高效貼合鼓機箱成型機

李佳修 ，陳子杰 ，劉玲

(1. 杭州中策清泉實業有限公司，浙江 杭州 311400;2. 杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

0 引言

1 研究背景

輪胎胎體鼓是將帶狀、片狀膠料與胎圈制作成胎體半制品的裝置。實際生產中，需要通過胎體鼓旋轉與鼓板的漲縮兩個動作完成生產需的求，現有的胎體鼓機箱內部傳動形式復雜，采用單臺電機帶動胎體鼓的旋轉與鼓板的漲縮是兩個獨立的動作，鼓體的旋轉與鼓板的漲縮是兩個獨立的步驟，單靠一個離合器難以控制兩個步驟的完成，離合器吸合時鼓體實現轉動；離合器斷開時鼓體內部絲杠轉動帶動鼓板相連的滾珠滑塊滑動撐開鼓板，兩個步驟無法同時進行，離合器吸合與斷開來回調換步驟浪費時間，降低生產效率，鼓板撐開時內部的滾珠絲杠與絲母受力增強，造成絲桿、絲母、滑塊破損幾率提高，大大提高機器的故障率，胎體制品制作時胎圈無法自動預置需要人工手動預置，浪費時間，影響生產輪胎的產量。此外成型機貼合鼓機箱內控制貼合鼓的擴張收縮使用電機輸出帶動軸的旋轉再使用聯軸器連接絲桿來實現貼合鼓的擴張、收縮、旋轉，其工作效率低下，機箱內部結構相當復雜，機箱整體笨重，所需準備的備件量大成本高。

2 高效貼合鼓機箱

2.1 貼合鼓鼓板

全鋼成型機高效貼合鼓機箱由貼合鼓，胎圈預制器，貼合鼓機箱三個主要工作機構組成。剖析現有成型機貼合鼓，有八塊環繞在胎體鼓外側的鼓板，其整體在胎體鼓的外側構成圓柱體狀。

如圖1 所示，改造后，設備貼合鼓鼓板增加至12塊，組成的胎體鼓外側圓柱面圓度更圓，12 塊鼓板的前側與后側分別設置有前限位件和后限位件以限制鼓板的縱向位移，有效的提升了輪胎胎胚成品的圓度，增加工藝制品質量，減少設備的維修工作量。

圖1 胎體鼓實物圖

2.2 胎圈預置器

原成型機胎圈需要人工將胎圈放置在一個固定的胎圈預置器上，預置器上有6 個固定卡爪上，在切換規格時需要人工調節6 個固定爪，浪費時間，降低生產效率。

如圖2 所示，連接板固定在外側且可實現徑向滑動，連接板組件至少有8 組，連接板組件包括設置在固定板上的連接板以及設置在每塊連接板上的擴抓，擴抓撐開后擴抓的各個抓面處于同一圓周面，固定盤的盤面對應每塊連接板處均鏡像設有一個直槽，導向桿沿鼓機箱上的直線軸承座與固定盤、轉動盤一同被上氣缸和下氣缸推動向外伸出，上下兩根對角設計保證預置器與水平線的垂直度。

圖2 胎圈預置器結構示意圖

原胎圈預置器的擴爪只有6 個，改造后，此設備上的胎圈預置器卡爪增加至8 個，可實現自動撐起胎圈，使得胎圈預置器卡爪更接近胎圈的圓度，無需人工干預調節，適用更多規格的胎圈，降低人工勞動強度，生產效率大幅提高。

2.3 貼合鼓的旋轉與擴張

在實際生產過程中，此全鋼成型機高效貼合鼓機箱工作步驟可分為4 個步驟，圖3 和圖4 分別為成型機貼合鼓機箱內部結構圖及實物圖。

圖3 貼合鼓機箱內部結構圖

圖4 貼合鼓機箱實物圖

首先，貼合鼓漲縮伺服電機輸出動力后帶動同步帶輪組傳動，同步帶輪組帶動兩組絲桿進行旋轉，連接在絲杠上的推動盤帶動推桿實現前后移動動作，推桿進一步帶動滑塊與鼓板的傾斜導軌滑動配合，由于鼓板右側限位板的限位作用，推桿朝向右側的推力受到彈簧壓塊的限制，使得多個鼓板慢慢向外撐開。

當系統發生復位或重同步時,接收端持續置低sync信號向發送端發起同步請求,發送端狀態機會進入CGS狀態且持續發送/K/字節。接收端則會利用這個特殊的控制字節對串行比特流進行碼組定界,當連續收到4個正確的/K/字節后,認為達到碼組同步,在本地多幀時鐘(LMFC)下一個上升沿會將sync信號置高和撤銷同步請求,反饋給發送端。發送端在檢測到接收端撤銷同步請求后,會在下一個LMFC上升沿跳轉到ILAS狀態。

貼合鼓漲縮伺服電機停止工作后，由于彈性復位件的提供復位動力，推桿自動復位至初始位置，鼓體內中心推桿與彈簧的巧妙配合，大大的節約擴張收縮時間。旋轉伺服電機工作，帶動齒輪轉動，而齒輪與轉動輪的齒條段嚙合傳動后帶動轉動輪轉動，轉動輪帶動推桿轉動，最終帶動鼓板的旋轉。

此設備中通過螺旋推桿機構、旋轉驅動機構、推桿傳動機構三部分機構代替了原有的復雜機構，螺旋推桿機構的加入可大大縮短輪胎胎胚制品的制作時間，降低故障發生率，提升輪胎產量。旋轉驅動機構的加入可有效的解決旋轉與擴張收縮兩個步驟之間的干涉，大大節約縮短輪胎胎胚制品的制作時間，降低故障發生率，提升輪胎產量。推桿傳動的加入將原本加工成本高昂絲杠改為加工成本低廉的光軸，成本節約2/3以上，工作效率提升15% 以上，結構更為簡單，具有更高是經濟實用性能。

3 高效貼合鼓機箱的工作步驟

高效貼合鼓機箱的具體工作過程如下：（如圖5 所示）

圖5 貼合鼓機箱內部結構示意圖

步驟1 ：第一伺服電機輸出減速機后帶動同步帶輪組傳動，同步帶輪組帶動第一絲桿和第二絲桿進行旋轉，而與第一絲桿和第二絲桿螺紋配合的推動盤發生前移動作，推動盤接著帶動與推動盤連接的第一推桿發生前移，而第一推桿進一步帶動與之連接的第二推桿發生前移。

步驟2 ：第二推桿利用錐狀滑塊座以及其上的滑塊與鼓板的傾斜導軌滑動配合，由于鼓板右側限位板的限位作用，且第二推桿的朝向右側的推力受到彈性復位件（壓簧）以及其后側的彈簧壓塊的限制，多個鼓板慢慢向外撐開。

步驟3 ：第一伺服電機停止工作后，由于彈性復位件的提供復位動力，第二推桿自動復位至初始位置，鼓體內中心推桿與彈簧的巧妙配合，大大的節約擴張收縮時間。

步驟4 ：第二伺服電機工作，帶動齒輪轉動，而齒輪與轉動輪的齒條段嚙合傳動后帶動轉動輪轉動，轉動輪與第一推桿轉動配合，第一推桿進一步帶動第二推桿轉動，最終帶動鼓板的旋轉。

4 取得成效

成型機物聯網在新成型機上的推廣使用，極大推動了成型機產能產量，循環周期，設備步序信息日報，換料統計日報的自動管理工作。

如圖6 所示，成型機最近、平均、最佳循壞周期時間，最新的報警信息，設備的日報、月報，班產的月報及單胎生產節拍均可通過云平臺進行監控。

圖6 循環周期圖

此設備可實現單人操作（圖7），屬于行業首創。相比原本設備胎胚生產時間單條節約12 s，班產可提升27 條，單臺每年提升經濟效益354.78 萬元，目前我公司已投產使用5 臺設備每年產生經濟效益1773.9萬元。

圖7 單個工位節拍圖

5 結論

全鋼成型機高效貼合鼓機箱，通過編碼器讀取鼓的旋轉位置信息，最后將測量數據和鼓旋轉位置對應起來，最終可實現貼合制備。

全鋼成型機高效貼合鼓機箱的研發成功后的投產具有明顯的收益效果：

（1）經濟收益增加1773.9 萬元。

（2）單條輪胎胎胚生產節約12 s，單班增加27 條。

（3）備件投入金額減少1/3 以上。

（4）結構簡單，維修時間明顯減少。