缸的胎面?zhèn)鬟f環(huán)的改進(jìn)

結(jié)合上述兩種胎面?zhèn)鬟f環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們同廠家進(jìn)行協(xié)作開發(fā)，設(shè)計了全新結(jié)構(gòu)的胎面?zhèn)鬟f環(huán)。其結(jié)構(gòu)是采用單個伺服電缸控制傳遞環(huán)夾持塊的張開、閉合，夾持塊采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)（如圖5所示）。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于伺服電缸具有可任意設(shè)定定位點(diǎn)的特點(diǎn)，可在成型機(jī)觸摸屏上預(yù)先輸入相關(guān)參數(shù)（夾持胎面的直徑），更換規(guī)格非常方便，胎面夾持直徑范圍從Φ870～1 280 mm。

（2）可靠性及一致性高：即單缸控制6個夾持角同時工作，每個角采用導(dǎo)軌雙向?qū)蚨ㄎ坏姆绞?，從而解決胎面夾持變形及胎面夾持局部偏移等問題。

圖5 伺服電缸胎面?zhèn)鬟f環(huán)結(jié)構(gòu)

（3）結(jié)構(gòu)簡單，故障率及維護(hù)保養(yǎng)成本低：單伺服電缸控制，由控制器根據(jù)配方自動調(diào)整電缸行程來適應(yīng)胎面夾取直徑的變化大小，工作原理簡單但同時有效的保證夾取精度，維修和保養(yǎng)成本也將會大幅下降。

（4）更加節(jié)能和環(huán)保：伺服電缸能源利用率極高，相較于傳統(tǒng)的氣缸產(chǎn)品，其能源利用率可提高10倍。這是因?yàn)闅飧坠ぷ鲿r首先要利用壓縮機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣能，然后再由壓縮空氣能轉(zhuǎn)化為動能，兩次能量轉(zhuǎn)化將損耗大量能源；而伺服電缸只需經(jīng)過一次能量轉(zhuǎn)換，即將電能轉(zhuǎn)化為動能，因此能源利用率大大提高。

圖6 伺服電缸三維圖

伺服電動缸（如圖6、圖7所示）是將伺服電機(jī)與絲桿一體化規(guī)劃的模塊化商品，將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過絲桿轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，一起將伺服電機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速操控、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)數(shù)操控、準(zhǔn)確扭矩操控轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)確速度操控、準(zhǔn)確方位操控、準(zhǔn)確推力操控，完成高精度直線運(yùn)動，重復(fù)定位精度可達(dá)0.02 mm。準(zhǔn)確的速度操控，能夠恣意設(shè)定速度波形，完成高速平穩(wěn)無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)，操控精度可達(dá)0.5%；準(zhǔn)確的推力操控，添加推拉力傳感器后操控精度可達(dá)0.05%。易于與PLC、運(yùn)動操控器、工控機(jī)等操控系統(tǒng)相連接，完成高精度運(yùn)動操控。

圖7 伺服電缸結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

對設(shè)備的各個部件加以精益求精的改進(jìn)是設(shè)備技術(shù)人員的職責(zé)。我們根據(jù)設(shè)備的不同特點(diǎn)加以部件的更新或施以升級換代的改造，取得了不錯的效果。尤其是在當(dāng)前重視能源和環(huán)境的前提下，相較于傳統(tǒng)的氣缸產(chǎn)品，伺服電缸作為一個新型的機(jī)電一體化產(chǎn)品以省能源、低噪音、環(huán)境性好、低維護(hù)成本和優(yōu)異的控制性和穩(wěn)定性，得到越來越多的企業(yè)以及科研部門的青睞和認(rèn)可。應(yīng)用電動伺服將必然成為未來發(fā)展的趨勢。

（XS-02）

TQ330.4

：1009-797X(2015)03-0056-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.011

蔣志強(qiáng)（1973-），男，高級工程師，副總經(jīng)理，主要從事輪胎制造管理和設(shè)備技術(shù)工作。

2014-03-14