實心輪胎基部膠貼合機改進

潘宗旭，申時元，張齊飛，吳異

(貴州輪胎股份有限公司，貴州貴陽550008)

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實心輪胎基部膠貼合機改進

潘宗旭，申時元，張齊飛，吳異

(貴州輪胎股份有限公司，貴州貴陽550008)

摘要：對8-20寸實心輪胎基部膠貼合機運行過程中出現的操作不便、速度慢、定長不準等問題的原因進行分析，通過選用變頻調速，選用旋轉編碼器測量長度，對部分機構和PLC控制程序進行改造，使問題得以解決，實心輪胎基部膠貼合機的生產效率和產品質量明顯提高。

關鍵詞：實心輪胎基部膠貼合機變頻調速旋轉編碼器定長改進

0引言

最近幾年，荷蘭、意大利等國家利用輪胎生產過程中產生的尼龍簾布邊角廢料成功開發加工出纖維膠片，用于取代傳統的實心輪胎基部膠，價格低廉，質量可靠，節能減排，性能優越，符合歐盟REACH法規，很受市場青睞，各實心輪胎生產廠家紛紛進口采用。某公司開始進口試用并取得成功，購置了一臺8-20寸實心輪胎基部膠貼片機，擬進行機械化批量生產。在實際生產過程中，發現該機存在操作不便、速度慢且不可調、定長不準等問題，無法滿足生產要求。為此，我們對該機存在的問題進行分析，實施了技術改造并取得成功。

1問題分析

目前配有一套8-20寸的實心輪胎基部膠貼合機，由供料裝置、導開裝置、驅動裝置、定長裝置、纏貼裝置、裁斷裝置、成型機頭、控制系統(圖中未畫出)等組成(圖1、圖2)。

圖2　實心胎基部膠貼合機原理圖—卸胎位

纏貼胎胚時，由驅動裝置夾住膠片旋轉，帶動供料裝置跟隨轉動，供料；導開裝置夾住襯布自轉跟隨，將襯布與膠片剝離并收集；傳動裝置帶動纏貼裝置跟隨轉動，同時帶動膠片前行。定長工作由探膠開關配合程序完成：自動狀態下(手動狀態無記長功能)，操作工在人機界面上設定長度，程序根據額定線速度計算出所需纏貼時間，到時停止供料，暫停纏貼，自動切斷。裁斷結束，纏貼機構繼續運轉纏貼，直到所需膠片全部纏貼到胎胚上才停止(程序通過設定一個延時纏貼時間來實現)，擺架放下。然后人工卸胎、上膠套，進入下一個循環……在實際生產過程中，主要存在以下問題：①速度慢，且不可調，不合理。該機的設計線速度為20 m/min，定速。在開始纏貼時，先要由人工牽引膠片喂料、搭頭，成功后才能正式纏貼。此時20 m/min的速度顯得過快，搭頭難以對正，且容易將操作工的手等卷入纏貼裝置，對操作工造成傷害，產生事故，希望纏貼開始時速度慢些，方便喂料、搭頭；喂搭成功后，開始正式纏貼，此時，20 m/min的速度又顯得太慢了，纏貼一條中等大小的胎胚需要2 min以上的時間，效率太低，無法滿足生產需要，此時希望速度快些，以提高生產效率，滿足生產需要。②操作不便。該機設有手動/自動兩個狀態。手動狀態：按下啟動鈕，開始纏貼，按下停止鈕即停機，按下裁斷鈕即裁斷，沒有定長功能，長度得人工判定。自動狀態有定長功能，到設定長度自動停機、裁斷。在生產過程中，為了定長，多用自動檔纏貼。但膠片偏歪、襯布粘連、斷料、換料等時有發生，得經常停機處理。一旦停機，記長值(纏貼時間)復位清零，長度失控，生產很不順暢，操作很不方便。操作工希望對運行模式進行改造，以方便操作。③定長不準。如上所述，該設備在自動狀態下才有定長功能，定長工作由探膠開關配合程序完成：自動狀態下，操作工在人機界面上設定工藝所需長度，程序根據供料線的額定線速度計算出所需纏貼時間，探膠開關探測到膠料即開始計時，時間到即停止供料，暫停纏貼，自動切斷。實際生產過程中，實得長度嚴重偏離設定長度，無法滿足工藝要求。經過分析，此種長度控制方式至少有兩個明顯缺陷：A、膠片與傳動線之間的相對滑動產生的誤差很大，無法控制；B、傳動線因為各種原因會產生各種不確定性速度變化。在送料時間既定的情況下，膠片長度會隨速度的變化而變化。再加上膠片彎曲不平等問題，長度控制的偏差很大。生產實際表明，長度偏差有時要達到±1 000 mm！無法滿足工藝規定的±25 mm的要求，要想正常生產，必須進行改造。而且，這種長度控制方式還有一個問題：不允許對整個系統的驅動電機進行變速控制，否則長度偏差更大。

圖3是改造前貼合輸送輥電動機、離合器及長度控制程序(部分)。

圖3

注：繼電器、接觸器控制電路此處未畫出。

具體控制流程為：PLC輸出(Y11)輸出驅動中間繼電器(KA2D)，中間繼電器驅動交流接觸器(KM2D)，交流接觸器驅動電機。

不難看出，膠片長度由時間繼電器控制，整個控制流程不能變速；控制系統沒有點動功能等。

2改造方案的選擇與確定

2.1速度問題的改造方案

經過對比分析，決定采用變頻器作為速度調節器。由于原驅動機構(電機+減速機)的額定轉速只有39 r/min，額定線速度只有20 m/min(50 Hz)，故需更換電機或減速機。考慮到要采用變頻控制，最好選用變頻調速電機。經過計算，最終選用了YVF2EJ-90L-4的變頻調速電磁制動三相異步電動機，額定功率1.5 kW，額定電流3.7 A；選配KA57LYV的減速機，匹配后的額定輸出轉速為73 r/min，額定線速度為37 m/min。

2.2操作不便問題的改造方案

經過現場調查，確認需進行如下改造：①在生產流程中增加不影響計長的暫停功能和點動纏貼功能。考慮到生產線上出現異常的點有纏貼位、搭頭位和供料位，故用三個轉換開關串聯控制。點動纏貼功能可用一個腳踏開關實現。②每次纏貼需要有啟動速度(慢速)、加速時間、纏貼速度(快速)三個參數控制速度(變頻器)，以滿足搭頭時要慢、纏貼時要快的使用要求。

2.3定長不準問題的改造方案

分析后認為，原方案的缺陷是原理性缺陷。要想解決問題，需另選方案。經對比分析，決定選用旋轉編碼器作為長度測量元件，重新設計制作膠片定長裝置。

3主要改造內容

3.1電機變速控制改造

通過系統分析，在原有系統硬件的基礎上，本次改造只需增加變頻器即可。通過比較選擇，選用某公司生產的E1000-0015T3的變頻器作為速度調節元件。選擇的主要依據是在滿足功能和質量保證的前提下盡可能經濟性。該變頻器的主要技術參數如表1。

表1　E1000-0015T3變頻器主要性能參數表

由于原來的系統已配有FX3U-4DA-ADP的模擬量控制模塊，該模塊有三個輸出通道，1#、2#通道已用于控制比例閥，3#通道未用。從經濟角度考慮，用3#通道來調節變頻器頻率，通過數模轉換來實現所需調速功能。另外，原來的系統還配有宜科的觸摸屏(HMI)，可用來輸入所需的低速值、高速值和加速時間等，無需再增加配置即可完成改造硬件需求。改造后的驅動電機轉速控制程序如圖4(部分)。

圖4

DA模塊情況說明。型號為：FX3U-4DA-ADP，12位，0-10VDC，用于處理輸出壓貼輥擺動比例閥(1號通道，V1+)、氣動馬達比例閥(2號通道，V2+)、驅動電機變頻器控制信號(3號通道，V3+)。通過M8001一直OFF設置M8260、M8261、M8262,設定該模塊的通道1、通道2、通道3為電壓輸出。D8260、D8261、D8262分別接受壓貼輥擺動比例閥壓力、氣動馬達比例閥壓力、驅動電機變頻器的控制信號的數值，經過FX3U-4DA-ADP轉換為模擬信號后輸出，控制執行元件完成期望的動作。

3.2增加點動功能和暫停功能

點動功能采用腳踏開關實現，占用PLC的X035輸入口(FX2N-16EX擴展模塊上的輸入口)；暫停功能采用三個二位轉換開關串聯實現，占用PLC的X007輸入口。由于計長采用旋轉編碼器，暫停時不影響計長。具體控制程序設計如圖5(部分)。

圖5

3.3旋轉編碼器的選型與安裝

原系統使用的是FX3U-48M的PLC。該型PLC內置有32位的高速計數器，使用通用的X0-X7作為輸入端子，以NPN開路集電極晶體管(DC24V)輸出形式的設備來連接，能夠滿足計長要求。從經濟性考慮，不再增加高速計數模塊，直接采用旋轉編碼器和PLC連接。根據PLC的連接要求，選用型號為E6B2-CWZ5B 1000P/R 0.5M的歐姆龍旋轉編碼器，其主要參數如表2，接線圖見圖6。

表2　歐姆龍E6B2-CWZ5B旋轉編碼器

具體接法是：A相(黑色)接PLC的X0，B相(白色)接PLC的X1，褐色線接+24 V，藍色線接0 V。這種接線方式可對應使用PLC的C251高速計數器。改造后的編碼器記長控制程序如圖7(部分)。

圖6　PLC—旋轉編碼器接線原理圖

圖7

圖8　旋轉編碼器方法示意圖

旋轉編碼器的安裝方法如圖8所示。該安裝圖是經過反復試驗、改良后最終確定的可行方案，該方案能夠有效消除纖維膠片曲撓對測量精度的影響，還能防止膠片彈跳對編碼器造成傷害。

4改造后效果

采用數模轉換變頻調速技術、旋轉編碼器測量長度技術、PLC程序邏輯控制技術，成功解決了實心輪胎基部膠貼合機操作不便、速度慢且不可調、定長不準等問題，操作便捷流暢，故障率大幅度降低，纏貼胎胚質量得到較大提升，完全能夠滿足生產需要，大幅度提高了生產效率和產品質量，為全面推廣使用纖維膠創造了條件。

參考文獻

[1]高春甫，賀新升，等.三菱可編程序控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2010.

Improvement study of solid tyre base rubber laminating machine

PAN Zongxu，SHEN Shiyuan，ZHANG Qifei，WU Yi

Abstract:This paper analyzes the causes of such problems as operation inconvenience, slow speed,inaccurate length control arising in the operation process of a 8-20-inch solid tyre base rubber laminating machine. Choosing frequency control, and employing rotary encoder to measure length, part of the institution is improved and the PLC control program is modified, so the problems are solved. As a result, the production efficiency and product quality of the solid tyre base rubber laminating machine is obviously improved.

Keywords:solid tyre；base rubber sheet；laminating machine；frequency control；rotary encoder；length control；improvement

收稿日期：2015-08-10

作者簡介：潘宗旭(1976-)，男，貴州貴陽人，貴州輪胎股份有限公司工程師，碩士，從事輪胎生產設備自動化、智能化、信息化、節能增效方面的研究與應用工作。

中圖分類號：TH17

文獻標識碼：B

文章編號：1002-6886(2016)01-0085-05