盛韶祥，高棟煜，洪潮，阮保林

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

鋼絲圈在輪胎中的作用是高強度鋼絲束、維持輪胎和輪輞在同一轉(zhuǎn)動面、固定輪胎在輪輞上，對輪胎的質(zhì)量和安全性起著重要作用。國內(nèi)外鋼絲圈生產(chǎn)線存在著一些機構(gòu)上的缺陷。傳統(tǒng)生產(chǎn)線生產(chǎn)出來的輪胎將無法滿足市場對高質(zhì)量和安全性的需求，設(shè)計更合理、先進的生產(chǎn)線將提升公司在行業(yè)中的競爭力，有利于控制生產(chǎn)成本等。

1 四工位鋼絲圈生產(chǎn)線介紹

主要由導(dǎo)開裝置、擠出機-敷膠、儲絲機構(gòu)、預(yù)彎曲機構(gòu)、鋼絲纏繞機構(gòu)五大部分組成：

（1）導(dǎo)開裝置：四個導(dǎo)開裝置兩兩背靠背安裝，由預(yù)彎曲和鋼絲纏繞機構(gòu)的牽引力使鋼絲工字輪導(dǎo)開，通過控制摩擦力使工字輪和生產(chǎn)線的速度達到匹配。導(dǎo)開后除塵裝置擦去鋼絲上的雜質(zhì)，再經(jīng)過預(yù)熱裝置讓鋼絲達到50-90度，這樣可使后面鋼絲敷膠效果更好。

（2）擠出機-敷膠：采用Φ65冷喂料擠出機，機頭的排絲板先定位鋼絲，排絲板和口型之間形成膠料的高壓腔對鋼絲進行敷膠，口型控制敷膠后鋼絲的直徑，排膠口開合程度可控制機頭內(nèi)壓力大小。

（3）儲絲機構(gòu)：四組儲絲機構(gòu)有各自的牽引電機，互不干涉，鋼絲在18個定滑輪和18個動滑輪上螺旋纏繞實現(xiàn)儲絲效果，機架上有上下限位開關(guān)可控制生產(chǎn)線速度使動滑輪不會沖出極限位。動滑輪上有鉛塊配重，使其上下運動平穩(wěn)并對鋼絲有一定的拉力防止跳絲。最長儲絲量可達25 m。

（4）預(yù)彎曲機構(gòu)：類似于微型的儲絲機構(gòu)，無桿氣缸作用在動滑輪上用來調(diào)節(jié)其位置和鋼絲張力。預(yù)彎曲輥用來調(diào)節(jié)鋼絲的曲度，適用于不同規(guī)格的鋼絲圈。

（5）鋼絲纏繞機構(gòu)：主要實現(xiàn)送絲、排絲、主軸鋼絲纏繞、切絲等動作，主要工作順序是：主軸上的6塊纏繞盤擴張開，送絲機構(gòu)夾住鋼絲把鋼絲頭部送到纏繞盤的夾絲器上，夾絲器夾住鋼絲后送絲機構(gòu)松開并退回原位，同時主軸帶動纏繞盤轉(zhuǎn)動，每繞一圈排絲機構(gòu)會橫向跳動一個鋼絲距離，當(dāng)一層排好后排絲機構(gòu)會向上抬高一個鋼絲距離再橫向排絲，重復(fù)前面兩個動作直到鋼絲圈纏繞完成，切絲機構(gòu)切斷鋼絲，纏繞盤縮小，卸圈器取出鋼絲圈。鋼絲圈生產(chǎn)線布局如圖1所示。

2 鋼絲纏繞生產(chǎn)線工藝規(guī)范

鋼絲圈主要工藝規(guī)范有：①鋼絲圈內(nèi)徑公差±0.5 mm；②鋼絲圈周長公差±1.6 mm；③接頭允許重疊0～20 mm；④不允許有重疊和漏排的鋼絲；⑤允許橢圓度最大4 mm；⑥鋼絲排列整齊、無缺膠變形、無漏鋼絲；⑦鋼絲敷膠前無鐵銹、無油污和雜質(zhì)；⑧鋼絲圈重量公差±3%；⑨鋼絲敷膠后直徑公差±0.5 mm；⑩鋼絲抬絲起始到終了長度≤150 mm；鋼絲圈露銅面積≤2處（單根鋼絲漏銅小于10 mm）。當(dāng)生產(chǎn)的鋼絲圈超出了工藝規(guī)范就屬于次品，需要被報廢。

3 纏繞機構(gòu)性能提升設(shè)計

3.1 纏繞機構(gòu)的重要性

圖2為鋼絲圈生產(chǎn)線的機頭纏繞結(jié)構(gòu)，美國巴特爾、天津賽象、江陰勤力等制造廠家都采用這種結(jié)構(gòu)。纏繞盤擴張大小、6塊盤的錯位現(xiàn)象和第一塊纏繞盤夾絲口槽形狀會影響鋼絲圈的內(nèi)徑、周長、橢圓度、重量、排列整體度和接頭長度等，排絲機構(gòu)影響鋼絲圈的排列整齊度。生產(chǎn)工藝規(guī)范中除了第7條，其余10條都與纏繞機構(gòu)相關(guān)，所以生產(chǎn)線的主要技術(shù)核心就集中于此，這里的生產(chǎn)進度得到保證就可以提高鋼絲圈的合格率、減少報廢品。

3.2 目前纏繞機構(gòu)的缺陷

3.2.1 排絲結(jié)構(gòu)缺陷

圖2 機頭纏繞結(jié)構(gòu)

圖3為鋼絲排絲機構(gòu)，纏繞盤逆時針旋轉(zhuǎn)，排絲嘴把從預(yù)彎曲過來的鋼絲初步定位，排絲輪再把鋼絲壓在纏繞盤槽口內(nèi)進行精確定位防止抖動跳動，鋼絲按程序里設(shè)定的排列順序進行纏繞。每根鋼絲敷膠厚度為1.7 mm,鋼絲圈由鋼絲纏繞50圈左右形成，因此如果鋼絲定位上有偏差經(jīng)過累加后鋼絲圈形狀會發(fā)生很大變化而不符合工藝規(guī)則。根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)簡圖可以發(fā)現(xiàn)以下設(shè)計缺陷：①四個排絲輪無法整體左右調(diào)整位置；②四個排絲架鎖緊過緊就是卡死，過松就無法保證排絲輪44.4 mm的間距；③每個排絲架用平面軸承和墊片隔開，很容易磨損；排絲輪上的軸承用卡簧固定，排絲輪會軸向串動，排絲輪轉(zhuǎn)動時會晃動不能保證44.4 mm的尺寸；④當(dāng)架子有變形和磨損時只能更換整套裝置，無法做到調(diào)節(jié)單個排絲輪。根據(jù)維修統(tǒng)計生產(chǎn)線70%以上的故障都集中于此，這個部位易損件多，排絲輪和排絲嘴每天都需更換。

圖3 排絲機構(gòu)

3.2.2 纏繞盤結(jié)構(gòu)缺陷

圖4為纏繞盤機構(gòu)，纏繞盤由帶槽口的鋼塊和鋁座通過定位銷和螺栓連接而成，纏繞盤固定在滑塊座上，滑塊座由橫向和縱向滑塊安裝在中心移動軸上，移動軸的伸縮使纏繞盤實現(xiàn)擴張和收縮。在這個裝配過程中滑塊固定螺紋孔、定位銷孔的位置和鋼塊、鋁座、滑塊座、移動軸的加工誤差共同作用下影響這裝配精度，使得6塊纏繞盤會相互錯位。根據(jù)實際使用情況巴特爾鋼絲圈生產(chǎn)線錯位能達到1 mm,國產(chǎn)生產(chǎn)線能達到2.5 mm，嚴(yán)重影響鋼絲圈排列質(zhì)量。

圖4 纏繞盤機構(gòu)

圖5為第一塊纏繞盤上夾絲口，第一塊纏繞盤夾絲器夾住鋼絲的起頭部位再拉著鋼絲轉(zhuǎn)動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一圈后又到夾絲口位置時橫向滾珠絲杠會帶動排絲機構(gòu)移動一根鋼絲距離，當(dāng)?shù)谝粚愉摻z排好后再到夾絲口時，縱向滾珠絲杠會把排絲機構(gòu)抬高一根鋼絲距離，以此往復(fù)形成一個鋼絲圈，鋼絲圈夾絲口處就形成了一個接頭和一段重疊。夾絲口處不是弧形，而是直線型，這樣會影響鋼絲圈的周長、橢圓度和接頭長度。

圖5 夾絲口結(jié)構(gòu)

3.3 纏繞機構(gòu)優(yōu)化改進

3.3.1 排絲結(jié)構(gòu)改進

根據(jù)現(xiàn)有的缺陷我們需要設(shè)計一套能整體調(diào)節(jié)排絲架位置又能單個調(diào)節(jié)排絲輪位置、消除軸承固定和加工誤差產(chǎn)生的安裝間隙、減少各部件的磨損。如圖6是新設(shè)計的排絲機構(gòu)爆炸圖，這種設(shè)計有以下優(yōu)點：①采用鎖緊式安裝軸設(shè)計，可以把四個擺動架鎖緊以后整體移動位置；②擺動架安裝采用一對角接觸軸承背靠背安裝，鎖緊以后不會出現(xiàn)卡死或者鎖緊過松，同時可以消除軸承的內(nèi)外圈的間隙和各部件加工誤差產(chǎn)生的間隙，排絲輪間距44.4 mm能更有保證。③排絲輪也采用角接觸軸承再加蝶形彈簧安裝，螺栓擰緊后蝶形彈簧的彈性可以排絲輪一個預(yù)緊力，可以消除間隙防止軸向竄動。蝶形彈簧的變形量可以用來微調(diào)排絲輪軸向位置，當(dāng)某個排絲輪間距發(fā)生變化時就可以通過螺栓調(diào)整位置，而不需要整體更換備件，也可通過增加蝶形彈簧數(shù)量來達到更大的調(diào)節(jié)量和預(yù)緊力。

圖6 排絲機構(gòu)爆炸圖

3.3.2 纏繞盤機構(gòu)改進

纏繞盤機構(gòu)是由多個部件組成的裝配體，每個部件都存在加工誤差，比如纏繞盤就有10多種不同的規(guī)格進行切換，報廢的纏繞盤和新購的尺寸偏差都不一樣，所以通過提高各部件的加工精度來消除纏繞盤錯位現(xiàn)象幾乎很難實現(xiàn)。本論文設(shè)計的方案能很方便解決纏繞盤錯位，而且生產(chǎn)精度很高。如圖7在纏繞機構(gòu)上增加一塊環(huán)形纏繞盤位置糾正板，要求新買的纏繞盤都是半成品（先不加工定位銷），把纏繞盤靠在糾正板上保證在一個平面內(nèi)，這時再鎖緊纏繞盤的鋁座和鋼塊的連接，這樣就防止了各部件加工誤差引起的纏繞盤錯位，再拆下纏繞盤返廠加工定位銷（期間要防止鋁座和帶槽口鋼塊間移動），這樣的加工順序能使6塊纏繞盤平面度很高，有效消除錯位現(xiàn)象。

圖7 纏繞盤機構(gòu)簡圖

如圖8所示，纏繞盤夾絲口處設(shè)計為圓弧形，可保證鋼絲圈的周長和生產(chǎn)工藝尺寸保持一致；鋼絲纏繞的起頭處在夾絲齒內(nèi)和排列的弧面有落差，設(shè)計預(yù)抬高可以抵消落差引起的間隙使排列效果更加好。

圖8 纏繞盤夾絲口

4 導(dǎo)開機構(gòu)性能提升設(shè)計

4.1 導(dǎo)開工字輪結(jié)構(gòu)缺陷

四工位鋼絲圈生產(chǎn)線為被動導(dǎo)開方式，通過摩擦制動方式控制導(dǎo)開速度，圖9為工字輪裝配圖，生產(chǎn)時鋼絲裝在工字輪兩側(cè)板的中間，需要經(jīng)常拆卸工字輪來更換鋼絲。工字輪重約100 kg，鋼絲重約250 kg，根據(jù)力的傳遞原理此結(jié)構(gòu)在制動時內(nèi)部會產(chǎn)生很大的扭矩力，造成各部件加劇磨損和疲勞斷裂，采用Φ32的轉(zhuǎn)動軸直徑也偏小，容易斷。下圖是工字輪各部件現(xiàn)場磨損情況。

圖9 工字輪裝配圖

4.2 導(dǎo)開工字輪結(jié)構(gòu)改進

以減輕重量、減少磨損、方便員工操作為改進方向設(shè)計新結(jié)構(gòu)工字輪，圖10為改進后工字輪。中心軸采用方軸可提供比原來圓軸更高的強度；剎車輪上的制動力可以通過方軸直接傳遞到工字輪上，取消剎車輪上的銷軸，簡化了剎車輪結(jié)構(gòu)，消除易損件；右側(cè)板和中間桶是焊接成一體，可以減少多個部件，減輕重量方便操作；左側(cè)板通過螺栓固定在中間桶上，不受鋼絲的重力。改進后的工字輪運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，故障很少。表1為使用數(shù)據(jù)。

表1 改造前后數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)論

通過對生產(chǎn)線的性能提升，可以大幅減少鋼絲圈的直接報廢，同時尺寸、排列、接頭等得到改善可以提升鋼絲圈質(zhì)量。

圖10 新結(jié)構(gòu)工字輪

生產(chǎn)線設(shè)備的性能提升將是輪胎企業(yè)的重點工作，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)競爭力，使企業(yè)在行業(yè)的整合中處于有利地位。