全鋼成型機半成品定長裁斷的應(yīng)用及優(yōu)化

姚亮亮，肖常偉，趙國慶，管延勇，于波 ，袁成銘

(1.青島海瑯特種裝備科技有限公司，山東 青島 266400；2.青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400)

在現(xiàn)代輪胎工業(yè)應(yīng)用中，工廠為了減少半成品轉(zhuǎn)運時間和提高使用者的工作效率經(jīng)常將半成品以一定的方式進行簡單的儲存，到達適當(dāng)?shù)臄?shù)量后轉(zhuǎn)運到下一個工序使用。在成型工藝中，輪胎的半成品就是這樣的。目前普遍的做法是將半成品儲存到卷取小車上然后將小車帶料一起運輸?shù)匠尚蛙囬g使用。因為每一臺小車儲存量少則幾十米多則數(shù)百米甚至幾千米，而一條普通全鋼輪胎的用量不會超過2 m。所以在使用的時候需要將半成品材料按照工藝長度設(shè)定，裁斷成小段。這個過程根據(jù)半成品材料的不同需要選擇不同的裁刀來完成。完成半成品定長裁斷的機械設(shè)備組成大體是相近的。分別是導(dǎo)開小車（前文提及的卷取小車）、后輸送帶、裁刀及其配件、裁刀行進電機、定長開關(guān)和前輸送帶。

在現(xiàn)實的應(yīng)用中卻存在著半成品定長結(jié)果長短有比較大的差別。以雙星LCZ-ZD全鋼三鼓成型機為例，工藝對半成品的定長精度要求是很高的：胎面定長精度要求在±5 mm以內(nèi)，而內(nèi)襯層與左右胎側(cè)的復(fù)合件和鋼絲簾布以及墊膠的定長精度更是要求在±1 mm以內(nèi)的水平。在具體采樣數(shù)據(jù)中主要表現(xiàn)為絕對精度和重復(fù)精度的變化問題突出，給調(diào)試和生產(chǎn)帶來了比較大的麻煩。主要表現(xiàn)在浪費材料，調(diào)整設(shè)備浪費生產(chǎn)時間，影響輪胎的質(zhì)量、不圓度以及動平衡等檢驗品質(zhì)參數(shù)。

1 裁切方式分類

現(xiàn)有的工藝裁斷中，根據(jù)刀具的選擇可分為以下幾種：

（1）圓盤刀。由一個圓型鋸盤和兩個電機組成。其中一個電機負責(zé)帶動鋸盤高速旋轉(zhuǎn)，另一個電機帶動圓盤橫向移動切割半成品。主要應(yīng)用于帶有鋼絲的半成品的裁斷應(yīng)用中。應(yīng)用對象主要是補強帶或鋼絲簾布。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低，能夠?qū)袖摻z等硬物半成品進行有效的裁斷。缺點是高速旋轉(zhuǎn)的鋸片在切割過程中產(chǎn)生大量的熱量，存在安全隱患，產(chǎn)生的鐵沫混在膠料中對產(chǎn)品質(zhì)量存在污染，并且高速旋轉(zhuǎn)的鋸片本身也存在受損飛濺傷人的安全隱患。此種裁斷方式目前已經(jīng)很少應(yīng)用。

（2）熱鉤刀。由一組（兩片）小型刀片、加熱電阻和溫控儀表、刀槽托板、壓料板、伸縮氣缸和電機組成。運行時，刀槽托板抬起，壓料板落下，加熱的鉤刀片伸出刺穿半成品然后在電機的帶動下從中間向兩邊分開完成對半成品的裁斷。主要應(yīng)用于鋼絲簾布的裁斷。優(yōu)點是切口平齊規(guī)整，效率高。缺點是對鋼絲簾布中的鋼絲平行度要求比較高，要求安裝熱鉤刀的精度比較高，否則熱鉤刀與鋼絲作用特別容易損壞刀片，需要經(jīng)常更換。由于跨度比較大，對機械加工精度有一定的要求，否則刀槽和壓料板兩邊起落不一致有可能損傷刀片。

（3）熱切刀，由一個楔形刀片、加熱電阻、溫控儀表、壓料板以及電機組成。運行時壓料板壓下熱切刀在電機的帶動下橫向移動完成對半成品材料的裁切。主要應(yīng)用于對窄條狀半成品的裁斷，比如墊膠。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。缺點是不適應(yīng)半成品厚度的變化，切口容易有粘連不規(guī)整現(xiàn)象出現(xiàn)。由于在切割過程中溫度下降，所以不適合用于寬型膠料裁切。

（4）超聲波刀。由超聲波發(fā)生器、超聲波電纜、超聲波裁刀、壓料板、刀槽托板和電機組成。運行時，壓料板落下，刀槽托板抬起，超聲波發(fā)生器啟動，超聲波通過超聲波電纜傳遞到超聲波刀使其高頻振動再通過電機橫向移動超聲波刀完成對半成品的裁斷。多應(yīng)用于半成品材料厚度和寬度數(shù)值比較大的場景，如胎側(cè)、氣密層以及胎面等。優(yōu)點是效率比較高，切口整齊平滑，適應(yīng)厚度和寬度范圍比較大。缺點是價格昂貴且容錯率低，對半成品材料純度要求比較高，否則超聲波刀容易損壞。

綜上，不同半成品材料對應(yīng)選擇不同的裁斷方式。但無論什么裁斷方式都是為了保障定長精度的準(zhǔn)確。而定長的方式總體分成三種。

2 定長方式分類分析

（1）無定長開關(guān)式。通過伺服電機帶動后輸送帶和前傳送帶在定長開始時將本身編碼器數(shù)值清零，然后同時同速向前運動供料，當(dāng)供料長度到達工藝設(shè)定長度后停止。然后啟動裁斷程序，完成裁斷后后輸送帶電機反轉(zhuǎn)一小段距離以便讓開裁刀返回的路徑。裁刀返回到原點，同時前傳送帶將裁切好的半成品膠料向前輸送一段距離備用。這種方式因為沒有定長開關(guān)所以在定長步驟上會減少從而節(jié)約一定的時間。但優(yōu)點也是缺點由于沒有定長開關(guān)所以半成品膠料的實際位置無法判定，如果在定長過程中暫停后重新定長時現(xiàn)有實際位置無法判斷所以會影響下一個定長的結(jié)果。

（2）定長開關(guān)活動式。顧名思義，這種方式是配備了定長開關(guān)的，但定長開關(guān)安裝在一個滑軌上，可以前后移動位置并配置一個標(biāo)尺。當(dāng)半成品的工藝長度確定后將定長開關(guān)固定到標(biāo)尺相應(yīng)的數(shù)據(jù)處。啟動定長時，前后輸送帶同時同速向前輸送直到定長開關(guān)觸發(fā)后停止。然后實施裁斷，裁切完成后，后輸送帶向后反轉(zhuǎn)一小段距離讓刀，裁刀返回同時前輸送帶將裁斷好的半成品膠料向前輸送一段距離備用。這種方式能夠有效解決無定長開關(guān)式的缺點，但由于空間受限這種定長無法滿足大跨度規(guī)格切換的需要，并且切換規(guī)格時需要重新調(diào)整定長開關(guān)的位置，很不方便。

（3）固定定長開關(guān)式。也是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的方式。當(dāng)定長啟動時，前后輸送帶同時同速向前輸送，當(dāng)輸送到定長開關(guān)觸發(fā)后，停止并將編碼器清零，然后再向前輸送設(shè)定長度與裁刀到定長開關(guān)之間距離的差值后停止（見圖1）。然后裁斷啟動。裁斷完成后后輸送帶向后反轉(zhuǎn)一小段距離讓刀，裁刀返回的同時前輸送帶向前輸送一段距離備用。這種方式就完全解決了前兩種方式的不良之處。

圖1 用時分析圖

隨著工業(yè)的進步，工藝對定長的重復(fù)精度有了更高的要求。如何提高定長精度也越發(fā)緊迫。根據(jù)現(xiàn)有定長方式分析。

假設(shè)工藝要求定長長度為L′,實際定長長度為L，裁刀到定長開關(guān)的距離為L1,定長開關(guān)觸發(fā)到電機停止輸送距離為L1′。

其中L1是實際固定距離。測量準(zhǔn)確不會對定長結(jié)果產(chǎn)生影響。

L1′分別由延時產(chǎn)生的距離和電機減速停機距離組成。伺服電機通過設(shè)定參數(shù)減速停機的距離是相對固定的也不會對定長結(jié)果有影響。而延時響應(yīng)時間的產(chǎn)生原因主要有兩個方面：①系統(tǒng)響應(yīng)延時；②定長開關(guān)本身的響應(yīng)時間差異。當(dāng)程序硬件和程序確定之后系統(tǒng)響應(yīng)時間會在極小的范圍內(nèi)變化，對定長結(jié)果影響非常有限，所以延時產(chǎn)生的影響主要集中到了定長開關(guān)傳感器的響應(yīng)時間差之上。所以硬件選擇至關(guān)重要。

3 接近開關(guān)的選擇

常見的定長開關(guān)分為以下幾種：

（1）接近開關(guān)式。其結(jié)構(gòu)是膠料通過觸碰滾輪使之位置變化從而觸發(fā)接近開關(guān)，然后電機減速停止。這種方式主要應(yīng)用于被檢測物比較薄的情況下。由于這種機械式的觸碰對位置要求很高。而機械結(jié)構(gòu)大多為螺紋式的固定，長期反復(fù)運轉(zhuǎn)后經(jīng)常出現(xiàn)松動現(xiàn)象導(dǎo)致接近開關(guān)誤動作或不動作，導(dǎo)致定長精度受損。簡化結(jié)構(gòu)并且選擇屏蔽型的接近開掛可以有效降低此類問題發(fā)生的頻率，維護設(shè)備的相對穩(wěn)定。

（2）反光板光電開關(guān)式。其結(jié)構(gòu)是上下分布傳感器和反光板。當(dāng)被測物經(jīng)過時遮擋光束使光電開關(guān)觸發(fā)，電機減速停止。由于各傳感器制造商的產(chǎn)品在觸發(fā)光強以及光斑的不穩(wěn)定導(dǎo)致電機停止的位置有偏差，從而導(dǎo)致初始位置不同而影響定位精度。并且上下分布結(jié)構(gòu)很容易使光電觸發(fā)受落灰影響。選擇相應(yīng)時間穩(wěn)定可靠的傳感器型號至關(guān)重要，見表1。

表1 開關(guān)數(shù)據(jù)采樣表

（3）激光對射式。其結(jié)構(gòu)是一對光電，一個發(fā)射，一個接收且光斑很小非常靈敏。當(dāng)被測物經(jīng)過擋住激光，傳感器觸發(fā)電機減速停止。這種傳感器相對價格比較高，但響應(yīng)穩(wěn)定可大大提高定長精度的穩(wěn)定性。

所以，應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用和精度要求，慎重選擇定長開關(guān)，達到穩(wěn)定定長重復(fù)精度的結(jié)果。

其實定長開關(guān)安裝的位置也很重要。這里主要影響L2的數(shù)據(jù)。當(dāng)定長距離小于裁刀到定長開關(guān)距離，即L1+L1′的數(shù)值大于設(shè)定值L′時L2的值將成為負數(shù)，這時電機會反轉(zhuǎn)達到完成定長的目的。為了減少傳動誤差，應(yīng)盡量防止在走絕對位置的過程中輸送帶點擊反轉(zhuǎn)。這樣就需要將定長開關(guān)的安裝位置適當(dāng)?shù)目拷玫兜奈恢谩?/p>

雖然優(yōu)質(zhì)的定長開關(guān)能夠減少延時時間，但這一數(shù)值不會消除。所以除了硬件選擇以外還可以通過調(diào)整軟件的設(shè)置來進一步減少因為響應(yīng)延時帶來的定長波動。除了將電機的傳動比設(shè)置盡量精準(zhǔn)以外，為了將因定長開關(guān)響應(yīng)時間波動從而影響電機停止時的位置（零點）的影響降到最低，可將定長開始時輸送帶的速度V1適當(dāng)降低，從而降低L1′的變化，然后將后面的定位速度V2適當(dāng)設(shè)置高一些。這樣既能降低影響穩(wěn)定定長精度，又可以提高定長的效率，見圖2和表2。

圖2 改善用時分析圖

表2 數(shù)據(jù)采樣表

穩(wěn)定定長長度的方法是：

（1）選擇優(yōu)質(zhì)的定長開關(guān)（要求高的可以選擇激光光電開關(guān)）。

（2）正確安裝定長開關(guān)的位置。

（3）軟件設(shè)定優(yōu)化。

4 總結(jié)

通過綜合的選擇和應(yīng)用以及正確的安裝和調(diào)試，可以將定長精度控制在±1 mm以內(nèi)，從而節(jié)約半成品用量，降低生產(chǎn)成本，還能通過規(guī)范的定長長度和貼合水平改善輪胎的質(zhì)量恒定水平和RRO穩(wěn)定性以及動平衡精度，對輪胎的OE合格率有非常大的提升。而定長裁斷的精度提高更為今后實現(xiàn)自動貼合半成品膠料奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為成型機的自動化和智能化提供了前提條件，對提升中國自主制造的橡膠機械設(shè)備在全球行業(yè)內(nèi)的競爭力有著非常重要的作用。