200 t四立柱輪胎硫化機裝模機械手的研制

徐東海

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265406）

1 目前四立柱輪胎硫化機存在的問題

四立柱硫化機是一種傳統(tǒng)的柱式機構、以液壓為動力的硫化設備，由于其具有結構緊湊并實現(xiàn)多層硫化的功能，因此在橡膠行業(yè)應用很廣。普通四立柱硫化機主要有：四立柱平板硫化機、四立柱墊帶硫化機、四立柱膠囊硫化機、四立柱輪胎硫化機等。其中四立柱平板硫化機在橡膠行業(yè)應用最廣、發(fā)展也最快，目前有些平板硫化機已實現(xiàn)PLC自動控制，還有的采用機械手裝卸模。但用于外胎生產(chǎn)的四立柱輪胎硫化機卻截然不同，由于存在水胎硫化能耗高的制約，其發(fā)展前景受限，已被當今自動定型液壓硫化機所取代，因此對其進行的研究越來越少。

雖然四立柱輪胎硫化機有自動化程度低、能耗高的缺點，但由于其具有占地面積小、多模硫化產(chǎn)量大等優(yōu)點，仍有部分老的輪胎生產(chǎn)線還在繼續(xù)使用。從操作的角度講，四立柱輪胎硫化機的最大缺點是沒有機械手，完全靠人工裝卸模，從而導致硫化工勞動強度大，尤其是200 t四立柱硫化機在生產(chǎn)508 mm（20英寸）以上的大規(guī)格輪胎時，這一缺點顯得尤為突出。由于有的胎坯加上水胎質(zhì)量高達120 kg，硫化時工人要將其抱放到1 m多高的硫化機下模上，每班要硫化很多輪胎，其勞動強度之大可想而知，而且稍有不慎很容易扭傷腰部。為了減輕操作工的勞動強度，研制四立柱硫化機裝模機械手成了當務之急。

2 四立柱輪胎硫化機機械手的設計與安裝

硫化機機械手是四立柱輪胎硫化機發(fā)展為自動定型輪胎硫化機的先進技術產(chǎn)物，是自動定型輪胎硫化機必不可少的部件，擔負自動裝模和卸胎任務。硫化機機械手的誕生不但大大降低了硫化工勞動強度、提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)硫化機自動化，此外還提高了輪胎硫化質(zhì)量，消除了手工裝模存在的質(zhì)量隱患。

自動定型輪胎硫化機機械手工作原理是操作者將生胎放在存胎器的生胎位，機械手裝置接受PLC抓取生胎的信息后將機械爪降至生胎上方，收縮的機械手卡爪伸入生胎內(nèi)，機械手卡爪張開并接觸到生胎，抓起生胎上升，升至上端位置，然后旋轉(zhuǎn)到硫化點，生胎正好位于模具上方，機械手向下運動，將生胎放置在下模中的下鋼圈上，當一次定型蒸汽達到預定的壓力值時，機械手卡爪收縮并向上運動，上升至端點然后轉(zhuǎn)出至存胎器的生胎位上方，開始準備下一次動作的循環(huán)[1]。

四立柱輪胎硫化機與自動定型硫化機的差別之一就是它沒有機械手，因此考慮把自動定型硫化機的機械手安裝在四立柱輪胎硫化機上。通過對比發(fā)現(xiàn)四立柱輪胎硫化機空間高度很小，放上最大的胎坯后剩下的可用于安裝機械手的空間高度只有200 mm左右。如果照搬自動定型硫化機機械手，這個高度顯然不夠，除非將硫化機的四根立柱加長，但換了立柱后油缸也要跟著換，這相當于購買一臺新設備，這種方案肯定行不通。如何改變設備原有結構、利用有限的空間增加機械手成了研究關鍵。

根據(jù)自動定型輪胎硫化機機械手的工作原理和設計理念，利用多年積累的輪胎生產(chǎn)實踐和機械設計工作經(jīng)驗，最后確定用3個水平方向呈Y型分布的氣缸臥放在胎坯內(nèi)，通過氣缸帶動爪片撐胎圈抓胎的設計方案。整個機械手高度只有100 mm多，完全能滿足硫化機內(nèi)空間小的要求，又利用硫化機四根立柱中的一根作為滑道，將抓胎機械手安裝到立柱上并增加胎坯升降氣缸和轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸，以上三大主要部件構成一套完整的裝模機械手，完成胎坯的自動抓取、上升、轉(zhuǎn)入和卸胎動作，取代人工裝模。機械手結構如圖1所示。

圖1 200 t四立柱硫化機機械手結構示意

圖1中3個水平方向呈Y型分布的抓胎氣缸（6）均稱地安裝在六角形抓胎氣缸支架（5）上，每個抓胎氣缸通過關節(jié)軸承（8）與滑塊（4）連接起來。滑塊上安有爪片（7），方管狀的滑塊套在方管滑道（3）上。3個方管滑道呈Y型均布焊在抓胎氣缸支架上，其中較長的方管滑道還兼做機械手支臂。機械手支臂后端焊有兩瓣狀的立柱滑座（2），套在四根立柱中前面的一根立柱上，立柱滑座內(nèi)部鑲有銅襯套，機械手可以沿立柱上下滑動。立柱滑座和銅襯套均設計為兩瓣式結構，目的是安裝方便，安裝時不必拆卸立柱即可完成。

以上部件組合起來構成抓胎機械手。其工作原理為：當抓取胎坯時，抓胎氣缸桿帶動滑塊和爪片沿著方管滑道由內(nèi)往外撐胎坯，伸出后的爪片牢牢卡住胎坯胎圈內(nèi)側、撐住胎坯；當需要卸胎時，抓胎氣缸帶動滑塊和爪片回縮，爪片與胎坯內(nèi)圈脫開、卸胎坯。爪片座設有多排螺栓固定孔，通過選擇爪片座與滑塊不同的安裝位置來調(diào)整爪片伸出的長度，以適合不同規(guī)格輪胎的胎圈直徑要求，改善胎坯抓取效果。

此抓胎機械手又與胎坯升降氣缸（10）、胎坯轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸（12）和支撐托盤（9）及轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸支座（11）組合，構成一套完整的裝模機械手，完成自動裝模動作。其中胎坯升降氣缸負責將胎坯提起，胎坯轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸負責將抓起后的胎坯旋入到下模中并準確定位 ，胎坯旋入角度為60°。

由于此抓胎機械手抓胎氣缸的獨特布置，充分利用胎圈和方管滑道的內(nèi)部空間，使得整套機械手結構緊湊、外形尺寸小，充分滿足了四立柱硫化機模具內(nèi)上下空間狹小的要求，又利用四根立柱中的一根作為滑道，不改變設備原有結構的情況下增加了裝模機械手，既縮短了改造工期，又降低了改造成本。

改造實施步驟如下。

（1）在六棱形抓胎氣缸支座上焊接3個呈Y形分布的方管滑道。

（2）安裝3個抓胎氣缸并通過關節(jié)軸承與滑塊及爪片相連。

（3）將四立柱硫化機的其中一個立柱拋光后作為機械手上下升降的滑道。將兩瓣狀立柱導套座套在立柱上與機械手支臂焊接在一起，并安裝兩瓣狀銅制襯套。

（4）安裝機械手升降氣缸和支撐托盤，并在托盤上面安裝2套左右對稱布置的軸承支撐。

（5）安裝轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出氣缸及其支架。

（6）安裝電氣控制系統(tǒng)。

操作步驟如下：裝模前，硫化工拉來放有待硫化胎坯可360°旋轉(zhuǎn)的專用小車，往胎坯內(nèi)塞入水胎并插上嘴子桿，把胎坯中心位置與機械手中心位置對正（見圖1中機械手旋入前位置），并使嘴子桿角度位置與模具對應位置提前對好。然后，按順序按下操作盤上的控制按鈕，自動完成以下機械手裝模動作：機械手下降→爪片張開撐住胎坯→胎坯升起→胎坯轉(zhuǎn)入→爪片合攏、胎坯落模→機械手轉(zhuǎn)出→胎坯位置檢查→定型硫化。

3 運行效果

根據(jù)多年積累的工作經(jīng)驗，在不改變設備結構和功能的基礎上，利用設備有效的安裝空間，成功研制了200 t四立柱輪胎硫化機機械手并實施改造，最終解決了生產(chǎn)508 mm以上大規(guī)格輪胎裝模難問題，大大減輕了硫化工的勞動強度，提高了四立柱輪胎硫化機自動化水平。該項新技術在我公司使用已超過3年，運行效果良好，機械手抓胎牢固、不掉胎，操作方便、省時省力。