三鼓成型機智能化控制的應用

季徐慶，黃笑祥，潘孟良

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

目前我們公司使用的全鋼載重子午線一次法三鼓成型機具有穩定性好、自動化程度高的特點，但由于設備使用多年，有些方面已經不能滿足需要，所以從提升設備效率、降低勞動力、節能減排等出發對設備進行升級改造，完善和提升某些功能從而使設備性能符合公司的可持續發展。

1 提高生產效率

生產效率的提高主要是對設備機械機構的升級改造及不合理步驟進行優化，在不影響輪胎品質的前提下，操作更加簡便，減少每次物料更換時間，使設備運行更加順暢。例如：導開小車改造、墊膠供料架改造、簾布自動裁切改造等。改造后每條胎坯完成時間節省約30 s，使設備產能最大化。

1.1 內襯層及簾布導開小車改造

原先導開小車卷曲物料長度60 m，更換物料時，導開小車靠人工推拉完成。由于小車重量較重，操作比較緩慢且員工比較費勁。

升級后的導開小車卷曲物料長度可達到90 m，生產中減少了員工更換物料的次數，每次更換物料約5 min，而且導開小車進出方式改進成步進電機控制，更換物料時更加便捷。見圖1、2所示。

1.2 墊膠供料架自動供料系統設計

原先墊膠由半制品工序裁切完畢放置百葉車上運至成型工序使用，員工再將墊膠手動放到墊膠供料架上等待使用，其中浪費了很多不必要的時間。墊膠供料架采用輥筒輸送方式，貼合時物料容易產生拉伸。改進后的墊膠供料架具備了自動裁切功能，物料定長采用伺服定位方式，精度非常高，員工只需按下上料按鈕就可實現墊膠貼合，而且物料貼合時通過速比調整，使得墊膠傳送帶與貼合鼓速度保持一致，防止拉伸[1]。見圖3所示。

圖1 改造前導開小車

圖2 改造后導開小車

1.3 簾布自動裁切功能創新

圖3 墊膠供料架自動裁切裝置

由于設備較老舊，簾布裁斷依靠人工完成，不但在生產效率上造成很大影響而且每條裁斷的簾布長度不一，將對成品質量造成影響。通過在兩條輸送帶之間設計一套自動裁刀裝置及裁切控制程序，實現自動定長、裁切、輸送功能，每條簾布貼合時間將近節省約5 s。改進前后的對比圖如圖4、5所示。

圖4 簾布手動裁切

圖5 簾布自動裁切裝置

2 品質提升

2.1 胎面環力矩控制方式

原先的胎面環擴張及收縮動作由氣缸控制，由于夾持壓力的不確定性容易導致夾持胎面復合件變形或者脫落，降低輪胎橢圓度合格率。為了提升輪胎的動平衡均勻性，對傳遞環機械結構及電氣系統的升級改造，其原理是均勻分布在環上的8只伺服電機夾持胎面復合件受力一樣的情況下，傳遞環給出一個到位信號，確保復合件物料保持較好的橢圓度。見圖6、7所示。

圖6 胎面環氣缸控制

圖7 胎面環伺服控制

2.2 糾偏裝置

改造前物料的糾偏裝置選用BST，左右兩邊傳感器需要根據物料的寬窄人工手動調整，一旦換規格需要重新調整傳感器位置，如果同一批物料存在寬窄不一較大的情況，糾偏裝置無法精確糾正導致物料輸送偏，員工使用完物料后整個輪胎的左右重量存在差異，影響輪胎的動平衡均勻性。

使用銀川貝爾利糾偏裝置恰好解決了傳感器調整問題，兩邊反射式傳感器采用實時糾正，根據物料寬窄不一兩側傳感器移動相應距離，確保物料輸送對中精度，提升輪胎動平衡均勻性。見圖8、9所示。

圖8 BST糾偏裝置

圖9 銀川貝爾利糾偏裝置

2.3 胎體后壓車伺服系統設計

改造前胎體后壓車主要是變頻控制，換速的位置靠接近開關檢測，速度選擇高速、中速及低速，主要缺點是位置控制精度不高，檢測開關損害率較高，達不到多段速度的選擇要求，壓輥控制無法滿足不同規格之間的切換，最終直接導致輪胎質量上的影響。

現階段將變頻控制系統替換成伺服控制，通過以太網通訊，將PLC與工控機連接，畫面具備伺服電機滾壓段數、開始位置、結束位置、滾壓速度、滾壓停頓時間等，根據工藝要求調整不同參數，實現了輪胎品質的提升。

3 降低勞動力

3.1 胎面自動拾取

改造前胎面步序是人工將百葉車上的胎面背至胎面供料架上，再整理胎面的擺放位置。由于胎面的重量大約在20 kg左右，每班平均100次，增加了員工的工作強度。

設計了胎面自動拾取裝置，整個過程由機械手完成，主要原理是在機械手處有多個傳感器，確定百葉車上胎面的位置，依靠伺服電機的精確定位，將胎面抓取至胎面供料架上方后釋放，使操作更加簡單快捷，大大降低了員工了勞動強度。

3.2 帶束層四號料與零度導開裝置一體化

輪胎規格中使用帶束層物料時選擇貼合四號料或者零度，由于換規格頻次繁多，每次換規格需要設備保養人員對原先的裝置進行拆除，然后重新安裝上當前規格使用的裝置，之中浪費了很多不必要的時間，而且大大加重了保養人員的工作強度。

改進后在零度導開裝置的基礎上，合理利用機械結構中的空隙，整合出一套能夠實現四號物料導開的裝置，通過外部增加四號料及零度切換按鈕，同時相應的編程，實現兩種物料的自由切換，省去了換規格是人員的拆裝步驟。見圖10所示。

圖10 零度與四號料公用裝置

4 節能降耗

4.1 反包膠囊的升級

公司之前在成型鼓撐塊位置使用的膠囊材料是橡膠，與胎坯接觸后會產生很大的黏性，每完成一條胎坯，膠囊在撐塊的位置都會出現磨損，降低了反包膠囊使用壽命，一般情況出現漏氣就需要馬上更換，現階段在膠囊撐塊位置新增了硅膠材質，與胎坯之間不產生黏性，卸胎時比較順利，延長了膠囊使用壽命。

4.2 自動潤滑裝置設計

由于設備涉及導軌及軸承比較多，對于保養人員來說工作量比較多，很容易遺漏潤滑部位，而且每次加油量不一致，特別是動作頻次較高部位，極易造成備件的磨損及損壞。設計加油泵后，只需要通過操作面板設定給油周期及加油時間就能完成自動潤滑作用，起到保護導軌及軸承的作用，延長備件使用期限[2]。

5 本質安全

5.1 安全裝置巡檢畫面的發明

涉及一種安全裝置點檢系統及其方法，是基于畫面設計的輪胎成型機安全裝置點檢，該系統包括上位機、PLC系統和輪胎成型機各個安全裝置，所述的PLC系統連接各個安全裝置采集信息，PLC系統將采集的信息連接至上位機進行點檢[3]。該系統通過軟件設計使安全點檢制度化和流程化，確保成型機安全裝置點檢的強制性，避免了人員主觀性帶來的各種弊端，這樣極大的保障設備安全裝置的安全可靠，真正每日有效落實對安全裝置功能完好性的檢查，無一遺漏，為公司安全生產提供堅強的保障。

5.2 成型機系統報警畫面

通過RSView Studio觸摸屏軟件編輯上位機畫面，畫面上功能包含了設備狀態、當前工步、條件、動作提示、設備報警、技術參數等。設備自動、手動、安全、報警將在設備狀態欄中顯示；設備當前正在運行的步序將在當前工步欄中顯示；每步動作的起始條件與結束條件將在條件欄中顯示；每步氣缸動作、輸送帶動作、鼓動作等在動作提示欄中顯示；設備上變頻器及伺服驅動器具體報警代碼將在設備報警欄中顯示，有了這些可視化功能使得操作員工操作更加方便快捷。設置用戶名及登陸口令，即可對設備參數及工藝參數進行上傳、修改、下載操作。新建配方并調用該配方，可在上位機上顯示當前輪胎的花紋規格，并在程序中每條胎坯結束節點進行計數，顯示當班產量[4]。

6 總結

通過對成型機項目的轉型升級，設備的各方面性能比原先有很大的提升，在員工勞動強度大大降低的基礎上，設備每班次產能提升約10條，提高了員工的工作積極性，符合公司的發展戰略規劃。品質提升方面主要圍繞輪胎動平衡均勻性方面開展，對陳舊設備進行更新換代，產出效益遠遠大于先期投入。成本控制是企業發展的重要的一環，開展成本控制活動主要目的是防止資源浪費，使成本降到盡可能低的水平。設備本質安全永遠是放在公司首要位置，安全第一，做到人人講安全，全員查隱患。