李佳修 ，陳子杰 ，劉玲

(1. 杭州中策清泉實業(yè)有限公司，浙江 杭州 311400;2. 杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

0 引言

1 研究背景

輪胎胎體鼓是將帶狀、片狀膠料與胎圈制作成胎體半制品的裝置。實際生產(chǎn)中，需要通過胎體鼓旋轉(zhuǎn)與鼓板的漲縮兩個動作完成生產(chǎn)需的求，現(xiàn)有的胎體鼓機(jī)箱內(nèi)部傳動形式復(fù)雜，采用單臺電機(jī)帶動胎體鼓的旋轉(zhuǎn)與鼓板的漲縮是兩個獨立的動作，鼓體的旋轉(zhuǎn)與鼓板的漲縮是兩個獨立的步驟，單靠一個離合器難以控制兩個步驟的完成，離合器吸合時鼓體實現(xiàn)轉(zhuǎn)動；離合器斷開時鼓體內(nèi)部絲杠轉(zhuǎn)動帶動鼓板相連的滾珠滑塊滑動撐開鼓板，兩個步驟無法同時進(jìn)行，離合器吸合與斷開來回調(diào)換步驟浪費時間，降低生產(chǎn)效率，鼓板撐開時內(nèi)部的滾珠絲杠與絲母受力增強，造成絲桿、絲母、滑塊破損幾率提高，大大提高機(jī)器的故障率，胎體制品制作時胎圈無法自動預(yù)置需要人工手動預(yù)置，浪費時間，影響生產(chǎn)輪胎的產(chǎn)量。此外成型機(jī)貼合鼓機(jī)箱內(nèi)控制貼合鼓的擴(kuò)張收縮使用電機(jī)輸出帶動軸的旋轉(zhuǎn)再使用聯(lián)軸器連接絲桿來實現(xiàn)貼合鼓的擴(kuò)張、收縮、旋轉(zhuǎn)，其工作效率低下，機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，機(jī)箱整體笨重，所需準(zhǔn)備的備件量大成本高。

2 高效貼合鼓機(jī)箱

2.1 貼合鼓鼓板

全鋼成型機(jī)高效貼合鼓機(jī)箱由貼合鼓，胎圈預(yù)制器，貼合鼓機(jī)箱三個主要工作機(jī)構(gòu)組成。剖析現(xiàn)有成型機(jī)貼合鼓，有八塊環(huán)繞在胎體鼓外側(cè)的鼓板，其整體在胎體鼓的外側(cè)構(gòu)成圓柱體狀。

如圖1 所示，改造后，設(shè)備貼合鼓鼓板增加至12塊，組成的胎體鼓外側(cè)圓柱面圓度更圓，12 塊鼓板的前側(cè)與后側(cè)分別設(shè)置有前限位件和后限位件以限制鼓板的縱向位移，有效的提升了輪胎胎胚成品的圓度，增加工藝制品質(zhì)量，減少設(shè)備的維修工作量。

圖1 胎體鼓實物圖

2.2 胎圈預(yù)置器

原成型機(jī)胎圈需要人工將胎圈放置在一個固定的胎圈預(yù)置器上，預(yù)置器上有6 個固定卡爪上，在切換規(guī)格時需要人工調(diào)節(jié)6 個固定爪，浪費時間，降低生產(chǎn)效率。

如圖2 所示，連接板固定在外側(cè)且可實現(xiàn)徑向滑動，連接板組件至少有8 組，連接板組件包括設(shè)置在固定板上的連接板以及設(shè)置在每塊連接板上的擴(kuò)抓，擴(kuò)抓撐開后擴(kuò)抓的各個抓面處于同一圓周面，固定盤的盤面對應(yīng)每塊連接板處均鏡像設(shè)有一個直槽，導(dǎo)向桿沿鼓機(jī)箱上的直線軸承座與固定盤、轉(zhuǎn)動盤一同被上氣缸和下氣缸推動向外伸出，上下兩根對角設(shè)計保證預(yù)置器與水平線的垂直度。

圖2 胎圈預(yù)置器結(jié)構(gòu)示意圖

原胎圈預(yù)置器的擴(kuò)爪只有6 個，改造后，此設(shè)備上的胎圈預(yù)置器卡爪增加至8 個，可實現(xiàn)自動撐起胎圈，使得胎圈預(yù)置器卡爪更接近胎圈的圓度，無需人工干預(yù)調(diào)節(jié)，適用更多規(guī)格的胎圈，降低人工勞動強度，生產(chǎn)效率大幅提高。

2.3 貼合鼓的旋轉(zhuǎn)與擴(kuò)張

在實際生產(chǎn)過程中，此全鋼成型機(jī)高效貼合鼓機(jī)箱工作步驟可分為4 個步驟，圖3 和圖4 分別為成型機(jī)貼合鼓機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及實物圖。

圖3 貼合鼓機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4 貼合鼓機(jī)箱實物圖

首先，貼合鼓漲縮伺服電機(jī)輸出動力后帶動同步帶輪組傳動，同步帶輪組帶動兩組絲桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，連接在絲杠上的推動盤帶動推桿實現(xiàn)前后移動動作，推桿進(jìn)一步帶動滑塊與鼓板的傾斜導(dǎo)軌滑動配合，由于鼓板右側(cè)限位板的限位作用，推桿朝向右側(cè)的推力受到彈簧壓塊的限制，使得多個鼓板慢慢向外撐開。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生復(fù)位或重同步時,接收端持續(xù)置低sync信號向發(fā)送端發(fā)起同步請求,發(fā)送端狀態(tài)機(jī)會進(jìn)入CGS狀態(tài)且持續(xù)發(fā)送/K/字節(jié)。接收端則會利用這個特殊的控制字節(jié)對串行比特流進(jìn)行碼組定界,當(dāng)連續(xù)收到4個正確的/K/字節(jié)后,認(rèn)為達(dá)到碼組同步,在本地多幀時鐘(LMFC)下一個上升沿會將sync信號置高和撤銷同步請求,反饋給發(fā)送端。發(fā)送端在檢測到接收端撤銷同步請求后,會在下一個LMFC上升沿跳轉(zhuǎn)到ILAS狀態(tài)。

貼合鼓漲縮伺服電機(jī)停止工作后，由于彈性復(fù)位件的提供復(fù)位動力，推桿自動復(fù)位至初始位置，鼓體內(nèi)中心推桿與彈簧的巧妙配合，大大的節(jié)約擴(kuò)張收縮時間。旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)工作，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，而齒輪與轉(zhuǎn)動輪的齒條段嚙合傳動后帶動轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動輪帶動推桿轉(zhuǎn)動，最終帶動鼓板的旋轉(zhuǎn)。

此設(shè)備中通過螺旋推桿機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、推桿傳動機(jī)構(gòu)三部分機(jī)構(gòu)代替了原有的復(fù)雜機(jī)構(gòu)，螺旋推桿機(jī)構(gòu)的加入可大大縮短輪胎胎胚制品的制作時間，降低故障發(fā)生率，提升輪胎產(chǎn)量。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的加入可有效的解決旋轉(zhuǎn)與擴(kuò)張收縮兩個步驟之間的干涉，大大節(jié)約縮短輪胎胎胚制品的制作時間，降低故障發(fā)生率，提升輪胎產(chǎn)量。推桿傳動的加入將原本加工成本高昂絲杠改為加工成本低廉的光軸，成本節(jié)約2/3以上，工作效率提升15% 以上，結(jié)構(gòu)更為簡單，具有更高是經(jīng)濟(jì)實用性能。

3 高效貼合鼓機(jī)箱的工作步驟

高效貼合鼓機(jī)箱的具體工作過程如下：（如圖5 所示）

圖5 貼合鼓機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

步驟1 ：第一伺服電機(jī)輸出減速機(jī)后帶動同步帶輪組傳動，同步帶輪組帶動第一絲桿和第二絲桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而與第一絲桿和第二絲桿螺紋配合的推動盤發(fā)生前移動作，推動盤接著帶動與推動盤連接的第一推桿發(fā)生前移，而第一推桿進(jìn)一步帶動與之連接的第二推桿發(fā)生前移。

步驟2 ：第二推桿利用錐狀滑塊座以及其上的滑塊與鼓板的傾斜導(dǎo)軌滑動配合，由于鼓板右側(cè)限位板的限位作用，且第二推桿的朝向右側(cè)的推力受到彈性復(fù)位件（壓簧）以及其后側(cè)的彈簧壓塊的限制，多個鼓板慢慢向外撐開。

步驟3 ：第一伺服電機(jī)停止工作后，由于彈性復(fù)位件的提供復(fù)位動力，第二推桿自動復(fù)位至初始位置，鼓體內(nèi)中心推桿與彈簧的巧妙配合，大大的節(jié)約擴(kuò)張收縮時間。

步驟4 ：第二伺服電機(jī)工作，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，而齒輪與轉(zhuǎn)動輪的齒條段嚙合傳動后帶動轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動輪與第一推桿轉(zhuǎn)動配合，第一推桿進(jìn)一步帶動第二推桿轉(zhuǎn)動，最終帶動鼓板的旋轉(zhuǎn)。

4 取得成效

成型機(jī)物聯(lián)網(wǎng)在新成型機(jī)上的推廣使用，極大推動了成型機(jī)產(chǎn)能產(chǎn)量，循環(huán)周期，設(shè)備步序信息日報，換料統(tǒng)計日報的自動管理工作。

如圖6 所示，成型機(jī)最近、平均、最佳循壞周期時間，最新的報警信息，設(shè)備的日報、月報，班產(chǎn)的月報及單胎生產(chǎn)節(jié)拍均可通過云平臺進(jìn)行監(jiān)控。

圖6 循環(huán)周期圖

此設(shè)備可實現(xiàn)單人操作（圖7），屬于行業(yè)首創(chuàng)。相比原本設(shè)備胎胚生產(chǎn)時間單條節(jié)約12 s，班產(chǎn)可提升27 條，單臺每年提升經(jīng)濟(jì)效益354.78 萬元，目前我公司已投產(chǎn)使用5 臺設(shè)備每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1773.9萬元。

圖7 單個工位節(jié)拍圖

5 結(jié)論

全鋼成型機(jī)高效貼合鼓機(jī)箱，通過編碼器讀取鼓的旋轉(zhuǎn)位置信息，最后將測量數(shù)據(jù)和鼓旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)起來，最終可實現(xiàn)貼合制備。

全鋼成型機(jī)高效貼合鼓機(jī)箱的研發(fā)成功后的投產(chǎn)具有明顯的收益效果：

（1）經(jīng)濟(jì)收益增加1773.9 萬元。

（2）單條輪胎胎胚生產(chǎn)節(jié)約12 s，單班增加27 條。

（3）備件投入金額減少1/3 以上。

（4）結(jié)構(gòu)簡單，維修時間明顯減少。