李寶龍，趙建東，馮 爽

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

工程機(jī)械子午線輪胎的種類很多，一般將輪胎標(biāo)準(zhǔn)輪輞直徑為1 244.6 mm（49英寸）及以上的產(chǎn)品稱為巨型工程機(jī)械子午線輪胎（簡稱巨胎），其主要用于礦山采掘和工程建設(shè)行業(yè)[1-4]。

鋼絲簾布裁斷機(jī)是輪胎生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，可將鋼絲簾布按照生產(chǎn)工藝要求裁切成不同的寬度，為輪胎成型做準(zhǔn)備[5]。與常規(guī)的載重輪胎相比，巨胎的直徑和鋼絲簾布厚度較大，這就對其裁斷機(jī)的導(dǎo)開裝置提出了更高的要求。

根據(jù)市場需求，我公司設(shè)計(jì)了一種用于1 244.6～1295.4 mm（49～51英寸）巨胎鋼絲簾布裁斷機(jī)的導(dǎo)開裝置，現(xiàn)介紹如下。

1 導(dǎo)開裝置的設(shè)計(jì)思路與工作過程

導(dǎo)開裝置的作用主要是完成鋼絲簾布卷（簡稱料卷）及墊布卷的導(dǎo)開，使鋼絲簾布與墊布分離，并將墊布卷曲回收使用。

1.1 設(shè)計(jì)思路

導(dǎo)開裝置的設(shè)計(jì)需要考慮人工上料及鋼絲簾布糾偏2個(gè)問題。由于鋼絲簾布厚度為4～8 mm，每平方米的質(zhì)量為30～50 kg，人工引料時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下問題：從料卷引出料頭到牽引輥后，還要將其從牽引輥再跨到輸入輥道上，需要4人才能完成，因此需要設(shè)計(jì)合理的接料裝置，以節(jié)省人力；另外，針對鋼絲簾布在輸送過程中易跑偏的問題，需要設(shè)計(jì)糾偏裝置，以保證送料精度[6-7]。

1.2 工作過程

本工作設(shè)計(jì)的導(dǎo)開裝置為單工位、固定式導(dǎo)開結(jié)構(gòu)，主要包括導(dǎo)開小車、糾偏裝置、輸送裝置和擺動(dòng)裝置等，布局如圖1所示。導(dǎo)開裝置工作過程為：首先，牽引裝置完成料卷牽引，輸送帶將料卷輸送到牽引輥處，在輸送帶上完成料頭的拼接工作，可大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；當(dāng)檢測到鋼絲簾布偏時(shí)，由導(dǎo)開裝置完成鋼絲簾布糾偏；牽引裝置通過擺動(dòng)輥道輔助完成鋼絲簾布的過渡，可避免工人牽料；最后，輸送裝置將鋼絲簾布輸入到裁斷機(jī)處，完成裁切。

圖1 導(dǎo)開裝置布局示意

2 導(dǎo)開裝置的功能分析

2.1 導(dǎo)開功能

料卷放入導(dǎo)開小車后，人工分離鋼絲簾布與墊布，將墊布通過折返輥送入墊布卷曲工位，然后由伺服電機(jī)控制卷曲墊布。料卷由2個(gè)伺服電機(jī)協(xié)同控制張力，使墊布卷曲與料卷導(dǎo)開的力達(dá)到平衡。裝置可以進(jìn)行料卷直徑檢測，當(dāng)料卷用完時(shí)會(huì)發(fā)出警告，提示操作人員及時(shí)更換料卷以平穩(wěn)送料。

2.2 糾偏功能

糾偏裝置在導(dǎo)開小車底部，與斜輸送帶上的光電檢測儀器共同完成糾偏工作。斜輸送帶采用顏色識(shí)別傳感器，通過鋼絲簾布與輸送帶形成的鮮明色差（鋼絲簾布為黑色，輸送帶為白色）實(shí)現(xiàn)傳感器的檢測工作。

采用2對傳感器（見圖2），通過糾偏裝置讓鋼絲簾布邊緣始終處于傳感器1和2之間，糾偏誤差小于5 mm。在輸入輥入料口設(shè)有定中裝置，可以將預(yù)糾偏的鋼絲簾布保持在設(shè)備中線上，保證鋼絲簾布前部與裁切刀口保持水平。機(jī)械手拉料時(shí)通過與輸入輥伺服控制配合完成動(dòng)作，保證鋼絲簾布沿直線前進(jìn)，同時(shí)保證輸送精度，減少廢料的產(chǎn)生。

圖2 傳感器布局示意

2.3 擺動(dòng)接料功能

儲(chǔ)料裝置如圖3所示。在保證裁切效率的前提下，機(jī)械手拉料速度明顯高于料卷導(dǎo)開速度，為了保持拉料的持續(xù)性，通常會(huì)多儲(chǔ)存一塊鋼絲簾布形成一個(gè)儲(chǔ)料兜。儲(chǔ)料裝置下部帶有檢測鋼絲簾布位置的傳感器，其與伺服電機(jī)配合，可以保證儲(chǔ)料充足。

圖3 儲(chǔ)料裝置示意

牽引輥中心與輸入輥中心的距離較大，為1 620 mm，而且鋼絲簾布質(zhì)量比較大，人工牽引十分困難，因此設(shè)計(jì)了一種可以開合的擺動(dòng)裝置。引料時(shí)，擺動(dòng)裝置閉合（見圖4），形成類似拱橋的結(jié)構(gòu)，擺動(dòng)裝置上裝有自由輥，只需要簡單干涉即可平滑過渡，可以減輕操作人員的工作強(qiáng)度，提高操作安全性。

鋼絲簾布被牽引到裁切裝置刀口時(shí)，帶有單向軸承的壓輥壓下，隨著擺動(dòng)裝置打開（見圖5），牽引輥繼續(xù)送料，形成儲(chǔ)料兜，該送料方式可以大大減少操作人員的工作量，提高工作效率。

圖5 擺動(dòng)裝置打開

2.4 異物檢測功能

導(dǎo)開工位設(shè)有異物檢測裝置（見圖6），在鋼絲簾布露銅、有明顯異物等時(shí)可以自動(dòng)檢測并聲光報(bào)警。

圖6 異物檢測裝置

異物檢測裝置采用高精度視覺傳感器，可對經(jīng)過視覺鏡頭的物料進(jìn)行拍照，并根據(jù)生產(chǎn)工藝要求對物料的缺陷進(jìn)行判斷。其安裝在裁斷機(jī)導(dǎo)開位置，對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中附著在鋼絲簾布上和簾布底面的塑料雜質(zhì)等異物進(jìn)行自動(dòng)檢測，發(fā)現(xiàn)異物時(shí)進(jìn)行聲光提示或停機(jī)，操作人員對異物處理后，設(shè)備繼續(xù)工作，從而減小因摻入異物對輪胎質(zhì)量的影響。

3 導(dǎo)開裝置的電氣和氣壓傳動(dòng)控制

輪胎生產(chǎn)消耗了大量的人力和物力，因此其轉(zhuǎn)型升級意義重大，智能化、信息化、數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用十分必要。

3.1 可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)的應(yīng)用

目前，在橡膠機(jī)械領(lǐng)域的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，應(yīng)用較為普遍的是PLC技術(shù)，PLC技術(shù)相對穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，編程直觀方便，是實(shí)施智能化、信息化、數(shù)字化制造的關(guān)鍵。

導(dǎo)開裝置是鋼絲簾布裁斷機(jī)的一部分，具有較高的精度及較快的響應(yīng)速度，集成性高，而PLC技術(shù)在自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)控制、順序控制等方面具有較高的優(yōu)勢，因此，本工作導(dǎo)開裝置電氣控制采用PLC技術(shù)的控制方式。

目前，主流的PLC廠家有日本三菱集團(tuán)、德國西門子股份公司、美國羅克韋爾自動(dòng)化公司（簡稱AB公司）等。本工作根據(jù)我公司的技術(shù)資源儲(chǔ)備以及輪胎企業(yè)的需求，選擇AB公司的PLC控制系統(tǒng)。其導(dǎo)開裝置中的伺服電機(jī)、變頻電機(jī)、氣缸、傳感器和檢測系統(tǒng)等通過PLC技術(shù)聯(lián)結(jié)成整體系統(tǒng)，結(jié)合軟件控制語言的編輯，形成一套完整的控制系統(tǒng)，操作人員直接通過人機(jī)界面完成參數(shù)的錄入、修改及運(yùn)動(dòng)控制，大大增加了可交互性，具體特點(diǎn)如下。

（1）采用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作、監(jiān)控、報(bào)警與狀態(tài)顯示。

（2）提供豐富的在線監(jiān)控及故障報(bào)警功能，既可監(jiān)控PLC程序的執(zhí)行情況，也可監(jiān)控控制系統(tǒng)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)狀態(tài)信息，并可對控制系統(tǒng)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所有的故障信息進(jìn)行報(bào)警。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)故障立即報(bào)警，并可進(jìn)一步查詢故障原因及解決辦法。

（4）用戶圖形界面擁有強(qiáng)大的圖形顯示功能，可以用圖形的方式直觀地表達(dá)導(dǎo)開裝置的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、故障診斷等功能，各關(guān)鍵部分的傳感器、執(zhí)行器、工藝步驟、工作壓力等數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)直觀地顯示在操作屏上，操作人員可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備整體及各部分的運(yùn)行狀態(tài)。

（5）參數(shù)設(shè)定由PLC和人機(jī)界面組成的控制系統(tǒng)完成，在人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定、修改、存儲(chǔ)、調(diào)用及故障診斷?？梢蕴峁┤藱C(jī)界面讀取PLC數(shù)據(jù)的端口，并提供各參數(shù)、狀態(tài)的詳細(xì)地址。根據(jù)需求PLC還可以進(jìn)行擴(kuò)展，擁有更強(qiáng)大的控制功能。

3.2 氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 氣壓傳動(dòng)技術(shù)

與機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)具有許多突出的特點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速[8]。目前，氣壓傳動(dòng)技術(shù)結(jié)合了機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣和電子技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)并加以創(chuàng)新，已成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要手段，在汽車制造業(yè)、生產(chǎn)自動(dòng)化、包裝自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

3.2.2 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）裝置結(jié)構(gòu)簡潔，安裝和維修便捷。

（2）空氣取之不盡，用之不竭，排氣簡便，沒有環(huán)境污染，成本低廉。

（3）輸出力及工作速度非常容易調(diào)節(jié)，氣缸運(yùn)動(dòng)速度比電氣方式及液壓傳動(dòng)的速度快。

（4）氣壓傳動(dòng)元件可靠性強(qiáng)，使用壽命較長。

（5）空氣具有可壓縮性，能夠儲(chǔ)存能量，實(shí)現(xiàn)集中的供氣，能夠短時(shí)間內(nèi)釋放能量。

（6）與液壓方式對比，氣壓傳動(dòng)方式能在高溫場合使用。

3.2.2.2 缺點(diǎn)

（1）因?yàn)榭諝獾膲嚎s性，氣缸工作容易受到負(fù)載的變化影響。

（2）氣缸在較低速度動(dòng)作時(shí)，其穩(wěn)定性沒有液壓缸好。

（3）氣缸的輸出力較低，不能滿足在大負(fù)載下使用的要求。

3.2.3 導(dǎo)開裝置的氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)

本工作導(dǎo)開裝置的氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)見圖7。

圖7 導(dǎo)開裝置的氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)

圖7中：1為SMC（中國）有限公司生產(chǎn)的氣壓傳動(dòng)三聯(lián)件，可以處理壓縮空氣中的水分子及雜質(zhì)，從而使過濾后的壓縮空氣符合氣壓傳動(dòng)元件的使用要求；2，6，10為集成式閥組底座（插入式閥組底座），可以將實(shí)施各功能動(dòng)作的電磁閥集成在一起，每個(gè)電磁閥不需要單獨(dú)連續(xù)電纜，使得氣壓傳動(dòng)控制元件能夠節(jié)約安裝空間和人工成本等；3為三位五通中封式電磁閥，在設(shè)備急停狀態(tài)下，電磁閥失電邏輯回到中腔封閉位置，可對擺動(dòng)裝置進(jìn)行急停軟控制；4，13為減壓閥，起到減壓及穩(wěn)壓的作用；5，7，9為氣缸排氣節(jié)流閥，調(diào)節(jié)氣缸伸出/縮回速度以及調(diào)整兩個(gè)共同工作的氣缸的同步性；8為兩位五通雙電控，起到雙穩(wěn)（急停時(shí)電磁閥保持原位，不切換）作用；11，12為兩位四通手動(dòng)閥及消音器，起到對接頭裝置氣缸的換向作用。

4 結(jié)語

本工作設(shè)計(jì)的巨胎鋼絲簾布裁斷機(jī)導(dǎo)開裝置已經(jīng)在某輪胎廠得到應(yīng)用，總體使用效果符合預(yù)期。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，該導(dǎo)開裝置從上料到引料降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率和設(shè)備的智能化程度，體現(xiàn)了智能制造的優(yōu)勢，但裝置并未完全達(dá)到智能化，可在未來繼續(xù)進(jìn)行探索和開發(fā)。