橡膠氣囊纏繞機設計

田建德，劉保權，馬美琴

（衡水橡膠股份有限公司，河北　衡水　053000）

橡膠氣囊纏繞機設計

田建德，劉保權，馬美琴

（衡水橡膠股份有限公司，河北衡水053000）

根據橡膠氣囊結構，以纖維纏繞理論為基礎，分析設計氣囊纏繞加工工藝，并完成基于嵌入式運動控制器的高精度纖維纏繞控制系統設計。設計的加工工藝以纖維纏繞理論為依據，以氣囊模型為基礎，分析運動軌跡，完成纏繞工藝的設計，設計的硬件控制系統以MC405多軸嵌入式運動控制器為核心，采用伺服控制技術，控制4個電機實現同步協調運動，最后通過纏繞實驗驗證系統的可行性。

橡膠氣囊；纖維纏繞；纏繞機

橡膠氣囊由于其具有成本低，使用方便，可重復利用等優點被廣泛的應用于運輸，建筑，船舶下水等領域[1]，目前，橡膠氣囊主要采用鋪放工藝[2]，通過手動或半自動設備實現成型加工，這種成型方式不僅效率低、精度低，而且加工產品質量差，合格率低。本文以纖維纏繞理論[3]為基礎，設計纏繞成型工藝，并根據成型工藝研發基于MC405嵌入式運動控制器的橡膠氣囊纏繞機設備采用多軸聯動的控制方式加工精度高、速度快、自動化程度高，可滿足實際加工需求。

1　纏繞工藝及線性設計

1.1橡膠氣囊模型分析

橡膠芯模采用斷裂強度較大的多層錦綸浸膠簾子布作為骨架材料，其結構如圖1所示。

圖1　氣囊模型示意圖

1.2軌跡規劃

由氣囊分解的三部分可知，圓柱段的囊體部分可采用等纏繞角的加工方式，兩側圓錐段（含囊咀停留部分）可采用變纏繞角的加工方式，由于氣囊兩側有圓錐段結構，導致小車與芯模表面的距離無法在整個纏繞過程中保持不變，從而影響纏繞角度。所以在設計氣囊纏繞工藝時，在兩側囊頭段需考慮伸臂因子，通過伸臂調節芯模與小車的間距，使出紗點與落紗點的距離保持不變，從而提高纏繞精度，如圖2所示，A點為無伸臂時的出紗點，B點為有伸臂時的出紗點，C點為落紗點，α2為無伸臂作用時落紗點C處纏繞角，α1為有伸臂作用時落紗點C處纏繞角。

圖2　伸臂對纏繞角的影響

2　氣囊纏繞機機械結構

2.1氣囊纏繞機機械結構

氣囊纏繞機的機械結構的總體示意圖如圖3所示，氣囊纏繞機的總體機械結構主要包括主軸、小車、伸臂和纏繞頭這四個部分，系統的主軸部分由安川11 kW電機驅動，主軸沿氣囊芯模的芯軸方向做勻速旋轉；系統的小車部分由安川4.4 kW電機驅動，小車沿軌道，并按一定速度，在氣囊芯模一側做往復運動；系統的伸臂部分由安川1.8 kW電機驅動，伸臂部分安裝在小車平臺上，當小車做往復運動至氣囊的兩端的囊頭段時，伸臂沿垂直小車軌道的方向做伸縮運動；系統的纏繞頭部分由安川450 W電機驅動，纏繞頭部分安裝在伸臂機構上，當伸臂做伸縮運動的同時，纏繞頭沿伸臂伸縮的方向做旋轉運動。

3　纏繞實驗

替換

3.1纏繞實驗

設計的控制系統通過纏繞實驗驗證系統的可行性。采用單根寬度為4 mm的紗線進行纏繞實驗，測量不同層數時紗線在芯模表面鋪開的寬度，以驗證纏繞加工的重復定位精度，表1為各纏繞層時，同一位置紗線在芯模表面展開的寬度。經實驗驗證，橡膠氣囊纏繞機可實現氣囊的穩定（不滑紗）、高精度（重復定位精度）的纏繞。

圖3　機械總體結構圖

表1 各纏繞層展開寬度

4　結語

本文設計的橡膠氣囊纏繞機首次將纖維纏繞理論與氣囊成型技術結合，采用整體纏繞的方式完成自動加工，作為一種新型氣囊加工成型設備，橡膠氣囊纏繞機不僅具有較高的競爭力，還具有廣大的發展前景。

[1] 馮文江，賈德民，郭寶春. 橡膠納米復合材料的一些新進展[J]. 高分子通報，2014，15(1)：51~52.

[2] 趙桂英，王忠光. 環氧樹脂在橡膠中的應用概況[J]. 特種橡膠制品，2014，6(11)：87~88.

[3] Wu Shourong. Orientation of Forestry Government Functions in Chinese Construction of Ecological Civilization[A].Proceedings of 2009 International Conference on Public Administration，2014(5).

Design of rubber bladder winding machine

TQ330.4

1009-797X(2015)12-0063-02

B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2015.12.013

田建德（1972-），男，高級工程師，主要從事化工機械設備復合材料設計研究工作。

2015-05-13