機械硫化機電機驅動后充氣翻轉改進設計

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

廖松柏，胡潤祥，秦淑君（益陽橡膠塑料機械集團有限公司，湖南 益陽 413000）

機械硫化機電機驅動后充氣翻轉改進設計

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

廖松柏，胡潤祥，秦淑君
（益陽橡膠塑料機械集團有限公司，湖南 益陽 413000）

介紹了采用電機驅動后充氣翻轉的目的與意義，結合水缸驅動及原有電機多級減速驅動后充氣翻轉的缺陷，簡述了新型帶緩沖電機驅動的運行特征，不但解決了這些缺陷，而且提高了設備運行的可靠性，增加了設備運行的壽命。

后充氣；電機驅動；緩沖裝置

輪胎在硫化后卸胎，處于去除高溫、高壓后自然狀態下冷卻的轉變，容易產生收縮變形。后充氣作為硫化機的主要輔助設備，是解決輪胎熱收縮變形的重要工序，輪胎硫化后在后充氣上定型冷卻，保證了輪胎外股外緣尺寸，所以后充氣運行的可靠性直接影響整個設備的聯動及輪胎質量。

1　選用電機驅動后充氣翻轉的目的與意義

機械輪胎硫化機常用的后充氣裝置為2工位充氣，翻轉機構使后充氣在裝胎或卸胎需要時進行工位的轉換，翻轉驅動有水缸驅動、電機驅動等方式。

1.1水缸驅動方式

（1） 水缸驅動結構（如圖1）

（2） 驅動的控制原理（如圖2）

圖1　水缸驅動后充氣結構圖

圖2　水缸驅動控制原理

（3）水缸驅動的優點

水缸通過齒條驅動齒輪帶動后充氣橫梁翻轉，機械結構相對比較簡單。

水缸驅動的缺點：

①中間控制元件較多，元件及管線布置復雜，任何一個元件故障會導致整個控制單元癱瘓，管線太多容易產生水壓控制氣壓泄漏等故障。

②水壓沖擊使設備晃動大、容易使齒輪等驅動機械裝置磨損及影響設備精度，水壓的波動導致橫梁偏離正確位置，影響后充氣在裝胎卸胎時動作。

③在緊急狀態下只能依靠活塞閥切斷水壓回停止，動力水進的水壓持續高壓，所以急停的響應時間會較長，若活塞閥發生泄漏，則急停無效，影響設備安全。

1.2電機驅動方式

電機驅動控制簡單、運行平緩且在翻轉中可以使后充氣橫梁在任意位置停止，更便于維護等原因得到很多用戶的支持。

2　改進前結構原理

圖3為改進前電機驅動后充氣翻轉的結構原理示意圖，其工作原理如下：

圖3　改進前電機驅動后充氣翻轉原理圖

（1） 電機通過帶傳動與1級蝸輪蝸桿減速機聯接，減速機通過鏈條傳動后充氣橫梁聯接，后充氣橫梁與限位板固聯。

（2） 當后充氣橫梁翻轉至限位板觸發限位開關后，PLC延時程序啟動，其間后充氣橫梁繼續翻轉至限位板在擋塊處停止才能使后充氣正常進入其他工序，而電機在轉動至PLC延時程序完成時停止，時間差很短，但只能通過皮帶打滑或者過載保護控制來釋放兩者的不同步帶來的動能。

3　改進前狀況分析

（1）安裝及后維護較為復雜，帶傳動與鏈條傳動都無張緊裝置，只能通過移動固定基座調節，皮帶和鏈條磨損后需不定期張緊調節；鏈條傳動無潤滑系統，只能拆卸安全罩定期手動涂抹潤滑油，同時兩鏈輪軸線在同一鉛垂直面內時，鏈條因磨損垂度逐漸增大，因而減少與下面鏈輪的有效嚙合齒數，導致傳動能力降低。

（2） 橫梁轉動停止與電機轉動的不同步對鏈條、減速機產生了沖擊及加速了皮帶的打滑和磨損，嚴重時使鏈條或者皮帶崩斷，且對減速機有損傷，降低設備使用壽命，而在設備運行過程中一旦故障，致使硫化完的輪胎無法及時進行充氣冷卻，將大大提高輪胎的報廢率。

4　改進后結構原理

圖4、圖5分別為改進后電機驅動后充氣翻轉的結構詳圖及結構圖，其工作原理如下：

（1）電機直接與2級蝸輪蝸桿減速機聯接，減速機空心軸直接與橫梁軸聯接并依靠橫梁軸定位，減速機下部與緩沖支架固聯，緩沖支架懸于緩沖軸中間，即減速機采用懸掛式安裝；后充氣橫梁與限位板固聯。

圖4　改進后電機驅動后充氣翻轉結構圖

圖5　改進后電機驅動后充氣結構

（2）電機啟動時，緩沖支架以后充氣橫梁為中心旋轉一小角度θ，通過緩沖軸壓縮彈簧獲得反作用力與減速機施加在后充氣橫梁上的轉矩達到平衡后緩沖支架不再旋轉，后充氣橫梁開始翻轉，同時彈簧開始復位，啟動過程中彈簧起到了緩沖和定位作用，如圖6所示。

圖6　翻轉狀態圖

當后充氣橫梁翻轉至限位板觸發限位開關后，PLC延時程序啟動，其間后充氣橫梁繼續翻轉至限位板在擋塊處停止，電機在轉動至PLC延時程序完成時停止，通過壓縮彈簧來釋放兩者的不同步帶來的動能。

5　計算選型

假定水缸驅動作用在橫梁上的轉矩 M1= 970 N?m

（1）根據后茺氣翻轉的特性，翻轉工位切換為1/2轉，翻轉時間選用20 s左右，假定電機轉速n=1 400 r/min,減速機總減速比i=900，則完成1/2轉時間為19.28 s接近要求時間。

（2） 減速機的選擇

根據減速比較大及安裝要素的要求，選用兩級渦輪渦桿的中空傳動軸標準減速機。

（3）電機功率的選擇

式中：

N計——電機計算功率；

M1——水缸驅動轉矩 970 N·m；

n——電機轉速1 400 r/min；

i——兩級減速機總減速比900；

η——兩級減速機傳動效率0.9。

根據 N計=N額·k

式中：

N額——電機額定功率；

k——電機過載系數。

在此我們選用標準電機N額=0.375 kW。

（4） 彈簧支承反作用力的確定

彈簧支承軸反作用力點到減速機軸心的距離即支承點轉動半徑r2假定為320 mm。

根據結構特點，在此單邊選用2個彈簧支承點，計算結果如下：

最大工作力Pn/N 2 154

最小工作力P1/N 631.714 285 7

工作極限載荷Pj2 408.3

彈簧直徑d/mm 8

彈簧中徑D/mm 45

極限載荷下的單圈量fj5.425

單圈剛度P'd/(N·mm-1) 444

工作行程h/mm 24

極限載荷下的變形量Fj37.975

節距t 13.425

彈簧剛度P'/(N·mm-1) 63.428 571 43

有效圈數n 7

自由長度H0105.975

最小載荷下的高度H196.015 540 54

最大載荷下的高度H272.015 540 54

極限載荷下的高度Hj68.006 306 31

總圈數n19

6　改進后效果分析

（1） 結構更簡單、占用空間更小、電機啟動和停止時整個傳動都有緩沖 ，降低了沖擊和震動，大大提高了各個運動部件的壽命。

（2） 維護更簡單，減速機除了更換潤滑油外，不需要其他維護。

（3） 提高了設備運行的可靠性，以及采用通用的備品備件，有效降低設備維修費用。

7　結論

通過上述的效果分析和對比，改進后的帶緩沖電機驅動后充氣翻轉結構解決了水缸驅動和原電機驅動產生的一系列問題，提高了設備使用壽命，降低了設備故障率，達到了安全、可靠、經濟的效果。

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

Liao Songbai, Hu Runxiang, Qin Shujun
(Yiyang Rubber & Plastics Machinery Group Co., Ltd., Yiyang 413000, Hunan, China)

This paper describes the purpose and signifi cance of motor driven rear infl atable fl ip, outlines the operating characteristics of new buffered motor-driven, combined with rear inflated fl ipped defects of tank driver and the original motor multi-stage reduction drive. This new motor driver not only solves these defects, but also improves the reliability of equipment operation, and increases the device's operating life.

rear infl ated; motor drive; buffer device

TQ330.4

1009-797X(2015)19-0053-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.016

廖松柏（1983-），男，工程師，益陽橡膠塑料機械集團有限公司，主要從事機械設計工作。

2015-01-04