巨型工程機械子午線輪胎鋼絲簾布裁斷機導開裝置的設計

李寶龍，趙建東，馮 爽

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

工程機械子午線輪胎的種類很多，一般將輪胎標準輪輞直徑為1 244.6 mm（49英寸）及以上的產品稱為巨型工程機械子午線輪胎（簡稱巨胎），其主要用于礦山采掘和工程建設行業[1-4]。

鋼絲簾布裁斷機是輪胎生產企業的關鍵設備之一，可將鋼絲簾布按照生產工藝要求裁切成不同的寬度，為輪胎成型做準備[5]。與常規的載重輪胎相比，巨胎的直徑和鋼絲簾布厚度較大，這就對其裁斷機的導開裝置提出了更高的要求。

根據市場需求，我公司設計了一種用于1 244.6～1295.4 mm（49～51英寸）巨胎鋼絲簾布裁斷機的導開裝置，現介紹如下。

1 導開裝置的設計思路與工作過程

導開裝置的作用主要是完成鋼絲簾布卷（簡稱料卷）及墊布卷的導開，使鋼絲簾布與墊布分離，并將墊布卷曲回收使用。

1.1 設計思路

導開裝置的設計需要考慮人工上料及鋼絲簾布糾偏2個問題。由于鋼絲簾布厚度為4～8 mm，每平方米的質量為30～50 kg，人工引料時會出現如下問題：從料卷引出料頭到牽引輥后，還要將其從牽引輥再跨到輸入輥道上，需要4人才能完成，因此需要設計合理的接料裝置，以節省人力；另外，針對鋼絲簾布在輸送過程中易跑偏的問題，需要設計糾偏裝置，以保證送料精度[6-7]。

1.2 工作過程

本工作設計的導開裝置為單工位、固定式導開結構，主要包括導開小車、糾偏裝置、輸送裝置和擺動裝置等，布局如圖1所示。導開裝置工作過程為：首先，牽引裝置完成料卷牽引，輸送帶將料卷輸送到牽引輥處，在輸送帶上完成料頭的拼接工作，可大大降低工人的勞動強度；當檢測到鋼絲簾布偏時，由導開裝置完成鋼絲簾布糾偏；牽引裝置通過擺動輥道輔助完成鋼絲簾布的過渡，可避免工人牽料；最后，輸送裝置將鋼絲簾布輸入到裁斷機處，完成裁切。

圖1 導開裝置布局示意

2 導開裝置的功能分析

2.1 導開功能

料卷放入導開小車后，人工分離鋼絲簾布與墊布，將墊布通過折返輥送入墊布卷曲工位，然后由伺服電機控制卷曲墊布。料卷由2個伺服電機協同控制張力，使墊布卷曲與料卷導開的力達到平衡。裝置可以進行料卷直徑檢測，當料卷用完時會發出警告，提示操作人員及時更換料卷以平穩送料。

2.2 糾偏功能

糾偏裝置在導開小車底部，與斜輸送帶上的光電檢測儀器共同完成糾偏工作。斜輸送帶采用顏色識別傳感器，通過鋼絲簾布與輸送帶形成的鮮明色差（鋼絲簾布為黑色，輸送帶為白色）實現傳感器的檢測工作。

采用2對傳感器（見圖2），通過糾偏裝置讓鋼絲簾布邊緣始終處于傳感器1和2之間，糾偏誤差小于5 mm。在輸入輥入料口設有定中裝置，可以將預糾偏的鋼絲簾布保持在設備中線上，保證鋼絲簾布前部與裁切刀口保持水平。機械手拉料時通過與輸入輥伺服控制配合完成動作，保證鋼絲簾布沿直線前進，同時保證輸送精度，減少廢料的產生。

圖2 傳感器布局示意

2.3 擺動接料功能

儲料裝置如圖3所示。在保證裁切效率的前提下，機械手拉料速度明顯高于料卷導開速度，為了保持拉料的持續性，通常會多儲存一塊鋼絲簾布形成一個儲料兜。儲料裝置下部帶有檢測鋼絲簾布位置的傳感器，其與伺服電機配合，可以保證儲料充足。

圖3 儲料裝置示意

牽引輥中心與輸入輥中心的距離較大，為1 620 mm，而且鋼絲簾布質量比較大，人工牽引十分困難，因此設計了一種可以開合的擺動裝置。引料時，擺動裝置閉合（見圖4），形成類似拱橋的結構，擺動裝置上裝有自由輥，只需要簡單干涉即可平滑過渡，可以減輕操作人員的工作強度，提高操作安全性。

鋼絲簾布被牽引到裁切裝置刀口時，帶有單向軸承的壓輥壓下，隨著擺動裝置打開（見圖5），牽引輥繼續送料，形成儲料兜，該送料方式可以大大減少操作人員的工作量，提高工作效率。

圖5 擺動裝置打開

2.4 異物檢測功能

導開工位設有異物檢測裝置（見圖6），在鋼絲簾布露銅、有明顯異物等時可以自動檢測并聲光報警。

圖6 異物檢測裝置

異物檢測裝置采用高精度視覺傳感器，可對經過視覺鏡頭的物料進行拍照，并根據生產工藝要求對物料的缺陷進行判斷。其安裝在裁斷機導開位置，對設備運轉中附著在鋼絲簾布上和簾布底面的塑料雜質等異物進行自動檢測，發現異物時進行聲光提示或停機，操作人員對異物處理后，設備繼續工作，從而減小因摻入異物對輪胎質量的影響。

3 導開裝置的電氣和氣壓傳動控制

輪胎生產消耗了大量的人力和物力，因此其轉型升級意義重大，智能化、信息化、數字化技術的應用十分必要。

3.1 可編程邏輯控制器（PLC）技術的應用

目前，在橡膠機械領域的電氣自動化系統中，應用較為普遍的是PLC技術，PLC技術相對穩定可靠，適應性強，編程直觀方便，是實施智能化、信息化、數字化制造的關鍵。

導開裝置是鋼絲簾布裁斷機的一部分，具有較高的精度及較快的響應速度，集成性高，而PLC技術在自動控制、數據控制、順序控制等方面具有較高的優勢，因此，本工作導開裝置電氣控制采用PLC技術的控制方式。

目前，主流的PLC廠家有日本三菱集團、德國西門子股份公司、美國羅克韋爾自動化公司（簡稱AB公司）等。本工作根據我公司的技術資源儲備以及輪胎企業的需求，選擇AB公司的PLC控制系統。其導開裝置中的伺服電機、變頻電機、氣缸、傳感器和檢測系統等通過PLC技術聯結成整體系統，結合軟件控制語言的編輯，形成一套完整的控制系統，操作人員直接通過人機界面完成參數的錄入、修改及運動控制，大大增加了可交互性，具體特點如下。

（1）采用工控機實現設備的操作、監控、報警與狀態顯示。

（2）提供豐富的在線監控及故障報警功能，既可監控PLC程序的執行情況，也可監控控制系統及伺服驅動系統的各項狀態信息，并可對控制系統及伺服驅動系統所有的故障信息進行報警。

（3）實時監測設備的運行狀態，出現故障立即報警，并可進一步查詢故障原因及解決辦法。

（4）用戶圖形界面擁有強大的圖形顯示功能，可以用圖形的方式直觀地表達導開裝置的運行狀態、參數設置、故障診斷等功能，各關鍵部分的傳感器、執行器、工藝步驟、工作壓力等數據及工作狀態直觀地顯示在操作屏上，操作人員可以實時掌握設備整體及各部分的運行狀態。

（5）參數設定由PLC和人機界面組成的控制系統完成，在人機界面可以實現參數的設定、修改、存儲、調用及故障診斷。可以提供人機界面讀取PLC數據的端口，并提供各參數、狀態的詳細地址。根據需求PLC還可以進行擴展，擁有更強大的控制功能。

3.2 氣壓傳動技術的應用

3.2.1 氣壓傳動技術

與機械傳動、液壓傳動和電傳動相比，氣壓傳動具有許多突出的特點，近年來發展迅速[8]。目前，氣壓傳動技術結合了機械傳動、液壓傳動、電氣和電子技術的許多優點并加以創新，已成為實現生產過程自動化的重要手段，在汽車制造業、生產自動化、包裝自動化等領域得到了廣泛應用。

3.2.2 氣壓傳動系統的優缺點

3.2.2.1 優點

（1）裝置結構簡潔，安裝和維修便捷。

（2）空氣取之不盡，用之不竭，排氣簡便，沒有環境污染，成本低廉。

（3）輸出力及工作速度非常容易調節，氣缸運動速度比電氣方式及液壓傳動的速度快。

（4）氣壓傳動元件可靠性強，使用壽命較長。

（5）空氣具有可壓縮性，能夠儲存能量，實現集中的供氣，能夠短時間內釋放能量。

（6）與液壓方式對比，氣壓傳動方式能在高溫場合使用。

3.2.2.2 缺點

（1）因為空氣的壓縮性，氣缸工作容易受到負載的變化影響。

（2）氣缸在較低速度動作時，其穩定性沒有液壓缸好。

（3）氣缸的輸出力較低，不能滿足在大負載下使用的要求。

3.2.3 導開裝置的氣壓傳動設計

本工作導開裝置的氣壓傳動設計見圖7。

圖7 導開裝置的氣壓傳動設計

圖7中：1為SMC（中國）有限公司生產的氣壓傳動三聯件，可以處理壓縮空氣中的水分子及雜質，從而使過濾后的壓縮空氣符合氣壓傳動元件的使用要求；2，6，10為集成式閥組底座（插入式閥組底座），可以將實施各功能動作的電磁閥集成在一起，每個電磁閥不需要單獨連續電纜，使得氣壓傳動控制元件能夠節約安裝空間和人工成本等；3為三位五通中封式電磁閥，在設備急停狀態下，電磁閥失電邏輯回到中腔封閉位置，可對擺動裝置進行急停軟控制；4，13為減壓閥，起到減壓及穩壓的作用；5，7，9為氣缸排氣節流閥，調節氣缸伸出/縮回速度以及調整兩個共同工作的氣缸的同步性；8為兩位五通雙電控，起到雙穩（急停時電磁閥保持原位，不切換）作用；11，12為兩位四通手動閥及消音器，起到對接頭裝置氣缸的換向作用。

4 結語

本工作設計的巨胎鋼絲簾布裁斷機導開裝置已經在某輪胎廠得到應用，總體使用效果符合預期。與傳統設備相比，該導開裝置從上料到引料降低了操作人員的勞動強度，提高了工作效率和設備的智能化程度，體現了智能制造的優勢，但裝置并未完全達到智能化，可在未來繼續進行探索和開發。