自動(dòng)卷取包布機(jī)改造

陳觀貴，鐘偉雄

(萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510940)

我司使有的鋼圈包布為纖維膠簾布，要求將大卷纖維膠簾布轉(zhuǎn)化成外徑約150 mm，內(nèi)徑約50 mm，寬度10～15 mm的包布卷，以適用鋼圈包布機(jī)的使用要求，包布卷如圖1所示。

圖1 包布卷

1 改造前的現(xiàn)狀

我司現(xiàn)有的包布卷由人工卷取，人手將大卷纖維膠簾布按照工藝尺寸撕成包布條，再利用專用的工具（如圖2所示），手工將包布條卷成包布卷，整個(gè)過程全部靠人工完成，工人勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，效率非常低。人工卷取現(xiàn)場如圖3所示，需安排7名員工同時(shí)進(jìn)行才能滿足產(chǎn)能的需求，人工成本非常高。因此，我司決定對包布的卷取方式進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)卷取包布機(jī)，將纖維膠簾布自動(dòng)分切成包布條，同時(shí)利用機(jī)械自動(dòng)對分切好的包布條進(jìn)行卷取，實(shí)現(xiàn)包布卷取自動(dòng)化。

2 改造方案的確定

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化卷取需要解決兩個(gè)問題，首先是要解決大卷簾布如何自動(dòng)分切成所需尺寸的包布條；第二，如何實(shí)現(xiàn)將包布條自動(dòng)卷成小卷包布卷。

圖2 人工包布工具

圖3 人工卷取現(xiàn)場

大卷簾布自動(dòng)分切為包布條可參考多刀撕布機(jī)的原理，利用多把分切刀對大幅寬的簾布分切成小幅寬的包布條，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分切。將包布條自動(dòng)卷成小卷包布卷則比較復(fù)雜，需解決包布條入卷及卸料問題、包布條對中問題等等。通過多次試驗(yàn)后，最后決定設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)卷取包布機(jī)，如圖4所示。該設(shè)備包括導(dǎo)開裝置、分切裝置和卷取裝置。導(dǎo)開裝置和分切裝置可實(shí)現(xiàn)大卷簾布分切為多條小幅寬的包布條，卷取裝置則能實(shí)現(xiàn)將多條包布條分別卷取成為小卷包布卷。分切裝置和卷取裝置均由變頻電機(jī)控制，確保各段速度匹配。

圖4 自動(dòng)卷取包布機(jī)

3 改造方案實(shí)施

3.1 導(dǎo)開裝置

導(dǎo)開裝置的作用主要是對大卷簾布進(jìn)行導(dǎo)開，為分切做好準(zhǔn)備，所以必須確保導(dǎo)出的簾布平整不打折，同時(shí)要確保導(dǎo)出的簾布位置穩(wěn)定，這樣才能保證分切出來的包布條尺寸符合要求。導(dǎo)開裝置如圖5所示。

圖5 導(dǎo)開裝置

大卷簾布通過工裝放置在導(dǎo)開裝置的方軸上，方軸上的磁粉剎車可以起到對大卷簾布張緊的作用，保證簾布導(dǎo)開時(shí)具有適當(dāng)?shù)膹埩?，同時(shí)簾布通過導(dǎo)輥1、導(dǎo)輥2和導(dǎo)輥3剝離導(dǎo)出，基本能保證導(dǎo)出的簾布平整不打折?；顒?dòng)架由對中執(zhí)行器控制，可以通過直線導(dǎo)軌左右移動(dòng)，這樣導(dǎo)出的簾布就能通過對中傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對邊，確保簾布導(dǎo)出位置的穩(wěn)定性。簾布導(dǎo)出如圖6所示。

3.2 分切裝置

分切裝置具備三個(gè)功能，第一是將導(dǎo)開過來的寬簾布按要求分切成多條包布條；第二，起到牽引作用，利用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引輥，將導(dǎo)開裝置上的簾布牽引到分切裝置進(jìn)行分切；第三，將分切好的包布條按要求分離，為輸送至儲(chǔ)料架做準(zhǔn)備。分切裝置如圖7所示。

圖6 簾布導(dǎo)出示意圖

圖7 分切裝置

簾布先經(jīng)過鼓型輥和擴(kuò)布輥，然后通過分切刀架進(jìn)行分切，鼓型輥和擴(kuò)布輥的作用主要是確保分切前的簾布平整不打折，保證分切的質(zhì)量。分切刀架如圖8所示，切刀上端固定在切刀安裝架上，工作時(shí)通過調(diào)節(jié)手柄將切刀安裝架往下調(diào)，直到切刀下端插入分切限位板的限位槽上，此時(shí)簾布通過分切刀架時(shí)就會(huì)被切刀自動(dòng)分切成多條包布條，包布條的數(shù)量和尺寸取決于切刀安裝架上切刀的數(shù)量和切刀間的距離。牽引輥在分切刀架后方，由變頻電機(jī)控制，作用是將導(dǎo)開裝置上的簾布按照設(shè)定的速度牽引通過分切刀架，完成自動(dòng)分切。牽引輥后則是分離輥，作用是將分切好的包布條按照奇偶數(shù)順序分為上下兩層，避免相鄰間的包布條發(fā)生干涉，為包布條進(jìn)入儲(chǔ)料架做好準(zhǔn)備。分切裝置簾布的走向如圖9所示。

3.3 卷取裝置

卷取裝置具備三個(gè)功能，第一是具備牽引功能，將分離后的兩層包布條牽引到下一個(gè)工序；第二是具備儲(chǔ)料功能，為卷取做好儲(chǔ)料的準(zhǔn)備；第三是具備卷取功能，將分切好的包布條按要求卷取成包布卷。由于分切后為兩層包布條，卷取裝置為兩工位卷取，每個(gè)工位卷取一層包布條。卷取裝置如圖10所示。

圖8 分切刀架

圖9 分切裝置簾布走向

3.3.1 牽引功能

如圖10所示，牽引功能由一臺(tái)牽引電機(jī)和3條牽引輥實(shí)現(xiàn)，電機(jī)通過鏈條同時(shí)控制3條牽引輥同步運(yùn)行，其中牽引輥1和牽引輥2將上層包布條牽引到儲(chǔ)料架2，牽引輥3將下層包布條牽引到儲(chǔ)料架1，這樣可確保分切裝置分切好的兩層包布條同步進(jìn)入儲(chǔ)料架。

圖10 卷取裝置

3.3.2 儲(chǔ)料功能

儲(chǔ)料功能主要由儲(chǔ)料架實(shí)現(xiàn)，儲(chǔ)料架如圖11所示，由無動(dòng)力的導(dǎo)輪組成，導(dǎo)輪的數(shù)量根據(jù)包布條的數(shù)量定。本案例中每個(gè)工位一次卷取8卷包布條，所以每個(gè)儲(chǔ)料架有8組導(dǎo)輪，每組導(dǎo)輪可獨(dú)立自由沿著直線導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，每組導(dǎo)輪單獨(dú)控制一條包布條，對每條包布條分開進(jìn)行儲(chǔ)料，這樣可保證在卷取時(shí)各條包布條之間不會(huì)發(fā)生干涉，同時(shí)在卷取過程中隨著卷徑的增大8卷包布條之間有可能會(huì)出現(xiàn)線速度不一致的情況。每條包布條單獨(dú)儲(chǔ)料就能解決這個(gè)問題，線速度快的包布條儲(chǔ)料導(dǎo)輪上升的行程就會(huì)多點(diǎn)，各組儲(chǔ)料導(dǎo)輪可以錯(cuò)位進(jìn)行儲(chǔ)料。

圖11 儲(chǔ)料架

儲(chǔ)料架上分別設(shè)有上限、下限和極限3個(gè)光電開關(guān)。開始卷取時(shí)，全線各段的速度會(huì)按照設(shè)定的速度逐漸提升，隨著速度的提升，儲(chǔ)料導(dǎo)輪的位置也會(huì)慢慢上升，當(dāng)儲(chǔ)料導(dǎo)輪上升至上限位光電開關(guān)位置時(shí)，卷取電機(jī)減速，其他各段速度不變，這時(shí)儲(chǔ)料導(dǎo)輪會(huì)慢慢下降；當(dāng)儲(chǔ)料導(dǎo)輪下降到下限位光電開關(guān)位置時(shí)，這時(shí)卷取電機(jī)加速，儲(chǔ)料導(dǎo)輪會(huì)慢慢上升，當(dāng)包布卷卷取的長度達(dá)到設(shè)定長度時(shí)，全線會(huì)自動(dòng)停機(jī)。極限光電開關(guān)則是起到安全保護(hù)作用，特殊情況導(dǎo)致儲(chǔ)料導(dǎo)輪沖過上限位置時(shí)，當(dāng)碰到極限開關(guān)時(shí)設(shè)備停機(jī)避免出現(xiàn)意外。

儲(chǔ)料架的正常使用還必須具備兩個(gè)功能，第一是包布條從牽引輥進(jìn)入儲(chǔ)料導(dǎo)輪前必須有導(dǎo)向定位裝置，如圖12所示的導(dǎo)向定位裝置，因?yàn)樵诰砣∵^程中儲(chǔ)料導(dǎo)輪是會(huì)上下運(yùn)動(dòng)的，如果進(jìn)入儲(chǔ)料導(dǎo)輪前的包布條位置發(fā)生變動(dòng)，則儲(chǔ)料導(dǎo)輪上的包布條很容易跟著變動(dòng)甚至脫落儲(chǔ)料導(dǎo)輪。導(dǎo)向定位裝置由8個(gè)鼓型導(dǎo)輪組成，每個(gè)導(dǎo)輪可單獨(dú)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)鼓型導(dǎo)輪之間有定位套定位，確保每個(gè)鼓型導(dǎo)輪的位置與儲(chǔ)料導(dǎo)輪一一對應(yīng)。鼓型導(dǎo)輪見圖13，鼓型導(dǎo)輪的中高度可起到對中定位作用，使經(jīng)過它的包布條位置基本保持在導(dǎo)輪的最高處。第二個(gè)功能就是包布條從儲(chǔ)料導(dǎo)輪出來后，在進(jìn)入卷取前必須要有止退裝置，因?yàn)閮?chǔ)料導(dǎo)輪為無動(dòng)力控制的，如無止退裝置當(dāng)停機(jī)或者卷取完成卸料時(shí)儲(chǔ)料導(dǎo)輪由于自重會(huì)自由下降，這時(shí)包布條也會(huì)往回走，給卷取裝置重新入卷帶來很大的麻煩。止退裝置如圖14所示，由8個(gè)止退導(dǎo)輪組成，每個(gè)止退導(dǎo)輪安裝單向軸承，兩個(gè)止退導(dǎo)輪之間有定位套定位，確保每個(gè)止退導(dǎo)輪的位置與儲(chǔ)料導(dǎo)輪一一對應(yīng)，同時(shí)每個(gè)止退導(dǎo)輪上配有一個(gè)偏心壓輪，偏心壓輪和止退導(dǎo)輪在停機(jī)時(shí)或卷取完成時(shí)起到止退作用。

圖12 導(dǎo)向定位裝置

圖13 鼓型導(dǎo)輪

3.3.3 卷取功能

卷取功能由一條卷取主軸及變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)。卷取主軸由變頻電機(jī)控制，同時(shí)通過PLC程序控制變頻電機(jī)，可以根據(jù)儲(chǔ)料架儲(chǔ)料的情況進(jìn)行調(diào)整卷取的速度。整臺(tái)設(shè)備的效率主要取決于卷取的效率，所以卷取主軸非常重要，需能快速入卷及卸料。卷取主軸有兩種方案，第一是用方軸作為主軸，然后配上專用的工裝，利用工裝實(shí)現(xiàn)快速入卷及卸料。但通過多次試驗(yàn)，使用工裝入卷的效率不理想，并且考慮到包布卷的使用量，需投入大量的工裝，所以最后否定該方案。第二方案就是用氣漲軸作為卷取主軸，如圖15所示。氣漲軸經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，由三塊氣漲塊和一塊夾緊氣漲條組成，氣漲軸通過氣嘴充氣和放氣，充氣狀態(tài)下三塊氣漲塊剛好組成一個(gè)直徑為50 mm的輥筒，滿足卷取后包布卷內(nèi)徑約50 mm的要求，放氣狀態(tài)下氣漲軸直徑縮為約40 mm，可以方便包布卷快速卸料。通過多次的試驗(yàn)，最終采用第二種方案。

圖14 止退裝置

圖15 氣漲軸

氣漲軸具體的工作原理如下。包布條入卷前氣漲軸處于放氣狀態(tài)下，如圖16所示，此時(shí)由于氣囊沒有充氣，氣漲塊和夾緊氣漲條都處于自由狀態(tài)下，氣漲塊2、氣漲塊3與夾緊氣漲條之間的空隙就是入卷口，通過人手將包布條放進(jìn)入卷口后，氣漲軸進(jìn)行充氣，充氣狀態(tài)如圖17所示，此時(shí)氣囊膨脹將氣漲塊和夾緊氣漲條往外推，最終夾緊氣漲條與氣漲塊2和氣漲塊3會(huì)相互接觸，將包布條夾緊，這樣就可以解決在卷取過程中，包布條打滑的問題。入完卷后開始卷取，當(dāng)卷取的長度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)。這時(shí)需人工將包布條剪斷，同時(shí)將氣漲軸放氣，此時(shí)隨著氣囊的收縮，氣漲塊和夾緊氣漲條也會(huì)跟著收縮，氣漲軸的直徑由充氣狀態(tài)的50 mm收縮為約40 mm，夾緊氣漲條與氣漲塊也會(huì)脫離，把入卷口夾緊的包布條松開，這時(shí)氣漲軸上的包布卷只需用手輕輕一推就能卸下。剪斷后的包布條在止退裝置的作用下，位置保持不變，只需人手將包布條再次放進(jìn)入卷口就可以繼續(xù)下一次的卷取。

卷取裝置上包布條的走向如圖18所示。

圖16 放氣狀態(tài)下的氣漲軸

圖17 充氣狀態(tài)下的氣漲軸

圖18 卷取裝置包布條走向圖

4 改造后的效果

自動(dòng)卷取包布機(jī)如圖19所示。大卷簾布通過導(dǎo)開裝置導(dǎo)開，進(jìn)入分切裝置，分切成16條包布條，通過分離裝置將包布條分成上下各8條的兩層包布條，進(jìn)入卷取裝置，卷取裝置上的牽引輥分別將兩層包布條牽引到對應(yīng)的儲(chǔ)料裝置，然后進(jìn)入卷取工位進(jìn)行卷取，每個(gè)卷取工位分別卷取8卷包布卷。目前自動(dòng)包布機(jī)已投入使用，生產(chǎn)現(xiàn)場如圖20所示，全線速度最高可達(dá)35 m/min，根據(jù)下工序的使用要求，包布卷的長度設(shè)定為15 m，從入卷到卸料只需2 min就能完成，一個(gè)班按8/h算，產(chǎn)量可達(dá)1 500個(gè)/每班。

圖19 自動(dòng)卷取包布機(jī)

圖20 自動(dòng)包布機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場

自動(dòng)卷取包布機(jī)成功投入使用產(chǎn)生的效益如下：

（1）實(shí)現(xiàn)了包布卷由人工卷取到機(jī)械自動(dòng)化卷取的轉(zhuǎn)變，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度；

（2）提升效率，降低人工成本，人工卷取每天需7個(gè)人進(jìn)行卷取才能滿足生產(chǎn)的需求，自動(dòng)卷取只需2人操作，班產(chǎn)1 500個(gè)，每天只需生產(chǎn)一個(gè)班就能滿足生產(chǎn)的需求。可實(shí)現(xiàn)減員5人，以每人工資3 500元/月算，每年可節(jié)省人工費(fèi)用21萬元。

（3）人工卷取的包布卷，受工具的限制包布最長只能卷4.5 m，下工序使用時(shí)每卷包布只能包一個(gè)鋼圈，相應(yīng)的產(chǎn)生了大量的頭尾廢料；自動(dòng)卷取每卷包布比人工卷取的長3～4倍 ，下工序可連續(xù)包3～4個(gè)鋼圈，每卷包布至少可節(jié)約0.6 m的尾料損耗，按照我司的產(chǎn)能估算，每年可減少包布廢料約3 t。