潘宗旭，申時元，張齊飛，吳異

(貴州輪胎股份有限公司，貴州貴陽550008)

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實心輪胎基部膠貼合機(jī)改進(jìn)

潘宗旭，申時元，張齊飛，吳異

(貴州輪胎股份有限公司，貴州貴陽550008)

摘要：對8-20寸實心輪胎基部膠貼合機(jī)運行過程中出現(xiàn)的操作不便、速度慢、定長不準(zhǔn)等問題的原因進(jìn)行分析，通過選用變頻調(diào)速，選用旋轉(zhuǎn)編碼器測量長度，對部分機(jī)構(gòu)和PLC控制程序進(jìn)行改造，使問題得以解決，實心輪胎基部膠貼合機(jī)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。

關(guān)鍵詞：實心輪胎基部膠貼合機(jī)變頻調(diào)速旋轉(zhuǎn)編碼器定長改進(jìn)

0引言

最近幾年，荷蘭、意大利等國家利用輪胎生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尼龍簾布邊角廢料成功開發(fā)加工出纖維膠片，用于取代傳統(tǒng)的實心輪胎基部膠，價格低廉，質(zhì)量可靠，節(jié)能減排，性能優(yōu)越，符合歐盟REACH法規(guī)，很受市場青睞，各實心輪胎生產(chǎn)廠家紛紛進(jìn)口采用。某公司開始進(jìn)口試用并取得成功，購置了一臺8-20寸實心輪胎基部膠貼片機(jī)，擬進(jìn)行機(jī)械化批量生產(chǎn)。在實際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)存在操作不便、速度慢且不可調(diào)、定長不準(zhǔn)等問題，無法滿足生產(chǎn)要求。為此，我們對該機(jī)存在的問題進(jìn)行分析，實施了技術(shù)改造并取得成功。

1問題分析

目前配有一套8-20寸的實心輪胎基部膠貼合機(jī)，由供料裝置、導(dǎo)開裝置、驅(qū)動裝置、定長裝置、纏貼裝置、裁斷裝置、成型機(jī)頭、控制系統(tǒng)(圖中未畫出)等組成(圖1、圖2)。

圖2　實心胎基部膠貼合機(jī)原理圖—卸胎位

纏貼胎胚時，由驅(qū)動裝置夾住膠片旋轉(zhuǎn)，帶動供料裝置跟隨轉(zhuǎn)動，供料；導(dǎo)開裝置夾住襯布自轉(zhuǎn)跟隨，將襯布與膠片剝離并收集；傳動裝置帶動纏貼裝置跟隨轉(zhuǎn)動，同時帶動膠片前行。定長工作由探膠開關(guān)配合程序完成：自動狀態(tài)下(手動狀態(tài)無記長功能)，操作工在人機(jī)界面上設(shè)定長度，程序根據(jù)額定線速度計算出所需纏貼時間，到時停止供料，暫停纏貼，自動切斷。裁斷結(jié)束，纏貼機(jī)構(gòu)繼續(xù)運轉(zhuǎn)纏貼，直到所需膠片全部纏貼到胎胚上才停止(程序通過設(shè)定一個延時纏貼時間來實現(xiàn))，擺架放下。然后人工卸胎、上膠套，進(jìn)入下一個循環(huán)……在實際生產(chǎn)過程中，主要存在以下問題：①速度慢，且不可調(diào)，不合理。該機(jī)的設(shè)計線速度為20 m/min，定速。在開始纏貼時，先要由人工牽引膠片喂料、搭頭，成功后才能正式纏貼。此時20 m/min的速度顯得過快，搭頭難以對正，且容易將操作工的手等卷入纏貼裝置，對操作工造成傷害，產(chǎn)生事故，希望纏貼開始時速度慢些，方便喂料、搭頭；喂搭成功后，開始正式纏貼，此時，20 m/min的速度又顯得太慢了，纏貼一條中等大小的胎胚需要2 min以上的時間，效率太低，無法滿足生產(chǎn)需要，此時希望速度快些，以提高生產(chǎn)效率，滿足生產(chǎn)需要。②操作不便。該機(jī)設(shè)有手動/自動兩個狀態(tài)。手動狀態(tài)：按下啟動鈕，開始纏貼，按下停止鈕即停機(jī)，按下裁斷鈕即裁斷，沒有定長功能，長度得人工判定。自動狀態(tài)有定長功能，到設(shè)定長度自動停機(jī)、裁斷。在生產(chǎn)過程中，為了定長，多用自動檔纏貼。但膠片偏歪、襯布粘連、斷料、換料等時有發(fā)生，得經(jīng)常停機(jī)處理。一旦停機(jī)，記長值(纏貼時間)復(fù)位清零，長度失控，生產(chǎn)很不順暢，操作很不方便。操作工希望對運行模式進(jìn)行改造，以方便操作。③定長不準(zhǔn)。如上所述，該設(shè)備在自動狀態(tài)下才有定長功能，定長工作由探膠開關(guān)配合程序完成：自動狀態(tài)下，操作工在人機(jī)界面上設(shè)定工藝所需長度，程序根據(jù)供料線的額定線速度計算出所需纏貼時間，探膠開關(guān)探測到膠料即開始計時，時間到即停止供料，暫停纏貼，自動切斷。實際生產(chǎn)過程中，實得長度嚴(yán)重偏離設(shè)定長度，無法滿足工藝要求。經(jīng)過分析，此種長度控制方式至少有兩個明顯缺陷：A、膠片與傳動線之間的相對滑動產(chǎn)生的誤差很大，無法控制；B、傳動線因為各種原因會產(chǎn)生各種不確定性速度變化。在送料時間既定的情況下，膠片長度會隨速度的變化而變化。再加上膠片彎曲不平等問題，長度控制的偏差很大。生產(chǎn)實際表明，長度偏差有時要達(dá)到±1 000 mm！無法滿足工藝規(guī)定的±25 mm的要求，要想正常生產(chǎn)，必須進(jìn)行改造。而且，這種長度控制方式還有一個問題：不允許對整個系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行變速控制，否則長度偏差更大。

圖3是改造前貼合輸送輥電動機(jī)、離合器及長度控制程序(部分)。

圖3

注：繼電器、接觸器控制電路此處未畫出。

具體控制流程為：PLC輸出(Y11)輸出驅(qū)動中間繼電器(KA2D)，中間繼電器驅(qū)動交流接觸器(KM2D)，交流接觸器驅(qū)動電機(jī)。

不難看出，膠片長度由時間繼電器控制，整個控制流程不能變速；控制系統(tǒng)沒有點動功能等。

2改造方案的選擇與確定

2.1速度問題的改造方案

經(jīng)過對比分析，決定采用變頻器作為速度調(diào)節(jié)器。由于原驅(qū)動機(jī)構(gòu)(電機(jī)+減速機(jī))的額定轉(zhuǎn)速只有39 r/min，額定線速度只有20 m/min(50 Hz)，故需更換電機(jī)或減速機(jī)?？紤]到要采用變頻控制，最好選用變頻調(diào)速電機(jī)。經(jīng)過計算，最終選用了YVF2EJ-90L-4的變頻調(diào)速電磁制動三相異步電動機(jī)，額定功率1.5 kW，額定電流3.7 A；選配KA57LYV的減速機(jī)，匹配后的額定輸出轉(zhuǎn)速為73 r/min，額定線速度為37 m/min。

2.2操作不便問題的改造方案

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，確認(rèn)需進(jìn)行如下改造：①在生產(chǎn)流程中增加不影響計長的暫停功能和點動纏貼功能。考慮到生產(chǎn)線上出現(xiàn)異常的點有纏貼位、搭頭位和供料位，故用三個轉(zhuǎn)換開關(guān)串聯(lián)控制。點動纏貼功能可用一個腳踏開關(guān)實現(xiàn)。②每次纏貼需要有啟動速度(慢速)、加速時間、纏貼速度(快速)三個參數(shù)控制速度(變頻器)，以滿足搭頭時要慢、纏貼時要快的使用要求。

2.3定長不準(zhǔn)問題的改造方案

分析后認(rèn)為，原方案的缺陷是原理性缺陷。要想解決問題，需另選方案。經(jīng)對比分析，決定選用旋轉(zhuǎn)編碼器作為長度測量元件，重新設(shè)計制作膠片定長裝置。

3主要改造內(nèi)容

3.1電機(jī)變速控制改造

通過系統(tǒng)分析，在原有系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，本次改造只需增加變頻器即可。通過比較選擇，選用某公司生產(chǎn)的E1000-0015T3的變頻器作為速度調(diào)節(jié)元件。選擇的主要依據(jù)是在滿足功能和質(zhì)量保證的前提下盡可能經(jīng)濟(jì)性。該變頻器的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1　E1000-0015T3變頻器主要性能參數(shù)表

由于原來的系統(tǒng)已配有FX3U-4DA-ADP的模擬量控制模塊，該模塊有三個輸出通道，1#、2#通道已用于控制比例閥，3#通道未用。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，用3#通道來調(diào)節(jié)變頻器頻率，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)所需調(diào)速功能。另外，原來的系統(tǒng)還配有宜科的觸摸屏(HMI)，可用來輸入所需的低速值、高速值和加速時間等，無需再增加配置即可完成改造硬件需求。改造后的驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序如圖4(部分)。

圖4

DA模塊情況說明。型號為：FX3U-4DA-ADP，12位，0-10VDC，用于處理輸出壓貼輥擺動比例閥(1號通道，V1+)、氣動馬達(dá)比例閥(2號通道，V2+)、驅(qū)動電機(jī)變頻器控制信號(3號通道，V3+)。通過M8001一直O(jiān)FF設(shè)置M8260、M8261、M8262,設(shè)定該模塊的通道1、通道2、通道3為電壓輸出。D8260、D8261、D8262分別接受壓貼輥擺動比例閥壓力、氣動馬達(dá)比例閥壓力、驅(qū)動電機(jī)變頻器的控制信號的數(shù)值，經(jīng)過FX3U-4DA-ADP轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出，控制執(zhí)行元件完成期望的動作。

3.2增加點動功能和暫停功能

點動功能采用腳踏開關(guān)實現(xiàn)，占用PLC的X035輸入口(FX2N-16EX擴(kuò)展模塊上的輸入口)；暫停功能采用三個二位轉(zhuǎn)換開關(guān)串聯(lián)實現(xiàn)，占用PLC的X007輸入口。由于計長采用旋轉(zhuǎn)編碼器，暫停時不影響計長。具體控制程序設(shè)計如圖5(部分)。

圖5

3.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選型與安裝

原系統(tǒng)使用的是FX3U-48M的PLC。該型PLC內(nèi)置有32位的高速計數(shù)器，使用通用的X0-X7作為輸入端子，以NPN開路集電極晶體管(DC24V)輸出形式的設(shè)備來連接，能夠滿足計長要求。從經(jīng)濟(jì)性考慮，不再增加高速計數(shù)模塊，直接采用旋轉(zhuǎn)編碼器和PLC連接。根據(jù)PLC的連接要求，選用型號為E6B2-CWZ5B 1000P/R 0.5M的歐姆龍旋轉(zhuǎn)編碼器，其主要參數(shù)如表2，接線圖見圖6。

表2　歐姆龍E6B2-CWZ5B旋轉(zhuǎn)編碼器

具體接法是：A相(黑色)接PLC的X0，B相(白色)接PLC的X1，褐色線接+24 V，藍(lán)色線接0 V。這種接線方式可對應(yīng)使用PLC的C251高速計數(shù)器。改造后的編碼器記長控制程序如圖7(部分)。

圖6　PLC—旋轉(zhuǎn)編碼器接線原理圖

圖7

圖8　旋轉(zhuǎn)編碼器方法示意圖

旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝方法如圖8所示。該安裝圖是經(jīng)過反復(fù)試驗、改良后最終確定的可行方案，該方案能夠有效消除纖維膠片曲撓對測量精度的影響，還能防止膠片彈跳對編碼器造成傷害。

4改造后效果

采用數(shù)模轉(zhuǎn)換變頻調(diào)速技術(shù)、旋轉(zhuǎn)編碼器測量長度技術(shù)、PLC程序邏輯控制技術(shù)，成功解決了實心輪胎基部膠貼合機(jī)操作不便、速度慢且不可調(diào)、定長不準(zhǔn)等問題，操作便捷流暢，故障率大幅度降低，纏貼胎胚質(zhì)量得到較大提升，完全能夠滿足生產(chǎn)需要，大幅度提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為全面推廣使用纖維膠創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)

[1]高春甫，賀新升，等.三菱可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Improvement study of solid tyre base rubber laminating machine

PAN Zongxu，SHEN Shiyuan，ZHANG Qifei，WU Yi

Abstract:This paper analyzes the causes of such problems as operation inconvenience, slow speed,inaccurate length control arising in the operation process of a 8-20-inch solid tyre base rubber laminating machine. Choosing frequency control, and employing rotary encoder to measure length, part of the institution is improved and the PLC control program is modified, so the problems are solved. As a result, the production efficiency and product quality of the solid tyre base rubber laminating machine is obviously improved.

Keywords:solid tyre；base rubber sheet；laminating machine；frequency control；rotary encoder；length control；improvement

收稿日期：2015-08-10

作者簡介：潘宗旭(1976-)，男，貴州貴陽人，貴州輪胎股份有限公司工程師，碩士，從事輪胎生產(chǎn)設(shè)備自動化、智能化、信息化、節(jié)能增效方面的研究與應(yīng)用工作。

中圖分類號：TH17

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1002-6886(2016)01-0085-05