基于SolidWorks三維軟件的全自動輪胎去毛機設計

穆德敏 陳廣碩 郝國斌 張 馳 周紹馳 趙 旭 姜 旭

(1.沈陽工學院遼寧省數控機床信息物理融合與智能制造重點實驗室，遼寧 撫順 113122；2.沈陽工學院機械工程與自動化學院，遼寧 撫順 113122)

1 全自動輪胎去毛機結構

TB輪胎自動修邊機在輪胎產線上可以全程自動化實現對輪胎的接收、胎面及胎側胎毛的去除、輪胎的踢出，節省了大量的人力、物力，可以明顯提高輪胎生產效率、產品質量。同時也完成了整個輪胎自動修邊機框架設計。

本次設計主要運用solidworks軟件，通過三維建模，零件的虛擬仿真、動畫，實現了產品設計全過程的數字化，通過虛擬裝配，對各相關零部件進行了干涉檢查，為后續的實際裝配保駕護航，為實現數字化制造奠定了基礎。

設備的整體布局形式(圖1)采用立式布局，包括機身、輪胎旋轉自定心機構、輪胎割毛進給機構，其中機身采用鋁合金型材通過角架進行模塊化組合，機身上部設有安裝支架固定輪胎割毛進給機構，包括上下運動進給汽缸和刀具前后動作的手指汽缸；刀具固定在手指汽缸下方的刀具座上；機身中部固定有鋁板支撐輪胎旋轉及自定心機構，輪胎旋轉及自定心機構，包括主驅動輪、自定心滾輪、自定心滾輪。因此，通過立式布局加工替代輪胎水平進入臥式加工，可以節省大量的能源，充分地利用其重力因素以及輪胎特點，實現其自動滾入；同樣地，利用該特點，實現物料的輸出，實現整個加工過程的自動化。

實現滾輪運動的氣動進給機構，主要包括導軌座、圓導軌、固定板、汽缸，通過螺栓與鋁板連接固定在一起，氣動進給機構共有3套，分別位于45°、135°和315°方向上，主要用于自定心滾輪的自動進給，主驅動輪由旋轉電機通過聯軸器采用直聯的方式實現轉動，旋轉電機通過螺栓將支桿和鋁板連接在一起。

輪胎全自動去毛機在設計過程中，充分地融入環保理念，在設備的下方增加托盤裝置，實現對胎毛回收，進而實現了從切割的自動化加工過程到胎毛的回收過程的全流程管理；在整體框架的搭建上，采用目前流行的鋁型材組裝形式，具有裝配速度快，外形美觀等特點。

圖1 全自動輪胎去毛機的外觀效果

2 全自動輪胎去毛機控制系統

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，它構建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發環境。其中硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；軟件則是Arduino IDE，是計算機中的程序開發環境，只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會告訴Arduino電路板的具體動作。

在全自動輪胎去毛機的電氣控制系統中，通過Arduino板子來控制整個系統及用于控制繼電器、直流電機、電磁閥等，包括繼電器起到弱電控制強電的作用下，用于連接Arduino與5個電磁閥和電機，并使Arduino輸出的5V電壓能夠控制220V的電磁閥和電機，電磁閥在通電之后是通過掌握氣體流向來控制5個氣動的汽缸。另外紅外遙控模塊負責給Arduino板子發送指令執行所有程序。

3 氣動自動定心控制

氣動技術是以壓縮空氣作為介質，以空氣壓縮機作為動力源來實現能量傳遞或信號傳遞與控制的工程技術，是流體傳動與控制的重要組成技術之一，也是實現工業自動化和機電一體化的重要途徑。

本設計利用氣動技術的特點，采用空氣作為動力源，汽缸作為執行元件。設計過程中采用了單桿汽缸形式，通過圓導軌進行導向，利用磁性開關作為位置反饋，從而實現了自動化動作過程。

在Arduino版控制電磁的各個動作，充分利其用其高效、快捷、環保、綠色等特點，采用3組汽缸實現自動定心，在氣源的作用下，通過汽缸帶動3個滾輪實現自動找正輪胎中心的目的，因此，整個運動過程，具備速度快、定心準等特點。

4 切割機構

采用直線型汽缸推動前端手指汽缸，刀頭在手指汽缸的夾持下，通過輪胎的高速旋轉，實現輪胎的割毛動作。刀片的形式采用仿形設計，充分地與輪胎表面貼合，可以有效地保證切割之后的胎毛高度一致，保證全范圍、無死角地切除表面的胎毛，是本套機構中的核心所在。刀片的材質，采用了優質不銹鋼，具有硬度高，耐腐蝕性好，刃磨后鋒利等特點，很好地解決了刀片使用壽命短的問題，提高了產品運行的可靠度。

5 效果驗證

本機構經過部件組裝，結合控制部分的綜合調試，并充分地進行了機構的試驗，加工節拍可以實現20s/件，取得了良好的效果。結合后期企業實際加工的需要，可以考慮增加物流的周轉，融入MES系統，將ERP等先進的管理方式運用在整個流程之中，從而可實現全流程的自動化加工。

6 結語

本結構經過SolidWorks三維設計，并進行了虛擬仿真裝配，模擬動作過程，解決了裝配過程中無法遇見的問題，為結構的進一步優化奠定基礎。采用氣動系統來實現汽缸的各個動作，進而控制輪胎的自定心，在電機的帶動下，實現輪胎的旋轉，在進給汽缸以及手指汽缸協同作業下，實現了輪胎全自動去毛的目的。整個去毛過程，結構簡單可靠，傳遞鏈短，高效節能，采用底部配托盤形式，進一步實現了回收的作用，更利于周圍環境的整潔與清潔。