一種膠管繞帶設備的繞帶動作設計

徐衛國

摘 要：分析企業膠管產品的手工繞帶過程，分解繞帶工藝動作，對其中關鍵工藝動作進行機械傳動設計和電氣控制設計。設備研制成本低，操作簡單方便，提高了企業膠管生產質量和效率。

關鍵詞：繞帶 動作標準 機構設計 控制設計 研發膠管自動繞帶設備

The Design of the Winding Action of a Rubber Hose Winding Equipment

Xu Weiguo

Abstract：The article analyzes the manual winding process of the company's hose products， decomposes the winding process actions， and designs the mechanical transmission and electrical control of the key process actions. The equipment development cost is low， and the operation is simple and convenient， which improves the quality and efficiency of the enterprise's hose production.

Key words：belt winding， action standard， mechanism design， control design， research and development of automatic hose winding equipment

1 引言

某企業膠管產品尺寸及工藝參數要求見表1。膠管生產操作過程是：首先把長條形膠料包覆到芯棒上，通過整形設備將膠管滾壓成圓形（此階段稱為定型），其次用手工繞制方式將繞帶繞制在已定型半成品膠管上，繞帶的目的是減少或避免膠管在后續硫化過程中產生氣泡或膨脹變形等缺陷，最后對膠管送硫化設備硫化，其中繞帶是膠管生產中最為關鍵的工藝。傳統的繞帶采用人工操作，工人根據自己的操作習慣和熟練程度進行繞帶操作，隨意性強，無法保證繞帶的質量。現根據某企業要求，設計繞帶設備，能把繃帶均勻纏繞到膠管上，達到提高繞制質量和效率的目的。

通過對現場手工繞帶工藝的反復觀察和研究，將繞帶工藝進行分解為：進帶、粘帶、繞帶、切帶四個動作，其中繞帶動作是在繞帶工藝動作中的關鍵的動作，繞帶動作的設計也是繞帶設備研制的重要部分。下面闡述繞帶設備中繞帶動作的設計。

2 繞帶動作機械運動部分設計

2.1 繞帶運動要求

繞帶運動可由膠帶勻速直線移動速度和繞帶芯棒的勻速圓周轉動速度的合成，繞制結果由繞帶疊合率定義：

C=B/T

其中：C為疊合率（膠帶繞制重疊參數）;B為膠帶寬度（mm）;T為膠帶帶距（膠帶螺旋線相鄰對應點件軸向距離，mm）。疊合率C大小由繞帶工藝要求確定，為保證膠管質量，經試驗論證C=1.7±0.1為適宜。

2.2 機械傳動設計

繞帶動作的完成是由膠帶的勻速直線移動和繞帶芯棒的勻速圓周轉動合成完成的（如圖1所示，主要零部件說明：01機架，02為電機，03、11、13為同步帶輪，04、12為同步帶，05為墻板，06為滾動軸承軸承，07為傳動軸，08為彈性夾頭，09為排線器，10為尾座頂尖，14為膠帶芯棒，15進料輪，16為光桿）。

膠帶的直線移動運動鏈：原料膠帶夾持在進料輪15上，通過張緊裝置，膠帶被均勻拉伸移出進料輪15包覆芯棒14表面。膠帶移動動力由電機02提供，電機輸出軸經過同步帶輪03和11，將動力輸出到光桿16，帶動光桿16旋轉，排線器09通過三個滾動軸承（排線器設計原理后述）將輸入光桿16的旋轉運動換為排線器09的直線移動，進料輪15安裝在排線器09上，從而使膠帶獲得均勻的直線移動速度。

繞帶芯棒14的勻速圓周轉動運動鏈：電機02動力經過同步帶輪03和11，一方面輸出到光桿16，使膠帶獲得直線移動;另一方面通過同步帶輪11和13，將動力輸出到傳動軸07，傳動軸07帶動前端彈性夾頭08轉動，因繞帶芯棒14左端由彈性夾頭08夾持，右端由尾座頂尖10定位，彈性夾頭08轉動使繞帶芯棒14獲得圓周運動。

膠帶勻速直線移動速度和繞帶芯棒的圓周轉動速度的比值，形成疊合率C，可由同步帶輪1、11和13的齒數決定，也可利用排線器調整。

2.3 排線器結構設計

排線器09的勻速直線移動是膠帶繞帶均勻繞制的保障。排線器的工作主要是靠軸承的摩擦和換向臂的換向。排線器的結構，由光桿和三個成一定角度方向的滾動軸承等零部件件組成。三個滾動軸承安裝裝在三個方形架上，方形架用短軸安裝在排線座上，三個滾動軸承，一個和光桿上面接觸，兩個和光桿下面接觸，滾動軸承和光桿呈角度傾斜接觸。光桿轉動，三個軸承內環被摩擦力帶動而作軸向移動。排線器在移動中到達所需位置后，碰到擋塊，通過撥板，方形架的傾斜方向同時發生改變，軸承環傾斜角由正值變負值，排線器作反向移動。調整偏心距離，可改變三個滾動軸承的傾斜程度，從而改變排線器移動速度，達到改變膠帶移動速度的目的。

3 繞帶動作運動控制部分設計

繞帶動作的繞制速度由雙速電機或無極調速器控制變頻電機轉速確定，繞帶動作的直線移動限位可有下列三種控制方式之一實現：排線器的擋塊控制方式、繼電器控制方式和PLC控制方式。經過多次調試驗證，決定采用繼電器控制方式。根據企業實際要求，排線器擋塊控制和PLC控制，作為設備后期改進控制方式備選，見圖2。

繼電器控制方式簡述如下：（1）選用雙速電機或變頻電機的變速控制線路;（2）雙速電機，通過轉換開關QB手動控制來選取所需的轉速;（3）開始繞帶時，QB在“1”位置，按1SB，則1KM得電且自鎖，電機定子繞組成“△”型運行，正向繞帶;（4）繞帶機運行到適當的位置，按下停止按鈕（或行程開關自動啟動）SB停止繞帶;（5）反向退回時，QB扳“2”位置，再按下2SB，則2KM得電且自鎖，電機定子繞組連成“Y”型快速退回。（6）繞帶機運行到適當的位置，按下停止按鈕（或行程開關自動啟動）SB停止退回，復位準備下一輪的繞帶工作;（7）接觸器1KM與2KM（或3KM）互鎖，使二者不會同時得電，以避免電源短路等事故。

4 結語

目前國內尚無面向橡膠管件的繞帶設備，本設計通過對繞帶工藝的觀察研究，將繞帶工藝進行分解為進帶、粘帶、繞帶、切帶等，并就其關鍵動作繞帶進行了機械傳動和電氣控制設計。該設備造價低，實際使用好，操作簡單，使用方便，大大提高了企業膠管生產的質量和效率，為繞帶工藝自動化研發提供了參考。

基金項目：江陰職業技術學院科研項目課題“面向橡膠管件的繞帶工藝及設備的研究”（18E-JD-22）。

參考文獻：

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