巨型全鋼工程機械子午線輪胎成型機成型鼓全自動后壓輥的設計

湯志盛，閆慶波

（桂林橡膠機械廠，廣西 桂林 541002）

2008年以前，51英寸（1295.4 mm）以上規格巨型全鋼工程機械子午線輪胎完全由米其林、普利司通、固特異三大世界輪胎巨頭壟斷，為此我國設立了巨型全鋼工程機械子午線輪胎研制的國家支撐項目，以推動我國巨型全鋼工程機械子午線輪胎的發展。2008年國產巨型全鋼工程機械子午線輪胎成型機研制成功。目前，我國巨型全鋼工程機械子午線輪胎成型機分為一次法和兩次法成型機，最大規格為63英寸（1600 mm）。二次法成型機分為一段和二段成型機。一段成型更為關鍵，包括胎坯成型、傳遞胎坯、正包、反包、上附件（胎肩墊膠、胎側附膠等）、滾壓、傳遞胎坯到二段成型機等多道工序。成型胎坯傳遞至成型鼓上上附件及滾壓工序一直采用手動操作，前后約有40個20多對不同附件需要滾壓，工作周期大約2～4 h，滾壓質量由操作人員的技術和狀態決定。為改變這一狀況，經過不斷探索，我公司設計了51英寸（1295.4 mm）以上規格巨型全鋼工程機械子午線輪胎成型機成型鼓全自動后壓輥。現將設計情況簡介如下。

1 結構設計

1.1 成型鼓上貼合附件形狀

在成型鼓上貼合的輪胎附件有胎肩墊膠、上膠芯、胎體上膠片、胎體反包膠片、型膠、胎側膠、胎圈（鋼絲圈/三角膠）等。除胎圈（鋼絲圈/三角膠）組合部件和形狀較復外，其余附件一般由三角形或四邊形膠片組合而成。組成附件的膠部件形狀如圖1所示。

圖1 組成附件的膠部件形狀示意

圖1（a）～（d）所示的膠片形狀共同點是：有底邊BD或BC以及底角∠ABD和∠CDB或∠ABC和∠ACB。可以設想，圖1（a）和（b）的A和C兩點疊合成一點，就變成圖（c）或（d）所示的三角形。圖（e）所示的胎圈膠部件形狀可以看成弧形，滾壓后的形狀［圖1（f）］類似扇形。分析得出，按膠料配方對這些附件歸類，采用一個主程序來控制附件貼合后的后壓輥滾壓（胎圈采用單獨的滾壓程序)，即按膠料配方設計控制滾壓程序。

1.2 成型鼓全自動后壓輥

1.2.1 結構

根據附件形狀的分析，設計了成型鼓后壓輥的結構（如圖2和3所示）及操作工藝：使用三軸壓輥進行三維滾壓，實現270°無死角滾壓，徑向和軸向壓輥使用伺服電機，旋轉壓輥使用變頻電機和增量編碼器，緩沖區域使用空氣彈簧。

圖2 成型鼓后壓輥結構示意之一

通過對徑向電機的控制，實現對壓輥前進和后退的控制；軸向電機實現壓輥分開和合攏控制；旋轉電機主要實現壓輥旋轉，可根據附件貼合情況，實現壓輥垂直滾壓附件。試驗時旋轉電機由變頻器控制，增量編碼器反饋位置，同時電機要移動到設定位置，壓輥旋轉角度控制難度很大，旋轉角度精度只能達到±1°。如果旋轉角度精度要求很高，可以考慮用伺服電機來控制壓輥旋轉。壓輥擺臂與成型鼓的中心線垂直，所以壓輥臂很長，位置及擺動角度大，無法使用氣缸緩沖，同時由于滾壓力的原因，選擇空氣彈簧進行緩沖。

圖3 成型鼓后壓輥結構示意之二

1.2.2 電氣系統

成型鼓后壓輥的電氣系統由Rockwell Automation的1769-L36ERM PLC、Kinetix伺服系統、PowerFlex變頻器、PanelView Plus觸摸屏組成，如圖4所示。該系統具有調用配方、切換規格及查詢故障等功能。

圖4 成型鼓后壓輥的電氣系統

1769-L36ERM PLC為COMPACTLOGIX 5370 L3處理器，具有3 MB內存；最大限度可支持 16 軸集成運動控制；支持EtherNet/IP I/O節點數48；本地1769擴展模塊30個，用于Logix系列所有控制策略的通用開發環境，借助USB端口輕松訪問模塊和網絡，以便執行配置和故障處理工作；成本低廉。這一構架的主要優點是能夠將Studio 5000Logix設計器用于集成運動控制編程、配置、調試，運動控制工具采用Kinetix350，Kinetix5500，Kinetix6500和PowerFlex755系列工具。

伺服體系采用Kinetix6500工具，可在原來3個伺服軸的基礎上增加多個伺服軸（體系功率100～112 kW）；集成平臺有助于簡化機器設計和調試；智能電機技術能夠自動識別電機與驅動器是否正確連接；Kinematics 機器人采用標準的 Logix/Kinetix集成運動控制技術。

PowerFlex變頻器適用于0.2 kW（0.25 hp）～6770 kW（9000 hp）；采用適用于所有 PowerFlex變頻器的通用型網絡、操作員界面和編程集；通信選項Ethernet/IP，ControlNet，Devicenet，DH Plus，RIO及第3方網絡；可直接與Logix控制器共享數千條狀態和診斷信息。

PanelView Plus 6觸摸屏從列表中選擇標簽，重用Logix控制器的標簽；提供4～15英寸（102～381 mm）屏幕；集成 EtherNet/IP、用戶自定義通信適用于其它眾多網絡；具有趨勢、表達式、數據記錄、動畫等先進的操作頁面功能。

EtherNet/IP網絡通過在標準Internet協議（如TCP/IP和UDP）上疊加通用工業協議（CIP）的方式提供全套的控制、配置和數據，收集服務。通過將2個廣泛接受的標準組合到一起，既能夠支持信息數據交換，又可支持控制應用項目。EtherNet/IP網絡還可使用現成的商用以太網元件和物理介質，提供經濟實用的車間解決方案。

EtherNet/IP通信模塊包括：支持通信、生產者/消費者標記、HMI和分布式I/O；在標準 TCP/UDP/IP協議內封裝報文；與ControlNet和DeviceNet共享一個公共應用層；通過 RJ45、類別5、無屏蔽、雙絞電纜連接；支持半雙工/全雙工10 Mbps或100 Mbps運行；支持標準交換機；不要求網絡規劃，不要求路由表。

1.3 滾壓工藝

在成型鼓后壓輥滾壓時，根據當前設定的輪胎附件數量和操作步驟自動運行，即先從圖1中的A點開始，平穩滾壓到B點，然后快速回到A點，再平穩滾壓到C點，最后滾壓到D點，完成滾壓。滾壓途中可以根據工藝壓力設定變換壓力，盡可能排除膠料中的氣泡。

2 應用效果

采用本設計全自動后壓輥后，巨型全鋼工程機械子午線輪胎胎坯貼合附件的滾壓由人工滾壓變為自動滾壓，輪胎生產的技術先進性、可靠性和穩定性提高，勞動強度降低。

3 結語

國產51英寸（1295.4 mm）以上規格巨型全鋼工程機械子午線輪胎成型機與國外同類產品相比還有一定差距，亟需對其自動化、生產效率、運行穩定性和操作人性化等進一步提高。