新型半钢子午线轮胎一次法成型机自动胎面裁断系统

切完成后, 风机送风使被裁切件与底板分离。风 机选用 Elekt or 公司的 SD52 型 50 H z 侧隧道鼓 风机, 并 加 装 反 向 单 元, 以 实 现 抽 气 和 送 风 功能[ 1 3] 。
( 4) 裁刀机构位置检测装置 裁刀机构位置检测由电感式接近开关执行。 该系统使用 6 个接近开关确定位置。接近开关分 别安装上下两个调整杆, 可调节位置以适应不同 规格轮胎 的 生 产 要 求。 接 近 开 关选 用 欧 姆 龙 M18 E2E- X7D2 型接近式传感器, 直流二线式常 开输出、屏蔽、导线引出。接近开关采用电缆保护 器, 检测面采用抗切削油材质, 耐环境性能优异。 采用希科公司数字位置显示器确定传感器位置。 裁刀机构位置检测装置如图 3 所示。 ( 5) 快速输送带 快速输送带用于将裁断好的胎面迅速传送到 下一工序。
晶须是一种广泛使用的增强、增韧陶瓷的材
图 1 裁刀结构示意
胎面切口角度和裁刀前角均由定位销进行调 节, 方便可靠。针对不同胎面切口角度, 系统配有 与之对应的裁刀垫板以提高裁切效果。
使用国威牌硅胶电热板对刀片进行加热, 采 用德国贺礼氏公司的铂热电阻芯片对刀片温度进 行监控, 反馈信号传给 PL C, 控制电热板加热, 以 实现温度实时监控。
装置、裁刀位置检测装置和快速输送带组成。胎 面经供料装置辊道传送到裁切部位, 辊道采用伺 服电机驱动, 与主机输送带配合, 将胎面向前定长 输送, 由伺服电机驱动裁刀进行自动裁断, 裁断后 胎面由加速传送辊道分离开。
设计采用裁切角度可调的新式刀片, 单向切 割, 可使胎面切口方向一致。使用硅胶电加热板 加热刀片, 铂电阻温度传感器实时监测刀片温度, 其反馈信号对加热板进行控制, 可使裁断平滑迅 速, 切口形状稳定, 有利于接头, 可提高半成品质 量。切刀进退由行走电机通过同步带控制, 同步 带具有结构简单、传动平稳、缓冲吸振和能实现较 大距离两轴间传动等特点[ 7] , 比气缸驱动运行方 式定位准确、运行时间 短、后期 维护方便[ 8, 9] ; 行 走电机采用直流伺服电机。切刀起始和停止由电 感式接近开关限制[ 10] 。下面对具体开发过程做 简要介绍。
裁刀角度 裁刀线速度
25~ 30 1 m s- 1
运行, 外部计数器同时计数。当计数到一段设定 裁刀裁断时间
45 s
值时, 计数器发出开关量信号控制输送带电机减 胎面定长偏差
5 mm
速; 当计数到二段设定值时, 输送带电机停。此时 适用胎面规格
3. 25~ 12. 00
裁刀装置向 右运行, 对胎面实施裁 断; 到右限位 电源
380 V, 3 kW
后, 裁刀装置向左运行, 到左限位时停止, 完成一 压缩空气压力
0. 4~ 0. 6 M Pa
个裁断过程。
输送带宽度
1 000 mm
当下一个胎面到位信号发出后, 重复上述过
程, 同时, 已裁好胎面通过快速输送带传送到下一 4 控制系统及程序设计流程
工序。整个裁断过程周而复始, 循环进行。裁切
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图 3 裁刀机构位置检测 装置示意
1 数字位置显示器; 2~ 7 1# ~ 6# 接近传感器。
胎面长度
900~ 3 500 mm
3 定长及裁断工艺过程
胎面最大宽度
800 mm
启动信号发出后, 快速输送带运行。当胎面 胎面最大厚度
50 mm
经过联动线到达贮存装置并发出到位信号后, 胎 面输送带电机启动并升速, 带动胎面在输送带上
2 裁断系统构成 裁断系统结构如图 2 所示。 ( 1) 裁断及定长输送带 裁断及定长输送带用于传送胎面, 并通过定
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图 2 裁断装置示 意 1 裁刀底板; 2 压辊; 3 气缸; 4 接近开关位置调整杆; 5 直线导轨; 6 同步带轮; 7 裁刀位置角度调整机构;
胎面裁断切口角度根据不同规格胎面的工艺 要求, 可在 25~ 30 范围内任意调节, 裁刀前角也 可在 25~ 45 范围内以 5 间隔进行调节。裁刀结 构如图 1 所示。
1 裁刀 1 1 材质选择
由于裁断过程中, 裁刀相对于胎面胶料的移 动速度快, 生热较大, 而胶料的散热能力差, 在裁 刀表面极易发生粘刀现象, 因此对刀体结构的韧 性和表面粗糙度提出了很高的要求[ 11] 。
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( 2) 裁刀装置 裁刀装置由全方位定值调整裁刀位置的刀座 结构和裁刀本体( 含加热装置) 构成。裁刀机构由 电机驱动在两个平行滑道上移动, 机架两端装有 缓冲气缸避免冲击。 本设计采 用 SEW R17DR63L 4 型斜 齿轮减 速电机带动同步带使 裁刀刀座在直 线导轨上运 动。直线导轨选用 T H K H RW 35CA 型 LM 滚 动导轨( 全钢球型) , 并装有释放手柄, 释放后可自 由移动, 有防尘、防污染等诸多特点。 ( 3) 压紧装置 压紧装置主要由气缸驱动的压辊装置和风机 机构两部分组成。驱动压辊的气缸采用双作用气 缸, 动 力 介 质 为 干 燥 过 滤 的 压 缩 空 气。 选 用 DSNU- 20- PPV- A 型费斯托标准气缸。风机连接 裁刀下底板, 裁切时风机抽出被裁切件与底板之 间的空气形成真空, 使被裁切件与底板贴紧。裁
料, 增强三氧化二铝( A l2 O 3 ) 使用的 主要是炭化 硅晶须( SiCw ) 。采用热压法制备 SiCw 体积分数 为 0~ 0. 3 的 A l2 O 3- T iB2- SiCw 复合材料, 研究该 复合材料的抗弯强度和断裂韧性随温度的变化规 律。结果表明, 添加 SiCw 有利于 提高材料的高 温韧性和高温强度。晶须含量越高, 高温增韧效 果越明显。当 T iB2 的 体积分数为 0. 2、SiCw 为 0. 3 时, 复 合 材 料 的 室 温 断 裂 韧 性 为 8. 2 MP a m- 1/ 2 , 抗 弯 强 度 为 690 M Pa, 比 不 添 加 SiCw 时的抗弯强度( 750 M Pa) 低, 但在 1 000 时不添加 SiCw 复合材料的抗弯强度降低 10% , 而添加后几乎没有降低, 表明加 入 SiCw 有利于 改善材料的高温强度。 1 2 结构
超声波裁刀系统现已占领市场较大份额, 可 自动、半自动或手动生产运行。超声波裁刀的工 作原理是通过陶瓷振子加电压产生超声波振动,
作者简介: 姜蔚( 1983- ) , 男, 山东青岛人, 青岛科 技大学在 读 硕士研究生, 主要从事子午线轮胎成型机裁断系统设计研究。
再经增幅放大, 使刀头刃具产生高速振动生热而 实现胶料切割[ 5] 。
我国许多轮胎企业半钢子午线轮胎一次法成 型机胎面和复合件裁断装置均使用爱默生旗下必 能信公司的超声波系统。该系统由超声波焊接系 统改造而成, 并非专门针对轮胎生产需要而设计, 因此成本较高, 能耗也较大。
超声波裁刀在应用中最大问题是价格昂贵, 一套超声波裁刀价格为 12 万元左右, 更换刀片需 要 5 万~ 6 万元。价格及维护 费过高, 使国内大 多数轮胎企业很难接受。
超声波裁刀不但价格昂贵, 而且在实际生产 中仍然存在下述许多问题: 在裁切胎面时容易 出现不稳定的情况; 裁切角度容易发生变化, 严 重时刀片会碰到裁刀下刀板, 损坏刀片; 裁切角 度调节比较困难, 维护、维修不方便; 程序设计 不合理, 下刀板在胎面开始定长、定长完成后裁切 及裁切完成后都要作上下运动, 整个裁切过程分 为高速、中速、低速 3 级, 由于输送带上有时会有 污点或胎面表面异常, 使刀位检测传感器产生误 信号而引起裁切速度混乱; 能耗较大[ 6] 。
关键词: 半钢子午线轮胎; 成型机; 胎面; 裁断系统 中图分类号: T Q330. 4+ 6; U 463. 341+ . 6 文献标识码: B 文章编号: 1006-8171( 2009) 05-0302-06
轮胎成型机对轮胎产品质量、劳动生产率等 起着非常关键的作用, 在设计上力求设备运行稳 定、可靠、降低成本[ 1] 。
为解决现有子午线轮胎成型机超声波胎面裁 刀价格高、实用性差的问题, 青岛科技大学与青岛 高校软控股份有限公司结合生产实际, 合作开发 设计出一种成本相对低廉、结构稳固可靠、便于调
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整维修的胎面热刀裁断系统。 该裁断系统主要由定长装置、裁断装置、压紧
现有胎面裁刀多选择低合金工具钢[ 12] , 在无 超声波产生振荡时, 低合金工具钢无法适应高速 裁切胎面的要求, 极易产生粘刀现象, 裁切面上有 毛刺。为避免上述情况, 本设计裁刀材质选用氧 化铝系列陶瓷刀具材料, 即晶须增强氧化铝复合 材料。
陶瓷刀具材料具有化学稳定性好、摩擦因数 小、硬度高等特点, 耐磨性为硬质合金的 3~ 5 倍; 高温性能好, 在 1 200~ 1 400 下其硬度仍可达 80 H RA, 相当于硬质合金在 200~ 400 时的硬 度。在现代切削加工中, 陶瓷材料以其优异的耐 热性、耐磨性和化学稳定性成为目前一种很有发 展前途的刀具材料, 在高速切削领域和难切削加 工材料方面应用越来越多。
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新型半钢子午线轮胎一次法成型机 自动胎面裁断系统
姜 蔚, 唐 跃, 于艳滨
( 青岛科技大学 机电工程学院, 山东 青岛 266061)
摘要: 介绍青岛科技大学与青岛高校软控股份有限公司合作开发的新型 半钢子午线轮 胎一次法成型机 自动胎面 裁断系统。该系统由定长装置、裁断装置、压紧装置、裁刀位置检测装置和 快速输送带组 成。设计采用裁切 角度可调 ( 25~ 30 ) 的新式刀片( 裁刀材质选用晶须增强氧化铝复合材料) ; 单向切割, 使胎面切口方向一致; 使用硅胶 电加热板 加热刀片, 铂电阻温度传感器实时监测刀片温度, 可使裁断平滑迅速, 切口形状稳定, 有利于接头, 可提高半成品质量。
胎面裁断系统在整套子午线轮胎成型机中占 有重要的地位, 其裁刀部分尤为重要, 裁断精度直 接影响到轮胎半成品质量, 进而影响到成品轮胎 的内在质量[ 2] 。对应于轿车市场的半钢子午线轮 胎, 其质量要求更高, 因此对成型机裁断系统也提 出了更高的要求。
近年来, 国外对轮胎胎面裁断设备的改进十 分重视, 并且有不少专利, 改进的重点是提高裁断 精度、加快裁断速度以及延 长刀具的使用寿命。 国外主要研究激光裁断机, 并有专利[ 3] 。激光技 术的应用可以省掉专门复杂的裁断机构, 直接将 裁断装置设置在子午 线轮胎成型机 的供料系统 中, 可提高裁断精度和刀具使用寿命。我国轮胎 企业所使用的裁断机多种多样, 制造该设备的生 产厂家还没有统一的标准, 精度与国外先进产品 相比还有一定的差距, 要完全取代进口设备尚需 一个不断完善和提高的过程[ 4] 。
8 裁刀刀片; 9 输送带; 10 侧隧道风机; 11 反向单元; 12 接近开关; 13 拖链; 14 斜齿轮减速电机。
长计数器对胎面进行定长, 由变频控制器控制交 出 1 000 个脉冲信号, 而跟踪轮周长是 500 mm, 流三相异步电动机带动。定长计数器采用压辊连 因此 1 个脉冲信号对应 0. 5 m m 长度的胎面。由 接旋转型增量编码器, 由跟踪轮压在胎面上, 随胎 PL C 进行计数, 定长偏差为 5 m m。旋转编码 面行走而旋转, 同时带动增量编码器旋转, 发出脉 器选用欧姆龙 E6C- M 小型化多旋转绝对值编码 冲信号。小轮每旋转 1 圈, 光电脉冲发生器就发 器, 其机体尺寸为 50 mm 60 mm。
采用 P L C 作为控制系统, 具有可靠性高、抗
参数如下: 胎面输送带最大线速度
15 m min- 1
干扰能力强、环境适应性强、使用方便和产品模块 化等优点[ 14] 。
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本系统使用的欧姆龙 C200H 型 P LC 具有如 下主要特点: 配置单元为分体模块结构, 结构紧 凑, 配 置方便; 具有 高性能 的 CP U, 扫 描速度 快, 提供 100 多条数据处理指令, 包括程序流程和 用户可指定诊断的指令; 具有独立的特殊模块 控制系统, 可以在同类型 PL C 中灵活使用; 具 有与各种 机器 直接 连接 的 通讯 功 能, 通过 RS232C 接口, 利用主机耦合组件可方便地与计算机 和打印机等外围设备相连; 可提供个人计算机 编程软件等。控制系统采用梯形图程序设计, 系 统程序流程如图 4 所示。 5 结语