機(jī)械硫化機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

廖松柏，胡潤祥，秦淑君（益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司，湖南 益陽 413000）

機(jī)械硫化機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

廖松柏，胡潤祥，秦淑君
（益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司，湖南 益陽 413000）

介紹了采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)的目的與意義，結(jié)合水缸驅(qū)動(dòng)及原有電機(jī)多級(jí)減速驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)的缺陷，簡(jiǎn)述了新型帶緩沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行特征，不但解決了這些缺陷，而且提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，增加了設(shè)備運(yùn)行的壽命。

后充氣；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；緩沖裝置

輪胎在硫化后卸胎，處于去除高溫、高壓后自然狀態(tài)下冷卻的轉(zhuǎn)變，容易產(chǎn)生收縮變形。后充氣作為硫化機(jī)的主要輔助設(shè)備，是解決輪胎熱收縮變形的重要工序，輪胎硫化后在后充氣上定型冷卻，保證了輪胎外股外緣尺寸，所以后充氣運(yùn)行的可靠性直接影響整個(gè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)及輪胎質(zhì)量。

1　選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)的目的與意義

機(jī)械輪胎硫化機(jī)常用的后充氣裝置為2工位充氣，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使后充氣在裝胎或卸胎需要時(shí)進(jìn)行工位的轉(zhuǎn)換，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)有水缸驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式。

1.1水缸驅(qū)動(dòng)方式

（1） 水缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)（如圖1）

（2） 驅(qū)動(dòng)的控制原理（如圖2）

圖1　水缸驅(qū)動(dòng)后充氣結(jié)構(gòu)圖

圖2　水缸驅(qū)動(dòng)控制原理

（3）水缸驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

水缸通過齒條驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)后充氣橫梁翻轉(zhuǎn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

水缸驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：

①中間控制元件較多，元件及管線布置復(fù)雜，任何一個(gè)元件故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制單元癱瘓，管線太多容易產(chǎn)生水壓控制氣壓泄漏等故障。

②水壓沖擊使設(shè)備晃動(dòng)大、容易使齒輪等驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置磨損及影響設(shè)備精度，水壓的波動(dòng)導(dǎo)致橫梁偏離正確位置，影響后充氣在裝胎卸胎時(shí)動(dòng)作。

③在緊急狀態(tài)下只能依靠活塞閥切斷水壓回停止，動(dòng)力水進(jìn)的水壓持續(xù)高壓，所以急停的響應(yīng)時(shí)間會(huì)較長，若活塞閥發(fā)生泄漏，則急停無效，影響設(shè)備安全。

1.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行平緩且在翻轉(zhuǎn)中可以使后充氣橫梁在任意位置停止，更便于維護(hù)等原因得到很多用戶的支持。

2　改進(jìn)前結(jié)構(gòu)原理

圖3為改進(jìn)前電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)原理示意圖，其工作原理如下：

圖3　改進(jìn)前電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)原理圖

（1） 電機(jī)通過帶傳動(dòng)與1級(jí)蝸輪蝸桿減速機(jī)聯(lián)接，減速機(jī)通過鏈條傳動(dòng)后充氣橫梁聯(lián)接，后充氣橫梁與限位板固聯(lián)。

（2） 當(dāng)后充氣橫梁翻轉(zhuǎn)至限位板觸發(fā)限位開關(guān)后，PLC延時(shí)程序啟動(dòng)，其間后充氣橫梁繼續(xù)翻轉(zhuǎn)至限位板在擋塊處停止才能使后充氣正常進(jìn)入其他工序，而電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)至PLC延時(shí)程序完成時(shí)停止，時(shí)間差很短，但只能通過皮帶打滑或者過載保護(hù)控制來釋放兩者的不同步帶來的動(dòng)能。

3　改進(jìn)前狀況分析

（1）安裝及后維護(hù)較為復(fù)雜，帶傳動(dòng)與鏈條傳動(dòng)都無張緊裝置，只能通過移動(dòng)固定基座調(diào)節(jié)，皮帶和鏈條磨損后需不定期張緊調(diào)節(jié)；鏈條傳動(dòng)無潤滑系統(tǒng)，只能拆卸安全罩定期手動(dòng)涂抹潤滑油，同時(shí)兩鏈輪軸線在同一鉛垂直面內(nèi)時(shí)，鏈條因磨損垂度逐漸增大，因而減少與下面鏈輪的有效嚙合齒數(shù)，導(dǎo)致傳動(dòng)能力降低。

（2） 橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)停止與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的不同步對(duì)鏈條、減速機(jī)產(chǎn)生了沖擊及加速了皮帶的打滑和磨損，嚴(yán)重時(shí)使鏈條或者皮帶崩斷，且對(duì)減速機(jī)有損傷，降低設(shè)備使用壽命，而在設(shè)備運(yùn)行過程中一旦故障，致使硫化完的輪胎無法及時(shí)進(jìn)行充氣冷卻，將大大提高輪胎的報(bào)廢率。

4　改進(jìn)后結(jié)構(gòu)原理

圖4、圖5分別為改進(jìn)后電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)詳圖及結(jié)構(gòu)圖，其工作原理如下：

（1）電機(jī)直接與2級(jí)蝸輪蝸桿減速機(jī)聯(lián)接，減速機(jī)空心軸直接與橫梁軸聯(lián)接并依靠橫梁軸定位，減速機(jī)下部與緩沖支架固聯(lián)，緩沖支架懸于緩沖軸中間，即減速機(jī)采用懸掛式安裝；后充氣橫梁與限位板固聯(lián)。

圖4　改進(jìn)后電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖5　改進(jìn)后電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣結(jié)構(gòu)

（2）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，緩沖支架以后充氣橫梁為中心旋轉(zhuǎn)一小角度θ，通過緩沖軸壓縮彈簧獲得反作用力與減速機(jī)施加在后充氣橫梁上的轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡后緩沖支架不再旋轉(zhuǎn)，后充氣橫梁開始翻轉(zhuǎn)，同時(shí)彈簧開始復(fù)位，啟動(dòng)過程中彈簧起到了緩沖和定位作用，如圖6所示。

圖6　翻轉(zhuǎn)狀態(tài)圖

當(dāng)后充氣橫梁翻轉(zhuǎn)至限位板觸發(fā)限位開關(guān)后，PLC延時(shí)程序啟動(dòng)，其間后充氣橫梁繼續(xù)翻轉(zhuǎn)至限位板在擋塊處停止，電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)至PLC延時(shí)程序完成時(shí)停止，通過壓縮彈簧來釋放兩者的不同步帶來的動(dòng)能。

5　計(jì)算選型

假定水缸驅(qū)動(dòng)作用在橫梁上的轉(zhuǎn)矩 M1= 970 N?m

（1）根據(jù)后茺氣翻轉(zhuǎn)的特性，翻轉(zhuǎn)工位切換為1/2轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)時(shí)間選用20 s左右，假定電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1 400 r/min,減速機(jī)總減速比i=900，則完成1/2轉(zhuǎn)時(shí)間為19.28 s接近要求時(shí)間。

（2） 減速機(jī)的選擇

根據(jù)減速比較大及安裝要素的要求，選用兩級(jí)渦輪渦桿的中空傳動(dòng)軸標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)。

（3）電機(jī)功率的選擇

式中：

N計(jì)——電機(jī)計(jì)算功率；

M1——水缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 970 N·m；

n——電機(jī)轉(zhuǎn)速1 400 r/min；

i——兩級(jí)減速機(jī)總減速比900；

η——兩級(jí)減速機(jī)傳動(dòng)效率0.9。

根據(jù) N計(jì)=N額·k

式中：

N額——電機(jī)額定功率；

k——電機(jī)過載系數(shù)。

在此我們選用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)N額=0.375 kW。

（4） 彈簧支承反作用力的確定

彈簧支承軸反作用力點(diǎn)到減速機(jī)軸心的距離即支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r2假定為320 mm。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在此單邊選用2個(gè)彈簧支承點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果如下：

最大工作力Pn/N 2 154

最小工作力P1/N 631.714 285 7

工作極限載荷Pj2 408.3

彈簧直徑d/mm 8

彈簧中徑D/mm 45

極限載荷下的單圈量fj5.425

單圈剛度P'd/(N·mm-1) 444

工作行程h/mm 24

極限載荷下的變形量Fj37.975

節(jié)距t 13.425

彈簧剛度P'/(N·mm-1) 63.428 571 43

有效圈數(shù)n 7

自由長度H0105.975

最小載荷下的高度H196.015 540 54

最大載荷下的高度H272.015 540 54

極限載荷下的高度Hj68.006 306 31

總?cè)?shù)n19

6　改進(jìn)后效果分析

（1） 結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、占用空間更小、電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)整個(gè)傳動(dòng)都有緩沖 ，降低了沖擊和震動(dòng)，大大提高了各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的壽命。

（2） 維護(hù)更簡(jiǎn)單，減速機(jī)除了更換潤滑油外，不需要其他維護(hù)。

（3） 提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，以及采用通用的備品備件，有效降低設(shè)備維修費(fèi)用。

7　結(jié)論

通過上述的效果分析和對(duì)比，改進(jìn)后的帶緩沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)后充氣翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)解決了水缸驅(qū)動(dòng)和原電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的一系列問題，提高了設(shè)備使用壽命，降低了設(shè)備故障率，達(dá)到了安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的效果。

Improved design of motor driven rear infl ated fl ip of mechanical vulcanizing machine

Liao Songbai, Hu Runxiang, Qin Shujun
(Yiyang Rubber & Plastics Machinery Group Co., Ltd., Yiyang 413000, Hunan, China)

This paper describes the purpose and signifi cance of motor driven rear infl atable fl ip, outlines the operating characteristics of new buffered motor-driven, combined with rear inflated fl ipped defects of tank driver and the original motor multi-stage reduction drive. This new motor driver not only solves these defects, but also improves the reliability of equipment operation, and increases the device's operating life.

rear infl ated; motor drive; buffer device

TQ330.4

1009-797X(2015)19-0053-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.016

廖松柏（1983-），男，工程師，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

2015-01-04