江勇

(歐姆龍自動化（中國）有限公司，上海 200120)

1 設(shè)備概況

輪胎成型機是制造輪胎胎坯的專用機械。成型過程可以看作是外胎各零部件的組裝過程，它在很大程度上決定著外胎的質(zhì)量。

子午線輪胎的成型方法有兩種，即一次法成型和二次法成型。目前國內(nèi)外輪胎制造商的載重子午線輪胎或轎車子午線輪胎的成型工藝都是采用一次法成型或者二次法成型。本文介紹一種采用二次法成型生產(chǎn)高檔摩托車子午線輪胎的專用設(shè)備。該設(shè)備機、電、氣一體化高度集中，自動化程度高、操作方便、成型質(zhì)量高，適用于不同規(guī)格摩托車子午線輪胎的成型，性價比高（見圖1）。

圖1 摩托車子午線輪胎二段成型機

2 摩托車子午線輪胎工藝需求變化點

相比卡車、轎車載重輪胎，摩托車輪胎的胎面為弧面狀（見圖2）。基于外形由平面加工工藝變成了曲面加工工藝的需要，OMRON對原有輪胎成型機控制技術(shù)進行了全面的升級。下面介紹在研發(fā)過程中幾個核心設(shè)備需求變化點，以及相應(yīng)的OMRON技術(shù)解決方案。

圖2 兩種輪胎外形比較

3 ORMON提供的核心技術(shù)

3.1 設(shè)備需求變化一：曲面0°冠帶纏繞排線控制技術(shù)

冠帶層（見圖3）是輪胎重要組成部分，主要作用是加固（固定）帶束層鋼絲切頭部位，防止受力時發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，以便取得更好的RFV、LFV、CON等性能，同時可減少硫化時胎肩處結(jié)構(gòu)的變化及漏鋼絲現(xiàn)象。按復(fù)合方式分為纏繞和帶式搭接兩種形式。帶式搭接方式控制難度低，缺點是有接頭，影響均勻性。纏繞方式是以一定寬度的簾線均勻纏繞，相比帶式搭接方式，剛性好，均勻性好、可以節(jié)省燃油約20%左右，增加了胎體強度等。新研發(fā)的摩托車子午線輪胎二段成型機采用的是纏繞方式。

圖3 輪胎結(jié)構(gòu)

與一般載重輪胎一樣，摩托車同樣需要冠帶層，但是與一般載重輪胎相比，摩托車輪胎對冠帶層的纏繞實現(xiàn)提出了新的課題——曲面纏繞技術(shù)。由于摩托車輪胎使用場合與一般載重輪胎有區(qū)別，尤其在車輛過彎時，一般載重輪胎是表面均勻受力，而摩托車由于輪胎表面曲面弧度關(guān)系，受力是不均勻的，針對這樣的使用場合的變化，客戶提出對冠帶層纏繞提出了新的纏繞工藝要求：纏繞的冠帶輪胎兩側(cè)密度小，中間部分密度大（見圖4）。

圖4 摩托胎冠帶層纏繞示意

應(yīng)對這樣的技術(shù)需求變化，我們對原機械結(jié)構(gòu)和電控算法均進行了調(diào)整，機械部分將原水平排線機械結(jié)構(gòu)更改為旋轉(zhuǎn)排線機械機構(gòu)，電控算法方面OMRON對原有的排線FB進行了技術(shù)升級滿足新的排線需求。

升級后的FB如圖5所示。通過新增加的參數(shù)（兩邊線徑L1、中間線徑L2、L1占比和L2占比），實現(xiàn)對不同曲面輪胎漸變排線的工藝需求。同時只需要將兩邊線徑L1和中間線徑L2設(shè)置成一樣就可以滿足一般載重輪胎的均勻排線工藝要求。

圖5 升級后的FB

3.2 設(shè)備需求變化二：曲面0°冠帶纏繞張力控制技術(shù)

曲面纏繞的需求同樣帶來了另外一個課題——纏繞張力控制。一般載重輪胎生產(chǎn)時也有對冠帶纏繞時的張力控制方案，由于成型鼓側(cè)在冠帶纏繞時，纏繞卷徑基本不變（一般由HMI參數(shù)輸入），所以纏繞時冠帶的線速度基本穩(wěn)定，且一般采用如圖6所示的張力控制方案。

圖6 張力控制方案

針對摩托車輪胎曲面纏繞技術(shù)特點，OMRON對原有控制方案進行了微調(diào)，新的控制方案如圖7所示。在程序處理中增加了成型鼓卷徑計算處理，并作為前饋控制量疊加到原有的張力反饋系統(tǒng)中，從而提高整個張力系統(tǒng)的響應(yīng)性。

利用上述核心技術(shù)課題的解決，最終實現(xiàn)了曲面纏繞的技術(shù)瓶頸的攻克，實際纏繞效果見圖8和圖9。

4 OMRON整體方案介紹

OMRON針對摩托車輪胎成型機上述的工藝特點以及綜合設(shè)備其他需求如：設(shè)備占地面積大、控制點分散、控制精度要求高等。最終推薦客戶使用了OMRON最新的控制系統(tǒng)——SYSYMAC平臺。圖10為設(shè)備的整體控制方案圖。

圖7 新控制方案

圖8 1 mm尼龍冠帶

圖9 10 mm尼龍冠帶

圖10 設(shè)備整體控制系統(tǒng)

圖10 中的SYSMAC平臺包括高速運動控制(NJ系列)、高性能總線伺服系統(tǒng)(1S系列)、薄片式設(shè)計遠(yuǎn)程IO(NX系統(tǒng))、總線型變頻系統(tǒng)（MX2系列）、功能豐富的HMI系統(tǒng)（NA系列）和多樣化的傳感系統(tǒng)(光纖、光電、接近等)。

小到一個傳感器、大到主控制器和電機等，在這個設(shè)備的任何角落你都可以發(fā)現(xiàn)OMRON產(chǎn)品的LOGO，OMRON強大的SYSMAC平臺可以完美應(yīng)對各種功能需求。

基于SYSMAC平臺以及相關(guān)產(chǎn)品的豐富功能和強大性能，使得OMRON能夠在瞬息萬變的市場大環(huán)境下，作出快速的方案應(yīng)對和實施，協(xié)助客戶短時間內(nèi)完成摩托車子午線輪胎二段成型機的研發(fā)。

同時不僅在硬件產(chǎn)品上協(xié)助客戶完成了設(shè)備的研發(fā)，OMRON利用全球技術(shù)共享和行業(yè)經(jīng)驗在軟件應(yīng)用上也為客戶提供了最新控制理念和控制技術(shù)去滿足不斷變化的行業(yè)課題和需求。較目前市場主流的子午線輪胎二段成型機，新研發(fā)的摩托車子午線輪胎二段成型機提出了新的技術(shù)需求，OMRON在第一時間進行了課題研究和對應(yīng)，快速滿足新的技術(shù)需求，確保了設(shè)備短時間內(nèi)順利研發(fā)成功。

5 未來發(fā)展技術(shù)展望

摩托車子午線輪胎二段成型機業(yè)已順利研發(fā)成功，該設(shè)備填補了國內(nèi)10″～18″ 摩托車子午線輪胎成型機市場的空白。同時在研發(fā)過程中我們也在不斷與設(shè)備制造商探討該設(shè)備未來發(fā)展的趨勢，并根據(jù)這些趨勢提出了OMRON在控制技術(shù)上假設(shè)性提案。

（1）設(shè)備未來發(fā)展趨勢一：多類型曲面的冠帶纏繞技術(shù)需求

目前設(shè)備采用單伺服排線（一個旋轉(zhuǎn)伺服），如果排線伺服與輪胎弧面無法軌跡吻合就會對排線效果產(chǎn)生較大影響，因此將單伺服排線升級為三伺服排線（水平軸、旋轉(zhuǎn)軸和升降軸），同時配合全新的傳感技術(shù)，通過智能學(xué)習(xí)等功能，實現(xiàn)纏繞曲面軌跡自學(xué)習(xí)，這將是該設(shè)備未來的一個技術(shù)發(fā)展趨勢。

（2）設(shè)備未來發(fā)展趨勢二：曲面成型鼓漲縮鼓技術(shù)升級需求

曲面成型鼓采用A、B瓦漲縮鼓（氣動）形式完成，氣動元件的穩(wěn)定性和機械結(jié)構(gòu)的精度都會對漲縮鼓的可靠性產(chǎn)生很大影響，因此未來通過優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入伺服等高精度的電控方案，利用伺服等高精密電機以及運動控制器的同步算法可以大大提高漲縮鼓的效果和穩(wěn)定性。