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，整個過程全部靠人工完成，工人勞動強度非常大，效率非常低。人工卷取現(xiàn)場如圖3所示，需安排7名員工同時進行才能滿足產(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行改造，設計一臺自動卷取包布機，將纖維膠簾布自動分切成包布條，同時利用機械自動對分切好的包布條進行卷取，實現(xiàn)包布卷取自動化。

2 改造方案的確定

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

圖2 人工包布工具

圖3 人工卷取現(xiàn)場

大卷簾布自動分切為包布條可參考多刀撕布機的原理，利用多把分切刀對大幅寬的簾布分切成小幅寬的包布條，能實現(xiàn)自動化分切。將包布條自動卷成小卷包布卷則比較復雜，需解決包布條入卷及卸料問題、包布條對中問題等等。通過多次試驗后，最后決定設計一臺自動卷取包布機，如圖4所示。該設備包括導開裝置、分切裝置和卷取裝置。導開裝置和分切裝置可實現(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控制，確保各段速度匹配。

圖4 自動卷取包布機

3 改造方案實施

3.1 導開裝置

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

圖5 導開裝置

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

3.2 分切裝置

分切裝置具備三個功能，第一是將導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，利用變頻電機驅(qū)動牽引輥，將導開裝置上的簾布牽引到分切裝置進行分切；第三，將分切好的包布條按要求分離，為輸送至儲料架做準備。分切裝置如圖7所示。

圖6 簾布導出示意圖

圖7 分切裝置

簾布先經(jīng)過鼓型輥和擴布輥，然后通過分切刀架進行分切，鼓型輥和擴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，此時簾布通過分切刀架時就會被切刀自動分切成多條包布條，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，由變頻電機控制，作用是將導開裝置上的簾布按照設定的速度牽引通過分切刀架，完成自動分切。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，為包布條進入儲料架做好準備。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工序；第二是具備儲料功能，為卷取做好儲料的準備；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，牽引功能由一臺牽引電機和3條牽引輥實現(xiàn)，電機通過鏈條同時控制3條牽引輥同步運行，其中牽引輥1和牽引輥2將上層包布條牽引到儲料架2，牽引輥3將下層包布條牽引到儲料架1，這樣可確保分切裝置分切好的兩層包布條同步進入儲料架。

圖10 卷取裝置

3.3.2 儲料功能

儲料功能主要由儲料架實現(xiàn)，儲料架如圖11所示，由無動力的導輪組成，導輪的數(shù)量根據(jù)包布條的數(shù)量定。本案例中每個工位一次卷取8卷包布條，所以每個儲料架有8組導輪，每組導輪可獨立自由沿著直線導軌上下運動，每組導輪單獨控制一條包布條，對每條包布條分開進行儲料，這樣可保證在卷取時各條包布條之間不會發(fā)生干涉，同時在卷取過程中隨著卷徑的增大8卷包布條之間有可能會出現(xiàn)線速度不一致的情況。每條包布條單獨儲料就能解決這個問題，線速度快的包布條儲料導輪上升的行程就會多點，各組儲料導輪可以錯位進行儲料。

圖11 儲料架

儲料架上分別設有上限、下限和極限3個光電開關。開始卷取時，全線各段的速度會按照設定的速度逐漸提升，隨著速度的提升，儲料導輪的位置也會慢慢上升，當儲料導輪上升至上限位光電開關位置時，卷取電機減速，其他各段速度不變，這時儲料導輪會慢慢下降；當儲料導輪下降到下限位光電開關位置時，這時卷取電機加速，儲料導輪會慢慢上升，當包布卷卷取的長度達到設定長度時，全線會自動停機。極限光電開關則是起到安全保護作用，特殊情況導致儲料導輪沖過上限位置時，當碰到極限開關時設備停機避免出現(xiàn)意外。

儲料架的正常使用還必須具備兩個功能，第一是包布條從牽引輥進入儲料導輪前必須有導向定位裝置，如圖12所示的導向定位裝置，因為在卷取過程中儲料導輪是會上下運動的，如果進入儲料導輪前的包布條位置發(fā)生變動，則儲料導輪上的包布條很容易跟著變動甚至脫落儲料導輪。導向定位裝置由8個鼓型導輪組成，每個導輪可單獨自由轉(zhuǎn)動，兩個鼓型導輪之間有定位套定位，確保每個鼓型導輪的位置與儲料導輪一一對應。鼓型導輪見圖13，鼓型導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輪的最高處。第二個功能就是包布條從儲料導輪出來后，在進入卷取前必須要有止退裝置，因為儲料導輪為無動力控制的，如無止退裝置當停機或者卷取完成卸料時儲料導輪由于自重會自由下降，這時包布條也會往回走，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個止退導輪組成，每個止退導輪安裝單向軸承，兩個止退導輪之間有定位套定位，確保每個止退導輪的位置與儲料導輪一一對應，同時每個止退導輪上配有一個偏心壓輪，偏心壓輪和止退導輪在停機時或卷取完成時起到止退作用。

圖12 導向定位裝置

圖13 鼓型導輪

3.3.3 卷取功能

卷取功能由一條卷取主軸及變頻電機實現(xiàn)。卷取主軸由變頻電機控制，同時通過PLC程序控制變頻電機，可以根據(jù)儲料架儲料的情況進行調(diào)整卷取的速度。整臺設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，利用工裝實現(xiàn)快速入卷及卸料。但通過多次試驗，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)過特殊設計，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，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入卷口后，氣漲軸進行充氣，充氣狀態(tài)如圖17所示，此時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，當卷取的長度達到設定值時，設備自動停機。這時需人工將包布條剪斷，同時將氣漲軸放氣，此時隨著氣囊的收縮，氣漲塊和夾緊氣漲條也會跟著收縮，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脫離，把入卷口夾緊的包布條松開，這時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

自動卷取包布機如圖19所示。大卷簾布通過導開裝置導開，進入分切裝置，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的儲料裝置，然后進入卷取工位進行卷取，每個卷取工位分別卷取8卷包布卷。目前自動包布機已投入使用，生產(chǎn)現(xiàn)場如圖20所示，全線速度最高可達35 m/min，根據(jù)下工序的使用要求，包布卷的長度設定為15 m，從入卷到卸料只需2 min就能完成，一個班按8/h算，產(chǎn)量可達1 500個/每班。

圖19 自動卷取包布機

圖20 自動包布機生產(chǎn)現(xiàn)場

自動卷取包布機成功投入使用產(chǎn)生的效益如下：

（1）實現(xiàn)了包布卷由人工卷取到機械自動化卷取的轉(zhuǎn)變，降低了員工的勞動強度；

（2）提升效率，降低人工成本，人工卷取每天需7個人進行卷取才能滿足生產(chǎn)的需求，自動卷取只需2人操作，班產(chǎn)1 500個，每天只需生產(chǎn)一個班就能滿足生產(chǎn)的需求?？蓪崿F(xiàn)減員5人，以每人工資3 500元/月算，每年可節(jié)省人工費用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，下工序使用時每卷包布只能包一個鋼圈，相應的產(chǎn)生了大量的頭尾廢料；自動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。