馬鎮(zhèn)

(北京航空制造工程研究所，北京 100024)

淺談四鼓成型機(jī)自動(dòng)帶束層供料架的改進(jìn)設(shè)計(jì)

馬鎮(zhèn)

(北京航空制造工程研究所，北京 100024)

從加工工藝及現(xiàn)場(chǎng)使用效果分析原自動(dòng)帶束層供料架存在的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題改進(jìn)設(shè)計(jì)。并分析新型自動(dòng)帶束層在現(xiàn)場(chǎng)使用效果。結(jié)果表明，新型帶束層供料架從加工工藝上得到了簡(jiǎn)化，降低了加工及裝配難度，使用效果得到了改善，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高。

自動(dòng)帶束層；定長(zhǎng)；裁斷

從20世紀(jì)90年代初我國(guó)第一臺(tái)全鋼載重子午胎成型機(jī)起，載重胎成型機(jī)在國(guó)內(nèi)走過(guò)了近二十年的風(fēng)雨歷程［1］。在經(jīng)歷了幾次轟轟烈烈的盛衰交變后，如今的中國(guó)全鋼載重子午胎成型機(jī)市場(chǎng)，已經(jīng)進(jìn)入高自動(dòng)化、高精度、高質(zhì)量、高效率的時(shí)代。雖然高效成型機(jī)的自動(dòng)化發(fā)展取得了很多突破，如胎體機(jī)內(nèi)預(yù)復(fù)合，自動(dòng)卸胎，自動(dòng)墊膠供料架等。但是，自動(dòng)帶束層供料架卻成為高效自動(dòng)成型機(jī)的一塊“軟肋”，雖然各公司都有著自己特點(diǎn)的自動(dòng)帶束層供料架，但是目前還沒(méi)有真正做到帶束層側(cè)無(wú)人干預(yù)，自動(dòng)貼合［2～3］。

1 原有產(chǎn)品及不足

全鋼載重子午胎基本上由10余種料組成，其中由帶束層供料架提供的有1#帶束層、2#帶束層、3#帶束層、4#帶束層或零度帶束層，根據(jù)各輪胎廠的工藝要求，4#帶束層與零度帶束層可實(shí)現(xiàn)快速切換，即一臺(tái)帶束層供料架即可滿足零度帶束層的工藝要求，又可以滿足4#帶束層的工藝要求。在印度市場(chǎng)，還要求有帶束層填充膠。除帶束層填充膠外，各帶束層料內(nèi)都有呈一定角度排列的鋼絲簾線，在逐層貼合的過(guò)程中，鋼絲簾線組成了一張鋼絲網(wǎng)，在輪胎中主要起保護(hù)胎體緩沖層、簾布層免受刺傷及緩解直接沖擊的作用［4～5］。我所最早研制的四鼓成型機(jī)配備有自動(dòng)帶束層供料架，此供料架可滿足1#、2#、3#和零度帶束層的使用。此自動(dòng)帶束層供料架區(qū)別于其他手動(dòng)的帶束層供料架，其一就是擁有自動(dòng)裁斷功能，其二就是擁有自動(dòng)糾偏功能［6］。一條料經(jīng)料卷導(dǎo)出，經(jīng)過(guò)輸送、裁斷和共用模板然后再貼合在帶束層鼓上。自動(dòng)帶束層供料架，見圖1，包括22個(gè)分部件，包括小車4個(gè)，導(dǎo)開1個(gè)，輸送4個(gè)，裁斷4個(gè)，裁刀角度調(diào)整機(jī)構(gòu)4個(gè)，共用模板2個(gè)，共用模板升降裝置1個(gè)，蓄布機(jī)構(gòu)1個(gè)，胎面壓輥1個(gè)。

1.1 裁斷用輸送模板

圖1 帶束層供料架分布圖

帶束層輸送采用單鏈輪滾筒式輸送形式，由一個(gè)變頻電機(jī)控制其輸送，整個(gè)滾筒分前、后兩個(gè)部分，以裁刀作為分界線，在連接后部輸送的鏈輪與電機(jī)傳動(dòng)軸之間有一個(gè)電磁離合器，當(dāng)料定長(zhǎng)裁斷結(jié)束后，前面的料繼續(xù)向前，后面的料則由于離合器的控制停止輸送。滾筒支撐架，見圖2，采用彎板加鋼管焊接結(jié)構(gòu)。

我所早期研制的自動(dòng)帶束層供料架并不滿足4#帶束層與零度帶束層快速互換的要求，所以適應(yīng)性比較差，只能在一部分輪胎廠使用。

圖2 滾筒支撐架

帶束層輸送模板在滿足輸送的同時(shí)，還具備有與裁斷裝置連接的接口，帶束層自動(dòng)裁斷也是自動(dòng)帶束層供料架的另一個(gè)關(guān)鍵。由于帶束層料中有鋼絲，所以裁斷角度與鋼絲排布應(yīng)保持一致，為滿足裁斷角度的要求，采用的單鏈輪滾筒長(zhǎng)度會(huì)按照相應(yīng)裁斷的角度發(fā)生變化，見圖3。一般情況下，國(guó)內(nèi)帶束層鋼絲排列角度為15～30°。

圖3 裁斷角度及滾筒排列

這種滾筒式輸送只能滿足一個(gè)方向角度的變化，從圖3上看，此時(shí)裁斷的角度為斜右上方15～30°。斜右下方15～30°則無(wú)法滿足快速更換的要求。一般情況下只能停產(chǎn)，將滾筒逐個(gè)拆下來(lái)，再進(jìn)行調(diào)換。由于輪胎廠會(huì)根據(jù)輪胎的銷售和訂單隨時(shí)更改做胎的工藝，所以一年當(dāng)中因?yàn)楦牟脭嘟嵌榷斐傻闹苯雍烷g接的經(jīng)濟(jì)損失是非常大的。

還有這種滾筒式輸送結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工和裝配成本較高，后期的維護(hù)也比較麻煩。首先鏈輪滾筒的長(zhǎng)短不一，裝配時(shí)需要區(qū)分，后期的備件也不好準(zhǔn)備。由于采用多個(gè)鏈輪滾筒，每個(gè)滾筒之間有一定的精度要求，這種精度很大程度上會(huì)受滾筒支撐架的制約。滾筒支撐架為彎板和鋼管焊接結(jié)構(gòu)，本身鋼板的彎折精度就無(wú)法控制，再加上與鋼管焊接，精度不易保證。在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)發(fā)生過(guò)多次電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸斷裂的情況，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.2 帶角度裁斷裝置

區(qū)別于手動(dòng)帶束層和自動(dòng)帶束層一個(gè)最大的區(qū)別就是具有自動(dòng)裁斷功能，裁斷裝置的好壞直接影響了設(shè)備的品質(zhì)和穩(wěn)定性［7］。一、二、三層裁刀采用加熱圓盤刀形式，由一個(gè)氣缸控制其升降，由一個(gè)普通電機(jī)控制左切右切，裁切的角度由料的鋼絲角度而定，即沿著鋼絲的角度從兩條鋼絲中間下刀，將橡膠切斷，根據(jù)不同的規(guī)格可從15～30°進(jìn)行調(diào)整，裁刀下部是與輸送平齊的是砧板。見圖4。

圖4 帶束層裁斷裝置

這種裁斷裝置在現(xiàn)場(chǎng)使用的過(guò)程中時(shí)有裁切不斷的情況，造成設(shè)備停用，影響產(chǎn)量，甚至未裁斷的膠料能對(duì)設(shè)備造成損壞。裁切不斷原因大致有兩種：一是裁刀本身角度調(diào)整不到位，與鋼絲排列角度有夾角，在裁切的過(guò)程中會(huì)有跳鋼絲的現(xiàn)象，導(dǎo)致裁不斷。二是帶束層料本身鋼絲排列角度的誤差，甚至有時(shí)鋼絲在膠料中呈拋物線型排列，這與成型的上一道工序有關(guān)。第一種情況可以通過(guò)調(diào)整裁切角度避免，但是第二種情況無(wú)法控制。如果按照一般情況下帶束層料寬320 mm計(jì)算，裁切角度在18°，切口長(zhǎng)度就能接近1 m。鋼絲角度細(xì)微的角度變化就會(huì)導(dǎo)致裁切不斷。

1.3 框架

整個(gè)帶束層輸送，除小車外，其余都是安裝在框架組件上的，所以整個(gè)框架組件對(duì)于輸送的精度起著至關(guān)重要的因素。帶束層框架采用方鋼貼板焊接的形式，方鋼選用GB6728—86/100×100×8的標(biāo)準(zhǔn)方鋼。整個(gè)框架分前、后兩塊，中間用螺釘連接。見圖5。

圖5 帶束層安裝框架

框架外形尺寸長(zhǎng)7.24 m，寬2.1 m，高2.7 m。如果采用鋼管整體焊接，焊接變形太大，而且焊接完成后加工成本太高。分段可降低加工的難度和成本，但是在設(shè)備吊裝的過(guò)程中也要分段吊裝，框架本身自重有3.2 t，還不算安裝在上面的輸送裝置等，如果不分開吊裝十分危險(xiǎn)。成型機(jī)在出廠前先要經(jīng)過(guò)預(yù)裝配、接線、通電及試動(dòng)作，甚至有些輪胎廠要求出廠前進(jìn)行試做胎，分開吊裝意味著接好的線要重新拆開，到輪胎廠后要重新穿線、走線，浪費(fèi)了大量的人力成本。

2 新型帶束層供料架改進(jìn)

2.1 裁斷用輸送模板的改進(jìn)

新帶束層輸送采用輸送用同步帶結(jié)構(gòu)，整個(gè)輸送由一條加寬同步帶完成，具有良好的同步性。同步帶內(nèi)含凱夫拉，具有良好的韌性和較小的彎曲半徑。輸送由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。同步帶下方沿輸送方向支撐有一層鋁板，防止同步帶過(guò)長(zhǎng)或是帶束層料過(guò)重引起的同步帶下垂，鋁板中鑲嵌有低磁通磁鐵，恰當(dāng)?shù)卦黾恿藥鴮恿吓c同步帶上表面的摩擦力。輸送用框架采用定位鋼板焊接的方法，在焊接前，左右側(cè)板先組合加工各安裝孔和焊接定位孔，加工完成后，用四根定位軸連接兩側(cè)板并用螺釘加以固定，固定完成后，再進(jìn)行焊接。見圖6。此結(jié)構(gòu)較之前滾筒式輸送得到了很大的簡(jiǎn)化，零件及焊接件種類減少到原結(jié)構(gòu)的一半不到。并且兩側(cè)板中各孔的同心度得到了很好的保證。

此輸送模板另一優(yōu)點(diǎn)就是可適應(yīng)所有帶束層鋼絲排列角度的要求。見圖7。

圖6 新型帶束層輸送支撐架

2.2 帶角度裁斷裝置的改進(jìn)

裁斷裝置保留原有的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但更改了裁切類型，從原來(lái)的圓盤刀更改為燕尾型鉤刀。見圖7。使料從原來(lái)的“切開”改為現(xiàn)在的“劃開”，這與生活中裁布料原理類似。與圓盤刀不同，燕尾型鉤刀在裁切的過(guò)程中并不與下面的砧板接觸，所以砧板也不用像之前的結(jié)構(gòu)要求較高的剛性，新型的裁切裝置砧板只有4 mm厚，主要作用是輔助鉤刀在入刀時(shí)能將料挑起來(lái)和保護(hù)輸送同步帶。薄砧板也正好可以適應(yīng)同步帶式的輸送裝置，砧板緊貼在同步帶上方，輸送時(shí)料從砧板上方通過(guò)，既可減小砧板對(duì)料輸送的影響，也可以滿足大范圍的角度調(diào)整。由于鉤刀采用懸浮式裁切，所以新結(jié)構(gòu)將鉤刀安裝在了一組直線導(dǎo)軌副上，直線導(dǎo)軌副垂直于裁切方向，使其在裁切的過(guò)程中如果遇到鋼絲角度變化或是鋼絲不直的情況，可沿鋼絲排列軌跡進(jìn)行自動(dòng)找正。避免了由于料的原因裁切不斷的情況，提高了裁切的穩(wěn)定性，見圖8。

圖7 燕尾型鉤刀

圖8 自對(duì)中裁切

2.3 框架的改進(jìn)

帶束層框架改為了彎板焊接的結(jié)構(gòu)，取消了中間螺釘連接，前后改為一個(gè)整體。這種設(shè)計(jì)不光剛性得到了很好的加強(qiáng)，也減少了焊接零件的數(shù)量。而且可以整體吊裝，減少了包裝運(yùn)輸時(shí)拆、接線的工作量。彎板的焊接同樣采用定位鋼板焊接的方法，在焊接前已經(jīng)保證了兩側(cè)鋼板各孔的同心度，并且鋼板本身就是很好的安裝面，沒(méi)有了方鋼貼板的結(jié)構(gòu)，從加工上避免了大型銑床工作，節(jié)約了加工成本。鋼板折彎后形成的槽剛好用于走線，免去了穿方鋼管的工作量，同時(shí)也避免了由于鋼管開孔對(duì)框架整體剛性的影響。既方便查線，同時(shí)也可以將強(qiáng)弱電分開走，見圖9。

圖9 新帶束層框架及布局

2.4 布局的改進(jìn)

原帶束層結(jié)構(gòu)不能滿足4#帶束層和零度帶束層進(jìn)行快速的互換，為滿足這個(gè)要求，新供料架在保留四層帶束層的基礎(chǔ)上，在前部模板下面有增加了一個(gè)手動(dòng)零度供料裝置。該供料裝置采用滾筒結(jié)構(gòu)，取消了模板自動(dòng)輸送電機(jī)，而是靠副鼓的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)零度向前輸送，消除了由于模板輸送速度與副鼓旋轉(zhuǎn)速度不匹配造成的零度貼合不正，整個(gè)模板從后到前都有機(jī)械對(duì)中導(dǎo)向輥，而且當(dāng)零度模板伸出時(shí)，其前面的工字型導(dǎo)向裝置會(huì)緊貼著副鼓，最大限度的提高導(dǎo)向的效果。

3 結(jié)論

四鼓成型機(jī)自動(dòng)帶束層供料架經(jīng)過(guò)了此次改進(jìn)，功能更加的強(qiáng)大，適用范圍更廣，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，使用和調(diào)試起來(lái)更加的簡(jiǎn)便。故障率明顯得到了降低。在現(xiàn)場(chǎng)使用的過(guò)程中，得到了用戶的一致好評(píng)。也為成型機(jī)無(wú)人化生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Introduction to improved design of automatic TBM belt servicer

Introduction to improved design of automatic TBM belt servicer

MA Zhen
(Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute ， Beijing 100024)

Analyzing the problem existed in the processing technology and onsite using effect of original automatic TBM belt servicer, the design needs to improve and after analyzing the onsite using effect of new type automatic belt servicer, the results show that the new type belt servicer is simplifed in processing technology, the difficulty of processing and assembling is reduced, the using effect and product quality are improved.

automatic belt, fxed length, cutting

TQ330.46

：1009-797X(2015)11-0049-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.11.010

（XS-04）

馬鎮(zhèn)（1983－），男，工程師，畢業(yè)于北京理工大學(xué)，現(xiàn)從事輪胎成型設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

2015-01-24