帶束層鋼絲簾布雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

李東來(lái)，寧振祥，李學(xué)剛

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

帶束層是子午線輪胎的重要受力部件，對(duì)其鋼絲簾布拉伸率精度要求越來(lái)越高。目前帶束層鋼絲簾布采用小角度鋼絲簾布裁斷機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線制備，通過(guò)導(dǎo)開(kāi)、輸入輥向剪床遞布、裁斷、接取機(jī)械手、接取后定位輸送、拼接前定位送料、拼接、拼接后自動(dòng)卸料、儲(chǔ)料、分裁、包邊貼膠等工序后簾布卷在小車上。

為防止粘連，鋼絲簾布卷取時(shí)用墊布隔離；同時(shí)為避免卷取過(guò)程中簾布直接承受拉力，以墊布為輸送媒介，拉動(dòng)墊布；簾布卷取張力和卷取線速度必須恒定，卷取速度與生產(chǎn)速度匹配。

就目前帶束層鋼絲簾布裁斷生產(chǎn)線卷取單元而言，前半部操作圍繞剪床進(jìn)行，為周期性間斷動(dòng)作；后半部操作為連貫動(dòng)作，需要地坑儲(chǔ)料兜使前后操作速度匹配。但受重力影響，地坑儲(chǔ)料兜段簾布產(chǎn)生拉伸，導(dǎo)致簾布品質(zhì)變差。同時(shí)根據(jù)工藝要求，簾布翻面需要在地坑內(nèi)完成時(shí)，地坑內(nèi)的簾布加長(zhǎng)，即簾布在空中停留時(shí)間更長(zhǎng)，進(jìn)一步加劇簾布拉伸現(xiàn)象，很難保證簾布拉伸率精度達(dá)到要求。

本工作通過(guò)改進(jìn)帶束層鋼絲簾布雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)，調(diào)整簾布運(yùn)行路徑和收卷方向，將簾布翻面在卷取裝置中完成，以免地坑儲(chǔ)料兜造成的簾布拉伸，減小簾布拉伸率。

1 卷取單元結(jié)構(gòu)

1.1 改進(jìn)前

帶束層鋼絲簾布自動(dòng)生產(chǎn)線改進(jìn)前雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。改進(jìn)前雙工位卷取單元中，鋼絲簾布從上一單元傳遞到卷取單元工位一，通過(guò)地坑儲(chǔ)料兜1使2個(gè)單元運(yùn)行速度匹配。在卷取工位一中，簾布通過(guò)對(duì)中機(jī)構(gòu)后，隨墊布一起卷入料卷，墊布導(dǎo)開(kāi)后經(jīng)過(guò)糾偏機(jī)構(gòu)，保證墊布中心與鋼絲簾布中心重合。對(duì)中機(jī)構(gòu)有計(jì)數(shù)功能，可通過(guò)程序計(jì)算卷取簾布長(zhǎng)度，在卷取簾布長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值后停機(jī)，方便更換工位。

圖1 改進(jìn)前雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)示意

改進(jìn)前雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：（1）工位一和工位二是獨(dú)立機(jī)構(gòu)，布局不緊湊，占地面積大；（2）工位二通過(guò)過(guò)渡輸送帶送料，工位一和工位二間需要通過(guò)儲(chǔ)料兜2使2個(gè)工位的簾布運(yùn)行速度匹配，容易導(dǎo)致簾布拉伸率公差超過(guò)要求；（3）簾布由工位二換到工位一時(shí)，需要電機(jī)反轉(zhuǎn)收卷，影響工作節(jié)拍，操作時(shí)間較長(zhǎng)。

1.2 改進(jìn)后

帶束層鋼絲簾布自動(dòng)生產(chǎn)線改進(jìn)后雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。改進(jìn)后雙工位卷取單元主要由入口機(jī)械對(duì)中、墊布糾偏機(jī)構(gòu)、出口機(jī)械對(duì)中、小車導(dǎo)入、鎖緊機(jī)構(gòu)和過(guò)渡輸送輥道組成。鋼絲簾布由上一單元進(jìn)入卷取單元工位一，通過(guò)儲(chǔ)料兜使2個(gè)單元運(yùn)行速度匹配，對(duì)中機(jī)構(gòu)導(dǎo)正簾布，簾布通過(guò)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)后由小車完成卷取。待小車料卷滿卷后，手工切斷料頭，即完成工位一卷取工作。簾布料頭通過(guò)輸送輥道引至工位二，簾布過(guò)渡輸送為無(wú)動(dòng)力自由式輥道輸送，簾布直接進(jìn)入小車卷取而不需要儲(chǔ)料兜匹配2個(gè)工位運(yùn)行速度，同時(shí)在工位一更換空載小車，初始化工位，待命。待工位二滿卷后，切換至工位一繼續(xù)工作。改進(jìn)后雙工位卷取單元效率比單工位卷取單元高，理論上小車更換可不停機(jī)，操作持續(xù)性更強(qiáng)，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)更加緊湊，抑制鋼絲簾布拉伸的效果很好。改進(jìn)前采用一次性使用的塑料墊布，改進(jìn)后小車式卷取采用可重復(fù)使用的尼龍墊布，這既降低了生產(chǎn)成本，又提高了生產(chǎn)環(huán)保性。

圖2 改進(jìn)后卷取結(jié)構(gòu)示意

另外，卷取單元結(jié)構(gòu)改進(jìn)前采用順時(shí)針收卷形式，簾布來(lái)料方向與收卷方向相同，沒(méi)有反卷（翻面）效果；卷取單元結(jié)構(gòu)改進(jìn)后采用逆時(shí)針收卷形式，簾布來(lái)料方向與卷取方向相反，簾布翻面在卷取工位內(nèi)部完成。

2 卷取結(jié)構(gòu)改進(jìn)效果

2.1 減速電機(jī)

帶束層鋼絲簾布自動(dòng)生產(chǎn)線卷取單元結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，減速電機(jī)采用SA77DRE100LC4 BE5/TH/V高效電機(jī)（德國(guó)SEW集團(tuán)產(chǎn)品）。電機(jī)機(jī)械效率η=0.7，電機(jī)輸出減速比i=28.41，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間t=0.5 s，達(dá)到工作速度時(shí)料卷輥筒轉(zhuǎn)過(guò)距離L=0.1 m，滿料卷寬度B=300 mm，滿料卷直徑D=1050 mm，滿料卷總質(zhì)量m=700 kg。

根據(jù)假設(shè)條件鋼絲簾布卷取減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速（線速度）如圖3所示，其它工藝參數(shù)如下。

圖3 減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速示意

（1）加速時(shí)間t′

（2）減速電機(jī)輸出軸角加速度θ

（3）減速電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速N

查手冊(cè)得出N=16.63（r·min-1）。

（4）料卷輥筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM

式中，D1和D2分別為料卷最大直徑和最小直徑。

（5）電機(jī)軸加速轉(zhuǎn)矩Ts

（6）必須轉(zhuǎn)矩TM

TM=TsS=416（N·m）（S為安全因數(shù)）。

（7）氣制動(dòng)靜摩擦轉(zhuǎn)矩TQ

查手冊(cè)得出TQ=53（N·m）。

（8）TM＋Ts＜T

式中，T為減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，查SEW電機(jī)手冊(cè)可得。

本設(shè)計(jì)選取的鋼絲簾布卷取減速電機(jī)可滿足生產(chǎn)要求。對(duì)于減速電機(jī)而言，阻力矩不止一個(gè)。隨著簾布卷取的進(jìn)行，料卷直徑增大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和力矩動(dòng)態(tài)補(bǔ)償也增大。為了整條生產(chǎn)線運(yùn)行速度匹配，減速電機(jī)要在近似恒線速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此減速電機(jī)的線速度與料卷直徑成反比例關(guān)系。

2.2 鎖緊氣缸

鋼絲簾布滿料卷質(zhì)量m1=700kg，小車空載時(shí)質(zhì)量m0=2200kg，小車滾動(dòng)摩擦系數(shù)μ=2mm，小車輪子半徑R=75mm，氣缸型號(hào)為DNC-80-150-PPV-A，其返回行程時(shí)拉力F=2721N。

（1）小車滿載質(zhì)量m2

（2）小車輪子的摩擦力Ff

（3）Ff＜F

本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)人工更換小車時(shí)車頭部分進(jìn)入工位，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)并發(fā)出信號(hào)，氣缸拉小車至工作位的半自動(dòng)操作。

2.3 墊布成本

塑料墊布只能一次性使用，其消耗是持續(xù)的。帶束層鋼絲簾布卷取時(shí)使用塑料墊布，不僅提高生產(chǎn)成本，而且不利于環(huán)保。按每卷簾布長(zhǎng)200 m，使用400 m塑料墊布（雙層），每天使用20卷塑料墊布計(jì)算，每天使用的塑料墊布成本為1734元，一年使用的塑料墊布費(fèi)用達(dá)63.3萬(wàn)元。采用重復(fù)使用的尼龍墊布，雖然小車制造成本較高，但其長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

帶束層鋼絲簾布自動(dòng)生產(chǎn)線雙工位卷取單元結(jié)構(gòu)改進(jìn)后采用小車式尼龍墊布卷取簾布，抑制了簾布拉伸變形，提高了鋼絲簾布質(zhì)量，避免了工字輪式卷取造成的塑料墊布浪費(fèi)，既環(huán)保又降低生產(chǎn)成本。但改進(jìn)后的卷取單元機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和機(jī)加工成本較高的問(wèn)題有待探討解決。