朱開華

(福建省三明市東辰機械制造有限責(zé)任公司， 福建 沙縣 365500)

橡膠V帶硫化設(shè)備包括鼓式硫化機、硫化罐和平板硫化機三種，一般采用燃煤鍋爐生產(chǎn)飽和水蒸汽來進行硫化。其中，平板硫化機以工作壓力大、硫化質(zhì)量優(yōu)和硫化模具投資小而成為V帶硫化首選，目前平板硫化機一次可同時硫化條數(shù)極限是40條。隨著我國環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，對燃煤鍋爐加以限制，而用生物燃料或液化氣鍋爐生產(chǎn)飽和水蒸汽進行硫化的燃料成本極大。

為解決上述問題，研制了一種節(jié)能、高效、操作方便的大型V帶平板硫化機，并將一次硫化40條的極限提升至C型60條、B型80條，并實現(xiàn)帶長2 550~3 000 mm的V帶2次硫化。

1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

本硫化機由主機部份、左機身部份、右機身部份、蒸汽管路系統(tǒng)、冷卻水管路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。左機身部份由左機身、伸張裝置、轉(zhuǎn)帶裝置、擺輪裝置、雙工位平移裝置、水冷裝置、風(fēng)冷裝置、自動潤滑裝置等組成，右機身部份在左機身部份基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)帶電機。

1.2 硫化工作原理

硫化工作原理為將V帶胚安裝在左、右機身部份的槽輪，并隨槽輪移動，使V帶胚在主機上分段硫化和在裝、卸帶工位進行冷卻定型。其動作過程為槽輪在裝、卸帶工位時液壓打開后連板，手工裝入V帶胚，后連板閉鎖，液壓拉伸V帶胚，V帶胚移入硫化工位、壓桿整型V帶胚，柱塞缸頂起承壓板、熱板、槽板合模，開始硫化計時，硫化時間到，柱塞缸落下脫模，壓桿動作使V帶與槽板、蓋板脫模，PLC自動計算V帶胚移動位移，槽輪轉(zhuǎn)動移動V帶胚，重新合模、整型、硫化，第2回硫化到時后，重復(fù)以上脫模動作，V帶胚移出裝、卸帶工位，冷卻裝置動作進行風(fēng)冷、水冷V帶胚冷卻定型，冷卻到時打開后連板并聲光報警并通知人工卸帶[1]。

2 智能高效平板硫化機的開發(fā)

2.1 主要技術(shù)性能參數(shù)

主要技術(shù)性能參數(shù)如下所示：

主機合模力：3.6E+06N

V帶總拉伸力：5.0E+04N

柱塞缸規(guī)格：Ф200×160 6個

油泵輸出壓力：≤20 MPa

熱板規(guī)格（寬×長）：1 610 mm×950 mm

槽輪直徑：118 mm

拉伸油缸規(guī)格 ： Ф125×100 各 2 個

拉伸伺服電機：JSMAMB20ABK01

2.2 主要結(jié)構(gòu)與性能特點

2.2.1 主機部份

主機部份由主機架、柱塞缸、下承板、下熱板、蓋板、中熱板、上熱板等組成。主機架為前、后立柱和油缸座安裝在底盤上，懸臂梁安裝在前、后立柱上，連接箱與懸臂梁和前立柱連接，各零件通過螺栓連接而成，各零件組合后接合面進行焊接。由于硫化V帶的條數(shù)增加了一倍，采用雙立柱和懸臂梁力學(xué)結(jié)構(gòu)，可通過加大懸臂梁的支點距離和合理的懸臂梁與底盤高度以滿足主機架的強度要求。這種結(jié)構(gòu)與普通C型主機結(jié)構(gòu)比較可減輕主機的重量。這種力學(xué)結(jié)構(gòu)雖不如龍門式結(jié)構(gòu)力學(xué)優(yōu)越，但其操作空間不受設(shè)備限制，方便利用叉車更換模具和操作人員裝、卸V帶操作，也便于今后產(chǎn)品升級拓展。

2.2.2 左（右）伸張裝置

伸張裝置由導(dǎo)架底板、螺母、絲桿、左（右）機身、油缸、支座、伺服電機、減速機、直線導(dǎo)軌等組成。伸張裝置左、右各一套，導(dǎo)架底板上安裝轉(zhuǎn)帶機構(gòu)。伸張裝置的移動可通過轉(zhuǎn)帶機構(gòu)上的槽輪拉緊或放松橡膠V帶。在開機觸摸屏輸入V帶長度設(shè)定值后，伺服電機通過減速機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，經(jīng)螺母將導(dǎo)架底板在直線導(dǎo)軌上移動裝帶位置。裝入V帶胚后，油缸收回，拉伸V 帶胚伸長到設(shè)定長度。

2.2.3 雙工位平移裝置

雙工位平移裝置由安裝在導(dǎo)架底板上的直線導(dǎo)軌、油缸、橫移導(dǎo)架等組成，在左、右伸張裝置上各一套，兩套平移裝置用平衡閥調(diào)節(jié)其同步運動。主要用于兩個工位的轉(zhuǎn)換，當(dāng)油缸伸長時，橫移導(dǎo)架沿著直線導(dǎo)軌向前方移動，安裝在槽輪上的橡膠V帶一起移動，V帶移出主機的模具，此工位用于V帶的裝、卸。反之亦然，此工位用于V帶的硫化。

2.2.4 轉(zhuǎn)帶與擺動裝置

轉(zhuǎn)帶裝置由擺線針輪減速機、鏈輪、鏈條、連支座、轉(zhuǎn)軸、后連板、支撐臂、座、支撐臂擺動裝置、槽輪、連板、連板擺動裝置等組成。轉(zhuǎn)帶裝置左、右各一套，右轉(zhuǎn)帶槽輪為主動輪，左轉(zhuǎn)帶槽輪為被動輪。轉(zhuǎn)帶裝置主要用于V帶分段硫化及硫化后冷卻定型時的V帶移動。連支座通過轉(zhuǎn)銷與橫移導(dǎo)架連接，方便擺動控制V帶胚在槽輪上的內(nèi)、外側(cè)等長。連板轉(zhuǎn)動裝置由導(dǎo)向套筒、導(dǎo)桿、銷軸、滾輪軸承、油缸等組成，可驅(qū)動連板的開合，方便V帶在槽輪上的裝卸。

2.2.5 冷卻裝置

冷卻裝置包括風(fēng)冷和水冷裝置，主要由安裝在冷卻架上的風(fēng)機調(diào)整座、軸流風(fēng)機、水管、霧化噴頭等組成，可在導(dǎo)軌上前后移動。橡膠V帶硫化完成后，平移裝置將V帶移動裝卸帶工位，槽輪轉(zhuǎn)動，霧化噴頭噴水，快速冷卻V帶，冷卻后軸流風(fēng)機工作繼續(xù)冷卻和吹干V帶，使硫化后的每條V帶長度相等。

設(shè)計中將V帶的風(fēng)冷、水冷的定長工序置于V帶的裝、卸工位，可避免定長冷卻中產(chǎn)生的冷風(fēng)、水霧噴在熱板上，引起熱能的損失。

2.2.6 控制系統(tǒng)

在自動狀態(tài)下，操作者根據(jù)要硫化帶胚的型號及長度在觸摸屏上進行設(shè)置型號及帶長，利用智能化的PLC程序可自動依據(jù)每次硫化的長度計算出一組V帶的硫化次數(shù)。按運行按鈕后，硫化機自動按以下步驟順次執(zhí)行：開始移動伸縮裝置到預(yù)設(shè)位置→人工進行裝帶→帶胚平移→按起動按鈕→液壓拉伸帶胚→輥下壓→轉(zhuǎn)帶→合?！O(shè)定壓力→壓輥上抬→硫化計時→硫化到時開模→壓輥下壓脫?！诙瘟蚧ú襟E：轉(zhuǎn)帶→壓輥下壓脫模）→計算的硫化次數(shù)完成→風(fēng)機運行→霧化冷卻→停止霧化冷卻→風(fēng)機停止→液壓縮回→報警→人工卸帶。

2.2.7 智能化功能

（1）通信、數(shù)據(jù)采集分析功能：該設(shè)備采用西門子S7-200 SMART系列的CPU ST40作為設(shè)備的核心控制，拓展了TC、AQ及I/O功能模塊。CPU集成了1個RS485和1個以太網(wǎng)口，利用RS485口實現(xiàn)和人、機交流界面（HMI）的通信，現(xiàn)場操作人員通過HMI可實時掌握設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

（2）自感知功能：系統(tǒng)通過分布在各處的傳感器反饋信號，實時檢測感知設(shè)備的實時狀態(tài)。硫化壓力的控制是通過壓力變送器和AQ壓力模塊的配合完成，實時檢測感知當(dāng)前壓力。當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力異常時，可根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動對壓力進行調(diào)整。硫化溫度的控制是通過熱電偶及TC溫度模塊的配合，實時檢測感知當(dāng)前溫度。

（3）自診斷功能：由于設(shè)備復(fù)雜、動作多、自我保護條件多，當(dāng)設(shè)備某部分發(fā)生故障或不滿足運行條件時，控制系統(tǒng)發(fā)出警告并禁止執(zhí)行相關(guān)的運行命令。這時系統(tǒng)能對設(shè)備各部分的狀態(tài)進行實時自我診斷，比如當(dāng)伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)會根據(jù)伺服回送到CPU的信號狀態(tài)立即發(fā)出聲光報警。

（4）自適應(yīng)功能：以導(dǎo)架的自動定位動為例，在設(shè)備剛投入使用時，設(shè)備配合精度高，各部分包括絲桿的緊密度相對較好，自動定位時，可能從某點到某點的相對脈沖數(shù)是準(zhǔn)確的，但當(dāng)使用一定時間后，由于缺乏保養(yǎng)等原因，設(shè)備運動部分的配合精度降低，這時，原來某點到某點的相對脈沖數(shù)就不能準(zhǔn)確反應(yīng)出實際的位移了。當(dāng)這種狀況發(fā)生時，只要命令系統(tǒng)對當(dāng)前設(shè)備狀況進行一次移動學(xué)習(xí)，系統(tǒng)就能根據(jù)當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)自動適應(yīng)，從而又能準(zhǔn)確的執(zhí)行其的自動定位功能了。

3 樣機測試

3.1 主機鄂口變型量測試

測試主機的鄂口變型量采用百分表，將百分表磁性座固定在地面的支座上，分別測量連接箱的上、下位移和前立柱的前后位移量，測量值如下，說明主機在不同合模力下線性變型滿足設(shè)計要求，如表1所示。

表1 主機身鄂口變型力學(xué)試驗數(shù)據(jù)表

3.2 熱板平行度

采用5條長度1 500 mm的8號熔斷絲，以14 MPa工作壓力的檢測力加壓，待蓋板與槽板壓合后，保壓3 min，取長被壓扁的熔斷絲，用1級外徑千分尺分別測量每條熔斷絲a、b、c、d、e、f點處的厚度，視最大厚度與最小厚度之差作為平行度誤差的實測值。平行度誤差為0.05 mm，滿足設(shè)計要求。

3.3 硫化后V帶長度測量

樣機到生產(chǎn)廠家后采用80條B型2 700 mm的V帶胚在設(shè)備上進行硫化生產(chǎn)，經(jīng)硫化冷卻定型后，測量80條V帶內(nèi)周長最大誤差為6 mm，符合要求。

4 結(jié)束語

研制了一種智能高效的平板硫化機，通過人機界面設(shè)置加工目標(biāo)參數(shù)后，啟動電源即可自動運行，硫化加工出B型與C型橡膠V帶，且可一次硫化加工出80條B型橡膠V帶或60條C型橡膠V帶，具有安全可靠、節(jié)能高效、智能化水平高的特點。這一創(chuàng)新性突破，將引領(lǐng)橡膠V帶硫化設(shè)備的發(fā)展方向，為行業(yè)帶來更多機遇。