李立苗，蔣海龍，黃光展

（桂林中昊力創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司，廣西 桂林 541213）

帶束層型膠在線熱貼裝置的設(shè)計(jì)

Design of hot applied device online in breaker layer profi le

李立苗，蔣海龍，黃光展

（桂林中昊力創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司，廣西 桂林 541213）

介紹一種帶束層隔離膠片在線熱貼裝置，采用冷喂料擠出機(jī)擠出型膠，通過冷卻、儲(chǔ)膠，實(shí)現(xiàn)型膠在鋼絲簾布裁斷機(jī)上在線熱貼，能夠有效地減少胎肩空隙，改善胎肩部位的受力、生熱，從而有效提高輪胎的安全性和壽命。

型膠；在線熱貼；帶束層

與我國高速公路、汽車工業(yè)的快速發(fā)展一樣，近年來子午線輪胎也快速發(fā)展，輪胎子午化率超過90%。對(duì)高速行駛的汽車而言，輪胎質(zhì)量至關(guān)重要。帶束層是子午胎的關(guān)鍵部件，箍繞在輪胎胎體之外，與胎體共同形成輪胎的骨架。帶束層的邊緣，位于輪胎的胎肩部位，胎面、胎側(cè)、帶束層、胎體、胎肩墊膠等部件都在這里匯聚，從截面來看厚度最大，各部件的過渡處容易出現(xiàn)階梯、空隙，如果成型時(shí)仍不能有效排氣、壓實(shí)，極易出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱、空鼓，出現(xiàn)脫層和爆胎事故，因此胎肩部位一直是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

長(zhǎng)期以來，帶束層邊部都是采用包邊、冷貼隔離膠片等方式來實(shí)現(xiàn)部件間的空隙填充，本文介紹的型膠熱貼裝置，通過型膠斷面設(shè)計(jì)，采用冷喂料擠出機(jī)擠出型膠，精確填充帶束層邊部在胎肩部位的空隙，通過有效地減少空隙，改善胎肩部位的受力、生熱，從而有效提高輪胎的安全性和壽命。型膠熱貼裝置業(yè)界探討了多年，由于鋼絲簾布裁斷機(jī)生產(chǎn)帶束層時(shí)，具有明顯的間歇性，與擠出機(jī)很難實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。因此業(yè)界出現(xiàn)了過渡手段——離線熱貼生產(chǎn)線，通過離線熱貼實(shí)現(xiàn)了型膠熱貼。離線熱貼是將鋼絲簾布裁斷機(jī)生產(chǎn)的帶束層卷，進(jìn)行二次導(dǎo)開，分離墊布，然后與擠出冷卻線配合實(shí)現(xiàn)熱貼，然后加墊布卷取到工字輪。

離線熱貼有如下幾點(diǎn)問題：①帶束層簾布生產(chǎn)時(shí)與墊布卷取時(shí)，為了便于二次導(dǎo)開，采用丙綸織物墊布，由于墊布是反復(fù)使用的，有灰塵污染，丙綸織物隔離空氣也遠(yuǎn)不如PE膜，因而二次導(dǎo)開后簾布表面新鮮度遠(yuǎn)不如初次裁斷時(shí)，黏性明顯下降，導(dǎo)致型膠與簾布貼合牢固性下降。②離線熱貼的帶束層簾布經(jīng)過二次導(dǎo)開，拉伸量變大，簾線角度改變，與輪胎設(shè)計(jì)的偏差大。③從經(jīng)濟(jì)角度來看，離線熱貼需要額外增加設(shè)備、工裝消耗、場(chǎng)地、人工等的投入。

由于離線熱貼存在的問題，各大輪胎廠家更傾向于帶束層型膠在線熱貼。帶束層型膠在線熱貼就是直接在鋼絲簾布生產(chǎn)線上，附加一套型膠擠出冷卻線，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)擠出機(jī)和裁斷機(jī)的匹配，直接將擠出型膠貼在拼接后帶束層上，馬上卷入工字輪。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：貼合前簾布新鮮，沒有襯布灰塵的污染，黏性好，貼合牢固，沒有二次拉伸，對(duì)提高輪胎質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。桂林中昊力創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司通過與國內(nèi)著名輪胎企業(yè)合作，很好的實(shí)現(xiàn)了帶束層型膠在線熱貼，從生產(chǎn)效果來看，輪胎品質(zhì)改善顯著。

下面是帶束層型膠在線熱貼裝置的設(shè)計(jì)介紹。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

在線熱貼設(shè)備（見圖1）。

1.1 銷釘冷喂料擠出機(jī)

銷釘冷喂料擠出機(jī)是由齒輪箱、喂料裝置、銷釘機(jī)筒、擠出機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、電機(jī)等組成。①齒輪箱為硬齒面圓柱齒輪減速器，齒輪采用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度低碳合金鋼，齒面滲碳淬火并經(jīng)磨齒處理，齒輪副為6級(jí)傳動(dòng)精度，輸出軸為中空結(jié)構(gòu)，螺桿插入其中并傳遞扭矩，具有油標(biāo)、油溫顯示和超溫報(bào)警功能，具有由獨(dú)立潤滑油泵、過濾器、油壓表等組成的潤滑系統(tǒng)，以便于對(duì)齒輪及軸承進(jìn)行強(qiáng)制潤滑。②喂料裝置由喂料座、喂料輥、襯套、花鍵齒輪套、速比齒輪等組成，喂料輥表面經(jīng)過硬化處理，喂料輥由減速機(jī)輸出軸通過齒輪傳動(dòng)，速比齒輪具有足夠的強(qiáng)度及耐磨性能。喂料輥的速比齒輪采用耐高溫油脂潤滑，喂料門可以旋轉(zhuǎn)打開方便維護(hù)。③銷釘機(jī)筒及擠出機(jī)筒為焊接式機(jī)筒，鉆孔式冷卻結(jié)構(gòu)。機(jī)筒內(nèi)孔內(nèi)壁為氮化處理。④螺桿材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)氮化鋼38CrMoAl，表面氮化處理，硬度大，硬層深，表面粗糙度小于Ra0.4，螺桿工作表面為圓柱形，螺桿采用花鍵聯(lián)接，有對(duì)中性能。螺桿中空，可通溫控水調(diào)溫。⑤而機(jī)頭裝置結(jié)構(gòu)型式為供膠機(jī)頭，主要由機(jī)頭體、機(jī)頭轉(zhuǎn)架及口型板等組成。機(jī)頭體內(nèi)部有冷卻水道，可通水控溫。口型板通過螺釘固定于機(jī)頭體上，方便更換口型板；機(jī)頭與機(jī)筒可通過C型夾環(huán)進(jìn)行鎖緊連接，手動(dòng)驅(qū)動(dòng)開合。⑥擠出機(jī)主電機(jī)采用110 kW交流變頻電機(jī)，故障率低，維護(hù)方便。選用的驅(qū)動(dòng)器是新一代全數(shù)字高端交流變頻器，使用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），能夠使電機(jī)在零速時(shí)可以獲得滿轉(zhuǎn)矩，是目前最先進(jìn)的交流異步電機(jī)控制方式。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速精確控制，配有編碼器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

圖1 鋼絲簾布裁斷機(jī)型膠在線熱貼裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 溫度控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用機(jī)電一體化的框架結(jié)構(gòu)， 單元加熱、換熱器冷卻， 溫度控制范圍45～95 ℃， 溫控系統(tǒng)和主機(jī)之間的連接采用軟管連接，安裝和維修方便。該系統(tǒng)單元內(nèi)循環(huán)介質(zhì)為軟化水，外循環(huán)為工廠冷卻水，采用PID溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具有自動(dòng)排氣裝置、防干燒和超溫保護(hù)等功能。溫控表與PLC之間的通訊由一塊MODBUS轉(zhuǎn)Ethernet模塊來實(shí)現(xiàn)，可以通過上位機(jī)在線讀取、設(shè)定溫控系統(tǒng)的溫度，自動(dòng)輸入配方溫度，在擠出機(jī)筒內(nèi)部超溫時(shí)可以適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)降溫，低溫時(shí)報(bào)警，操作安全、方便、直觀。

1.3 小兩輥壓延機(jī)

本裝置主要由兩個(gè)可調(diào)速的輥筒和切刀裝置組成。輥筒為兩側(cè)支撐安裝，上輥為型輥，方便更換。下輥為光輥，固定式結(jié)構(gòu)。輥筒內(nèi)部可通水控溫。兩輥輥距機(jī)械式可調(diào)，通過調(diào)節(jié)輥距可以改變制品擠出厚度；同時(shí)通過改變型輥的形狀就可以生產(chǎn)出各種截面形狀的制品。操作調(diào)整非常簡(jiǎn)單方便。另外根據(jù)機(jī)頭擠出速度主生產(chǎn)線速度，可調(diào)節(jié)輥筒速度，并使其與擠出機(jī)、生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。本裝置機(jī)座下配有直線導(dǎo)軌，可手工移動(dòng)小兩輥壓延機(jī)，并保證壓延機(jī)在需要的位置正常工作，移出后便于擠出機(jī)機(jī)頭的操作、檢修和清膠。本裝置另一個(gè)重要機(jī)構(gòu)是切刀裝置，它的位置可調(diào)，滿足雙條甚至多條制品壓出需要。修邊多余的膠片通過邊膠返回運(yùn)輸帶自動(dòng)返回?cái)D出機(jī)喂料口。小兩輥壓延機(jī)由一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)配編碼器，使用通過閉環(huán)矢量控制，以使擠出機(jī)速度與壓延機(jī)速度精確匹配。

1.4 螺旋冷卻裝置

本裝置由兩個(gè)組合鼓、輸送模塊鏈、動(dòng)力系統(tǒng)及吹風(fēng)冷卻裝置等組成，通過吹風(fēng)冷卻降低膠溫，增加型膠的硬度，使其不容易變形；輸送模塊鏈結(jié)構(gòu)可以減少膠片的拉伸。該裝置由一臺(tái)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

1.5 儲(chǔ)膠裝置

本裝置由整體機(jī)架和上、下儲(chǔ)膠架組成，工作時(shí)上下儲(chǔ)膠架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由交流伺服系統(tǒng)控制，精確控制儲(chǔ)膠架的運(yùn)動(dòng)，確保膠條張緊適度，有效減少膠片的的拉伸量。

1.6 膠片過渡輸送帶

本裝置是從儲(chǔ)膠架到貼合處的過渡環(huán)節(jié)，是由交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶傳送裝置，可以減少膠片的拉伸。

1.7 電控部分

硬件：電控系統(tǒng)是生產(chǎn)線的中樞神經(jīng)，主要包括控制、通訊、操作、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)五大部分。作為整個(gè)裁斷生產(chǎn)線的一部分，型膠生產(chǎn)線的出電控部分也納入到整線電控系統(tǒng)的框架里面，由同一CPU控制，以便更好的與主線協(xié)同運(yùn)行；所有獨(dú)立電氣單元之間全部通過以太網(wǎng)通訊，通訊速度快、維護(hù)方便；主操作箱除普通按鈕外，配備一臺(tái)帶觸摸功能的上位機(jī)，替代傳統(tǒng)的數(shù)字顯示儀表，便于對(duì)擠出線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障提示、工藝數(shù)據(jù)設(shè)定，生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等；小功率驅(qū)動(dòng)使用AB的變頻器與伺服系統(tǒng)，擠出螺桿驅(qū)動(dòng)使用ABB變頻器與電機(jī)。安全保護(hù)部分：溫控具有水壓檢測(cè)、防干燒檢測(cè)、超溫檢測(cè)，擠出機(jī)具有過載保護(hù)、擠出機(jī)筒具有超壓、超溫檢測(cè)等。

控制原理：該擠出線自動(dòng)化程度較高，生產(chǎn)過程全程監(jiān)控，具有喂料口斷料檢測(cè)、擠出膠條寬度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、出膠溫度紅外檢測(cè)、儲(chǔ)膠架張力檢測(cè)等監(jiān)控手段，系統(tǒng)能夠基于反饋數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整修正或者提前發(fā)出警示。在做好準(zhǔn)備工作、正常運(yùn)行后，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，擠出線速度會(huì)隨裁斷主線運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)調(diào)整：在主線正常運(yùn)行時(shí)，擠出線跟隨主線速度全速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)主線暫停時(shí)，擠出線以3 m/min以下的待機(jī)速度緩慢運(yùn)行，這時(shí)儲(chǔ)膠架的儲(chǔ)膠量可保證擠出線15 min以上不停機(jī)，大大增加了擠出線的連續(xù)性，減少了人工干預(yù)。

2 主要技術(shù)參數(shù)及相應(yīng)公差

2.1 生產(chǎn)工藝技術(shù)性能

壓延膠片修邊后寬度 20～60 mm（雙條制品）

壓延膠片修邊后寬度公差 ±1 mm

壓延膠片修邊后厚度1.0～5.0 mm，邊部：0.5 mm

壓延膠片修邊后厚度公差 ±0.1 mm

擠出膠片溫度 ≤110 ℃

2.2 銷釘冷喂料擠出機(jī)

螺桿直徑 Φ120 mm

螺桿長(zhǎng)徑比 L/D14

螺桿轉(zhuǎn)速 40 rpm

螺桿工作面處理氮化層硬度≥HV900，氮化層深度≥0.50 mm

機(jī)筒工作面處理氮化層硬度≥HV950，氮化層深度≥0.50 mm

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 AC380 V 110 kW

最大排膠量（無機(jī)頭） 105 ℃ 1 000 kg/h

減速箱噪音 ＜85 dB

最大擠出寬度 120 mm

最大擠出厚度 10 mm

最大工作壓力 15 MPa

機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式 C型夾環(huán)鎖緊，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)打開

2.3 小兩輥裝置

輥筒直徑 Φ200 mm

輥筒有效長(zhǎng)度 300 mm

輥筒速比 1：1

輥距調(diào)節(jié) 0.3～2.0 mm。

減速機(jī) SEW

輥筒線速度 2.5～30 m/min

主電機(jī)功率 5.5 kW（變頻電機(jī)）

溫度系統(tǒng)配置 2單元

修邊裁刀組（氣動(dòng)控制） 中心位置及寬度可調(diào)

2.4 溫控裝置

整機(jī)溫控單元總數(shù)6單元

擠出機(jī)溫控單元螺桿、塑化段、擠出段

溫度調(diào)節(jié)范圍45～95 ℃

控制精度±1.5 ℃

溫控原理采用閉路循環(huán)，熱交換水冷卻或加熱，內(nèi)循環(huán)采用軟化水。

2.5 儲(chǔ)膠裝置

最大儲(chǔ)膠長(zhǎng)度 70 m

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（kW）交流伺服電機(jī)2.2 kW（儲(chǔ)膠裝置）

2.6 膠片過渡輸送帶

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（kW）交流變頻電機(jī)1.5 kW（過渡皮帶）

3 總結(jié)

本裝置在設(shè)計(jì)過程中想客戶所想，一切都為了用戶更加方便使用、操作和維護(hù)，從目前該設(shè)備在用戶現(xiàn)場(chǎng)的使用情況來看這一點(diǎn)還是得到了很好的體現(xiàn)：

（1）主電機(jī)是交流變頻電機(jī)帶編碼器反饋和機(jī)頭溫度壓力傳感器的使用可以精確控制螺桿轉(zhuǎn)速，使得擠出機(jī)供膠更加穩(wěn)定，機(jī)頭壓力恒定不容易產(chǎn)生缺膠氣泡等現(xiàn)象，減少廢膠的產(chǎn)生；同時(shí)可以很好地與主線速度相匹配。

（2）機(jī)頭與機(jī)筒的C型夾環(huán)鎖緊連接裝置非常方便打開機(jī)頭進(jìn)行余膠清理和檢修，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）采用小兩輥壓延機(jī)的結(jié)構(gòu)可以很好的解決在擠出機(jī)螺桿變速過程中由于壓力變化引起的膠片截面形狀尺寸的變化帶來的不合格品的問題。

（4）小兩輥壓延機(jī)機(jī)座下配有直線導(dǎo)軌，移出后便于擠出機(jī)機(jī)頭的操作、檢修和清膠。

（5）小兩輥壓延機(jī)上輥為型輥，方便更換。下輥為光輥，固定式結(jié)構(gòu)。兩輥輥距可調(diào)，通過調(diào)節(jié)輥距可以改變制品擠出厚度；同時(shí)通過改變型輥的形狀就可以生產(chǎn)出各種截面形狀的制品。操作調(diào)整非常簡(jiǎn)單方便。

（6）螺旋冷卻裝置采用的是模塊鏈傳動(dòng)方式與傳統(tǒng)的冷卻鼓相比具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、能耗低、環(huán)保不產(chǎn)生二次污染、制品在輸送過程中相對(duì)拉伸小、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

（7）長(zhǎng)達(dá)70 m的儲(chǔ)膠量，可以在主線更換規(guī)格、換料卷等原因而停機(jī)時(shí)，擠出機(jī)不需要停機(jī)而是讓它在低速運(yùn)行即可，大大減少了由于擠出機(jī)停機(jī)而要清膠次數(shù)，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（8）控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化通訊，快速、穩(wěn)定、可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單。操作簡(jiǎn)單直觀易上手，自動(dòng)化程度高。

（XS-05）

TQ330.4

1009-797X（2015）13-0041-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.13.012

李立苗（1975-），男，工程師，1999年畢業(yè)于鄭州工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)，主要從事裁斷機(jī)及巨胎硫化機(jī)研究工作。

2015-05-15