顧建，張劍

(杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

在輪胎制造過(guò)程中，許多部件都是采用擠出工藝制造出來(lái)的，例如墊膠、三角等。而且在擠出過(guò)程中，都是采用雙條同時(shí)擠出的方式擠出。在收取時(shí)，則采用同時(shí)卷入小車(chē)的方式進(jìn)行收取。在成型過(guò)程中，需要保證兩側(cè)的材料重量分布均勻、對(duì)稱(chēng)，且整條長(zhǎng)度上的各個(gè)截面形狀要均勻一致。所以在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)此類(lèi)部件的質(zhì)量管控非常嚴(yán)格。按我公司的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要求重量公差控制在±2%以?xún)?nèi)，墊膠全寬度公差控制為±4 mm，局部關(guān)鍵點(diǎn)公差控制在1 mm，厚度公差控制在3 mm。所以需要我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中，尤其是制品卷取過(guò)程要對(duì)制品的尺寸改變盡量減少。本文主要介紹墊膠卷取小車(chē)襯布張力是如何實(shí)現(xiàn)在恒張力控制的。

1 設(shè)計(jì)背景介紹

墊膠卷取工位襯布的張力是通過(guò)氣動(dòng)剎車(chē)盤(pán)控制，制動(dòng)力恒定，隨著制品的卷入，卷徑變大，襯布的張力也會(huì)變大，最終導(dǎo)致卷入的制品被襯布?jí)鹤冃?，尺寸偏差大，超出工藝?biāo)準(zhǔn)公差，見(jiàn)圖1。

圖1 襯布卷取墊膠示意圖

墊膠卷取恒張力控制裝置解決了張力不均的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)襯布張力恒定，制品卷入后尺寸不受襯布影響，滿(mǎn)足工藝要求。

2 恒張力裝置介紹

2.1 結(jié)構(gòu)組成

本裝置包括：襯布、張力傳感器、張力輥、伸縮氣缸、裝置立柱、氣缸支撐橫梁、張力控制面板、伸縮導(dǎo)軌滑塊、剎車(chē)盤(pán)、比例控制閥、剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)支架立柱、氣動(dòng)剎車(chē)、剎車(chē)中心軸、卷取卡盤(pán)、傳動(dòng)銷(xiāo)軸、墊膠卷取小車(chē)等。本裝置工作示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 恒張力裝置工作示意圖

2.2 使用方法

墊膠卷取小車(chē)推入工位后，卷取卡盤(pán)通過(guò)傳動(dòng)銷(xiāo)軸與工裝小車(chē)聯(lián)接。同時(shí)伸縮氣缸會(huì)伸出，將張力輥向前推進(jìn)200 mm,位于1#輥和2#輥之間，與襯布接觸（見(jiàn)圖3）。隨著卷取小車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)，襯布的張力也會(huì)隨之變化，通過(guò)張力傳感器，襯布的張力將傳輸至張力控制面板，面板上設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，比如100 kN。當(dāng)張力傳感器實(shí)際張力大于100 kN時(shí)，表明襯布張力過(guò)大，張力控制面板會(huì)傳輸信號(hào)給比例控制閥，比例閥會(huì)降低氣動(dòng)剎車(chē)的進(jìn)氣壓力，剎車(chē)阻力變小，襯布張力也隨之降低。反之，當(dāng)張力控制器實(shí)際張力小于標(biāo)準(zhǔn)100 kN時(shí)，表明襯布張力過(guò)小，張力控制面板會(huì)傳輸信號(hào)給比例控制閥，比例閥會(huì)增加氣動(dòng)剎車(chē)的進(jìn)氣壓力，剎車(chē)阻力變大，襯布張力也隨之提高，直至張力穩(wěn)定在100±10 kN之間，實(shí)現(xiàn)襯布張力的恒張力。

圖3 恒張力裝置工作示意圖（側(cè)視）

2.3 控制原理

目前張力控制的方法分為扭矩控制和速度控制兩種?？紤]到我們墊膠卷取時(shí)的速度是恒定的，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，我們選用扭矩控制的方式。在扭矩控制中，襯布運(yùn)行速度恒定，則因加減速所產(chǎn)生的慣性影響及摩擦阻力基本恒定，所以只要施加一定的制動(dòng)器，扭矩就能簡(jiǎn)單的控制張力。卷軸的旋轉(zhuǎn)速度則由卷取小車(chē)進(jìn)給速度和襯布卷徑的變化過(guò)程決定。在制動(dòng)器的選擇上，可以采用磁粉制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器。我們現(xiàn)場(chǎng)采用的是盤(pán)式制動(dòng)器。下面分別介紹該控制系統(tǒng)的張力傳感器、張力控制操作裝置和制動(dòng)裝置。

2.3.1 張力傳感器

張力傳感器是將襯布的張力先轉(zhuǎn)換為負(fù)載，然后再將該負(fù)載作為電氣信號(hào)傳出的設(shè)備。在張力檢測(cè)器上部設(shè)置檢測(cè)輥，張力檢測(cè)器前后設(shè)置導(dǎo)輥，讓襯布通過(guò)每個(gè)輥。由此，襯布上的張力會(huì)通過(guò)檢測(cè)輥?zhàn)鳛樨?fù)載施加到張力檢測(cè)器上。本項(xiàng)目中，我們選用三菱LX7-F型法蘭式張力傳感器（圖4）。該類(lèi)型的傳感器采用的是差動(dòng)變壓器式傳感器。其特點(diǎn)是：①傳感器部分為非接觸式，抵抗撞擊的能力強(qiáng)（現(xiàn)場(chǎng)小車(chē)進(jìn)出時(shí)，操作不當(dāng)都會(huì)對(duì)張力輥產(chǎn)生碰撞）。②與其他傳感器相比，輸出電壓較高，所以抵抗電噪聲能力強(qiáng)。③增幅時(shí)誤差小。④需要對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。LX7-F 型張力傳感器，必須在兩端各使用 1 臺(tái)，共 2臺(tái)（圖 5）。

圖4 LX7-F型法蘭式張力傳感器

圖5 張力傳感器安裝示意圖

2.3.2 張力操作控制裝置

張力操作控制裝置是收集張力檢測(cè)器傳遞的張力信號(hào)，然后根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，調(diào)節(jié)制動(dòng)裝置的氣壓，松緊卷取的剎車(chē)盤(pán)，增減襯布的張力，從而能夠確保襯布的張力保持穩(wěn)定。我們選用E+L公司DC62型控制器（圖6）。兩個(gè)測(cè)力傳感器測(cè)量出張力的實(shí)際值，張力值跟標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，并形成控制差值傳送給張力控制裝置的PID控制器?？刂破魃捎糜诤竺孀儞Q器的調(diào)節(jié)信號(hào)。變換器的輸出端提供控制氣動(dòng)制動(dòng)器的壓力，從而調(diào)整實(shí)際的張力，最終趨于平衡，在標(biāo)準(zhǔn)值之間波動(dòng)。波動(dòng)的范圍可以通過(guò)界面設(shè)置進(jìn)行自行設(shè)定。

2.3.3 制動(dòng)裝置

制動(dòng)裝置包括比例閥、空壓盤(pán)式制動(dòng)器、剎車(chē)盤(pán)等部件。比例閥主要是通過(guò)張力控制器輸出的電壓值來(lái)精確調(diào)節(jié)氣壓大小；制動(dòng)器采用臺(tái)灣堂瑩 DBF系列空壓盤(pán)式制動(dòng)器，可根據(jù)不同氣壓，對(duì)剎車(chē)盤(pán)實(shí)施不同的抱緊力。電壓值越大，抱緊力越緊，卷取襯布的張力就越大。

圖6 DC62型張力操作控制裝置

2.3.4 操作界面介紹

操作界面分為三個(gè)操作層面（圖7）：①主屏幕：主要顯示張力的實(shí)際值、目標(biāo)值、襯布運(yùn)行速度、當(dāng)前制動(dòng)器的壓力、當(dāng)前配方；②信息菜單：主要顯示E+L維修公司的聯(lián)系資料，在設(shè)備出現(xiàn)異常無(wú)法解決時(shí)，可聯(lián)系廠(chǎng)家技術(shù)人員協(xié)助；③主菜單：主要顯示控制器配置設(shè)置以及軟件版本信息。

圖7 操作界面

實(shí)際正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，員工只需在右側(cè)的白色框內(nèi)輸入設(shè)定的張力值即可。目前，我們?cè)O(shè)置的張力是100 N。

3 前后數(shù)據(jù)分析對(duì)比

圖8為生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集表，經(jīng)對(duì)比分析前后數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：恒張力計(jì)設(shè)定為100 N，墊膠厚度變化量在1.3 mm；非恒張力工位厚度變化量在1.6 mm，恒張力工位要比正常工位少變形0.3 mm。

圖8 生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集表

4 常見(jiàn)故障及排除方法

各部位常見(jiàn)的故障及其對(duì)應(yīng)的排隊(duì)方法見(jiàn)表1。

5 應(yīng)用前景

該裝置主要運(yùn)用在墊膠卷取小車(chē)上。安裝尺寸改造后，該裝置也可以用于斜裁卷取塑料紙張力控制。目前該裝置已獲得實(shí)用新型申請(qǐng)專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)是ZL 2018 2 1777599.X。

表1 常見(jiàn)故障及排隊(duì)方法