四工位鋼絲圈生產線性能提升

盛韶祥，高棟煜，洪潮，阮保林

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

鋼絲圈在輪胎中的作用是高強度鋼絲束、維持輪胎和輪輞在同一轉動面、固定輪胎在輪輞上，對輪胎的質量和安全性起著重要作用。國內外鋼絲圈生產線存在著一些機構上的缺陷。傳統生產線生產出來的輪胎將無法滿足市場對高質量和安全性的需求，設計更合理、先進的生產線將提升公司在行業中的競爭力，有利于控制生產成本等。

1 四工位鋼絲圈生產線介紹

主要由導開裝置、擠出機-敷膠、儲絲機構、預彎曲機構、鋼絲纏繞機構五大部分組成：

（1）導開裝置：四個導開裝置兩兩背靠背安裝，由預彎曲和鋼絲纏繞機構的牽引力使鋼絲工字輪導開，通過控制摩擦力使工字輪和生產線的速度達到匹配。導開后除塵裝置擦去鋼絲上的雜質，再經過預熱裝置讓鋼絲達到50-90度，這樣可使后面鋼絲敷膠效果更好。

（2）擠出機-敷膠：采用Φ65冷喂料擠出機，機頭的排絲板先定位鋼絲，排絲板和口型之間形成膠料的高壓腔對鋼絲進行敷膠，口型控制敷膠后鋼絲的直徑，排膠口開合程度可控制機頭內壓力大小。

（3）儲絲機構：四組儲絲機構有各自的牽引電機，互不干涉，鋼絲在18個定滑輪和18個動滑輪上螺旋纏繞實現儲絲效果，機架上有上下限位開關可控制生產線速度使動滑輪不會沖出極限位。動滑輪上有鉛塊配重，使其上下運動平穩并對鋼絲有一定的拉力防止跳絲。最長儲絲量可達25 m。

（4）預彎曲機構：類似于微型的儲絲機構，無桿氣缸作用在動滑輪上用來調節其位置和鋼絲張力。預彎曲輥用來調節鋼絲的曲度，適用于不同規格的鋼絲圈。

（5）鋼絲纏繞機構：主要實現送絲、排絲、主軸鋼絲纏繞、切絲等動作，主要工作順序是：主軸上的6塊纏繞盤擴張開，送絲機構夾住鋼絲把鋼絲頭部送到纏繞盤的夾絲器上，夾絲器夾住鋼絲后送絲機構松開并退回原位，同時主軸帶動纏繞盤轉動，每繞一圈排絲機構會橫向跳動一個鋼絲距離，當一層排好后排絲機構會向上抬高一個鋼絲距離再橫向排絲，重復前面兩個動作直到鋼絲圈纏繞完成，切絲機構切斷鋼絲，纏繞盤縮小，卸圈器取出鋼絲圈。鋼絲圈生產線布局如圖1所示。

2 鋼絲纏繞生產線工藝規范

鋼絲圈主要工藝規范有：①鋼絲圈內徑公差±0.5 mm；②鋼絲圈周長公差±1.6 mm；③接頭允許重疊0～20 mm；④不允許有重疊和漏排的鋼絲；⑤允許橢圓度最大4 mm；⑥鋼絲排列整齊、無缺膠變形、無漏鋼絲；⑦鋼絲敷膠前無鐵銹、無油污和雜質；⑧鋼絲圈重量公差±3%；⑨鋼絲敷膠后直徑公差±0.5 mm；⑩鋼絲抬絲起始到終了長度≤150 mm；鋼絲圈露銅面積≤2處（單根鋼絲漏銅小于10 mm）。當生產的鋼絲圈超出了工藝規范就屬于次品，需要被報廢。

3 纏繞機構性能提升設計

3.1 纏繞機構的重要性

圖2為鋼絲圈生產線的機頭纏繞結構，美國巴特爾、天津賽象、江陰勤力等制造廠家都采用這種結構。纏繞盤擴張大小、6塊盤的錯位現象和第一塊纏繞盤夾絲口槽形狀會影響鋼絲圈的內徑、周長、橢圓度、重量、排列整體度和接頭長度等，排絲機構影響鋼絲圈的排列整齊度。生產工藝規范中除了第7條，其余10條都與纏繞機構相關，所以生產線的主要技術核心就集中于此，這里的生產進度得到保證就可以提高鋼絲圈的合格率、減少報廢品。

3.2 目前纏繞機構的缺陷

3.2.1 排絲結構缺陷

圖2 機頭纏繞結構

圖3為鋼絲排絲機構，纏繞盤逆時針旋轉，排絲嘴把從預彎曲過來的鋼絲初步定位，排絲輪再把鋼絲壓在纏繞盤槽口內進行精確定位防止抖動跳動，鋼絲按程序里設定的排列順序進行纏繞。每根鋼絲敷膠厚度為1.7 mm,鋼絲圈由鋼絲纏繞50圈左右形成，因此如果鋼絲定位上有偏差經過累加后鋼絲圈形狀會發生很大變化而不符合工藝規則。根據圖3的結構簡圖可以發現以下設計缺陷：①四個排絲輪無法整體左右調整位置；②四個排絲架鎖緊過緊就是卡死，過松就無法保證排絲輪44.4 mm的間距；③每個排絲架用平面軸承和墊片隔開，很容易磨損；排絲輪上的軸承用卡簧固定，排絲輪會軸向串動，排絲輪轉動時會晃動不能保證44.4 mm的尺寸；④當架子有變形和磨損時只能更換整套裝置，無法做到調節單個排絲輪。根據維修統計生產線70%以上的故障都集中于此，這個部位易損件多，排絲輪和排絲嘴每天都需更換。

圖3 排絲機構

3.2.2 纏繞盤結構缺陷

圖4為纏繞盤機構，纏繞盤由帶槽口的鋼塊和鋁座通過定位銷和螺栓連接而成，纏繞盤固定在滑塊座上，滑塊座由橫向和縱向滑塊安裝在中心移動軸上，移動軸的伸縮使纏繞盤實現擴張和收縮。在這個裝配過程中滑塊固定螺紋孔、定位銷孔的位置和鋼塊、鋁座、滑塊座、移動軸的加工誤差共同作用下影響這裝配精度，使得6塊纏繞盤會相互錯位。根據實際使用情況巴特爾鋼絲圈生產線錯位能達到1 mm,國產生產線能達到2.5 mm，嚴重影響鋼絲圈排列質量。

圖4 纏繞盤機構

圖5為第一塊纏繞盤上夾絲口，第一塊纏繞盤夾絲器夾住鋼絲的起頭部位再拉著鋼絲轉動，當旋轉一圈后又到夾絲口位置時橫向滾珠絲杠會帶動排絲機構移動一根鋼絲距離，當第一層鋼絲排好后再到夾絲口時，縱向滾珠絲杠會把排絲機構抬高一根鋼絲距離，以此往復形成一個鋼絲圈，鋼絲圈夾絲口處就形成了一個接頭和一段重疊。夾絲口處不是弧形，而是直線型，這樣會影響鋼絲圈的周長、橢圓度和接頭長度。

圖5 夾絲口結構

3.3 纏繞機構優化改進

3.3.1 排絲結構改進

根據現有的缺陷我們需要設計一套能整體調節排絲架位置又能單個調節排絲輪位置、消除軸承固定和加工誤差產生的安裝間隙、減少各部件的磨損。如圖6是新設計的排絲機構爆炸圖，這種設計有以下優點：①采用鎖緊式安裝軸設計，可以把四個擺動架鎖緊以后整體移動位置；②擺動架安裝采用一對角接觸軸承背靠背安裝，鎖緊以后不會出現卡死或者鎖緊過松，同時可以消除軸承的內外圈的間隙和各部件加工誤差產生的間隙，排絲輪間距44.4 mm能更有保證。③排絲輪也采用角接觸軸承再加蝶形彈簧安裝，螺栓擰緊后蝶形彈簧的彈性可以排絲輪一個預緊力，可以消除間隙防止軸向竄動。蝶形彈簧的變形量可以用來微調排絲輪軸向位置，當某個排絲輪間距發生變化時就可以通過螺栓調整位置，而不需要整體更換備件，也可通過增加蝶形彈簧數量來達到更大的調節量和預緊力。

圖6 排絲機構爆炸圖

3.3.2 纏繞盤機構改進

纏繞盤機構是由多個部件組成的裝配體，每個部件都存在加工誤差，比如纏繞盤就有10多種不同的規格進行切換，報廢的纏繞盤和新購的尺寸偏差都不一樣，所以通過提高各部件的加工精度來消除纏繞盤錯位現象幾乎很難實現。本論文設計的方案能很方便解決纏繞盤錯位，而且生產精度很高。如圖7在纏繞機構上增加一塊環形纏繞盤位置糾正板，要求新買的纏繞盤都是半成品（先不加工定位銷），把纏繞盤靠在糾正板上保證在一個平面內，這時再鎖緊纏繞盤的鋁座和鋼塊的連接，這樣就防止了各部件加工誤差引起的纏繞盤錯位，再拆下纏繞盤返廠加工定位銷（期間要防止鋁座和帶槽口鋼塊間移動），這樣的加工順序能使6塊纏繞盤平面度很高，有效消除錯位現象。

圖7 纏繞盤機構簡圖

如圖8所示，纏繞盤夾絲口處設計為圓弧形，可保證鋼絲圈的周長和生產工藝尺寸保持一致；鋼絲纏繞的起頭處在夾絲齒內和排列的弧面有落差，設計預抬高可以抵消落差引起的間隙使排列效果更加好。

圖8 纏繞盤夾絲口

4 導開機構性能提升設計

4.1 導開工字輪結構缺陷

四工位鋼絲圈生產線為被動導開方式，通過摩擦制動方式控制導開速度，圖9為工字輪裝配圖，生產時鋼絲裝在工字輪兩側板的中間，需要經常拆卸工字輪來更換鋼絲。工字輪重約100 kg，鋼絲重約250 kg，根據力的傳遞原理此結構在制動時內部會產生很大的扭矩力，造成各部件加劇磨損和疲勞斷裂，采用Φ32的轉動軸直徑也偏小，容易斷。下圖是工字輪各部件現場磨損情況。

圖9 工字輪裝配圖

4.2 導開工字輪結構改進

以減輕重量、減少磨損、方便員工操作為改進方向設計新結構工字輪，圖10為改進后工字輪。中心軸采用方軸可提供比原來圓軸更高的強度；剎車輪上的制動力可以通過方軸直接傳遞到工字輪上，取消剎車輪上的銷軸，簡化了剎車輪結構，消除易損件；右側板和中間桶是焊接成一體，可以減少多個部件，減輕重量方便操作；左側板通過螺栓固定在中間桶上，不受鋼絲的重力。改進后的工字輪運轉非常平穩，故障很少。表1為使用數據。

表1 改造前后數據對比

5 結論

通過對生產線的性能提升，可以大幅減少鋼絲圈的直接報廢，同時尺寸、排列、接頭等得到改善可以提升鋼絲圈質量。

圖10 新結構工字輪

生產線設備的性能提升將是輪胎企業的重點工作，為企業降低生產成本，提高產品在行業內競爭力，使企業在行業的整合中處于有利地位。