全自動雙層輸送帶硫化生產線的研發

劉鵬，薛福光，孫友萍，石永芝，冷于浩

(青島雙星橡塑機械有限公司，山東 青島 266400)

輸送帶是膠帶輸送機的主要部件之一，主要應用于煤炭、采礦、冶金、化工、建筑和交通等部門的大規模、連續化運輸。雙層平板硫化機附帶相應的輔機組成硫化生產線，可同時硫化兩條輸送帶，與單層設備相比，具有生產效率高的優點，越來越多地應用于織物芯輸送帶的硫化生產。但目前使用的生產線自動化程度低，很多操作都需要人工完成，并且輸送帶硫化質量不穩定，輸送帶廠家迫切需要新的機型解決這些問題。青島雙星橡塑機械有限公司針對這一需求，自主研發了DLB-1800×16600×2全自動雙層輸送帶硫化生產線，實現了自動化生產，并且在生產效率、硫化質量等技術指標較現有同類機型有較大提高。

1 生產線簡介

新生產線能夠實現全自動化生產，除輸送帶帶坯裝入、輸送帶硫化后修邊、成品輸送帶包裝等不可由機器替代的工作以外，其余都是自動完成的， 2人可操作2條生產線，輸送帶導開和卷取實現恒速度、恒張力。

1.1 設備組成

整條生產線長度約93.5 m，左傳動布置；在主機左側放置一套移動式墊鐵存儲裝置，用于存放不同規格的墊鐵。如圖1所示。

1.2 技術參數

墊布卷最大直徑 Φ1 000 mm帶坯卷最大直徑 Φ4 800 mm帶坯卷最大重量 25 t前夾持拉伸最大夾持力 720 kN

圖1 全自動雙層輸送帶硫化生產線設備組成

前夾持拉伸最大拉伸力 576 kN主機結構 框式油壓上行程，雙層熱板規格 1 800 mm×16 600 mm×80 mm（上、下熱板）/90 mm（中熱板）熱板間距 300 mm×2層熱板面壓 3.5 MPa液壓系統工作壓力 21.1 MPa熱板升降速度 max.15 mm/s中夾持最大夾持力 720 kN后夾持拉伸最大夾持力 720 kN后夾持拉伸最大拉伸力 576 kN成品卷最大直徑 Φ4 800 mm

成品卷最大重量 25 t

2 各部套結構

2.1 帶坯導開裝置、墊布卷取裝置

如圖2所示為帶坯導開及墊布卷取裝置示意圖。兩套帶坯導開、墊布卷取裝置前后布置，下層帶坯導開裝置的生帶從上層帶坯導開裝置下方穿過，兩套裝置周邊布置有安全護欄和安全門，當安全門被打開時進行裝料時，安全PLC將被觸發，對應此路的安全輸出將切斷，導開、墊布卷取電機處于停機狀態。在正常生產過程中是不允許人員進入的。

圖2 雙層帶坯導開、墊布卷取裝置示意圖

帶坯的導開、墊布的卷取是一個動態過程，帶坯卷直徑不斷減小，同時墊布卷直徑不斷增大，理論上要求兩者的速度應保持一致，但傳統結構中使用力矩電機主動卷墊布、帶坯被動放卷的方式，另外需要與成品帶的卷取速度匹配，全線速度偏差較大并且對張力值不作要求。

因此在新機型研發中，為了實現帶坯放卷、墊布收卷和成品帶收卷的線速度一致和帶子的恒張力，采用了西門子公司的SIMOTION運動控制系統，帶坯導開、墊布卷取和成品帶收卷用伺服電機主動驅動，激光測距裝置實時檢測卷徑大小，根據卷徑的變化量和電機的轉速計算出當前線速度，使三者的速度保持一致；同時通過對帶坯放卷和成品帶收卷速度差的控制，實現輸送帶的恒張力，根據生產輸送帶規格的不同，張力大小是可以在操作柜觸摸屏上設置的。

此外，為提高設備操作的安全性和減少人工操作工作量，帶坯導開裝置的安全卡盤的開啟和關閉是采用油缸驅動的方式，通過接近開關控制油缸動作，自動檢測卡盤處于打開或關閉的狀態，并且只有檢測到卡盤開口朝上時油缸才能開啟或關閉卡盤。兩套導開裝置共用一臺獨立的液壓站。

2.2 前夾持拉伸裝置、中夾持裝置

前夾持拉伸裝置和中夾持裝置（如圖3所示）固定在主機的活動平臺兩端，隨活動平臺一起升降。夾持油缸位于夾持板上方，自上向下將輸送帶夾緊。夾持裝置兩側分別安裝2組油缸，上下各一組，分別連接中夾持板、下夾持板，實現獨立升降動作。

圖3 前夾持拉伸裝置、中夾持裝置示意圖

當硫化完成，主機活動平臺下落，模腔打開后，會出現輸送帶與熱板未分離的現象（粘鍋）。對單層硫化機來說，在前后各有一組由油缸驅動升降的托輥，通過推頂輸送帶，將輸送帶與熱板分離（脫鍋），但這種結構在雙層硫化機上使用效果不佳，通常由人工去處理粘鍋問題，勞動強度大、效率低。

在新機型里，取消了獨立的脫鍋裝置，將脫鍋功能與前夾持拉伸、中夾持裝置集成，并且實現了上、下兩層輸送帶分別向上、向下四個方向獨立運動，解決了雙層輸送帶脫鍋困難的問題。以上層輸送帶向上脫鍋動作為例，當需要向上脫鍋時，上夾持板3下降至中夾板4位置，上夾板3和中夾持板4一起在下限位位置夾緊上層輸送帶，然后中夾持板驅動油缸2主動將中夾板4向上拉起，上夾持板3被動上升，夾持油缸6的無桿腔回油、有桿腔被動依靠負壓吸油，前夾持拉伸、中夾持同時動作，直至脫鍋完成。這一過程中，夾持油缸6的油路需要通過電磁閥切換，夾持油缸6的無桿腔回油時會經過一背壓閥，油路保持一定阻尼用以將上層輸送帶夾緊；夾持油缸6的有桿腔油路經氣蝕閥將油從油箱吸入。通過程序設定實現上下兩層輸送帶的上下自動脫鍋。

2.3 雙層輸送帶平板硫化機（主機）

圖4、5是雙層平板硫化機主機及液壓系統結構示意圖。

圖4 主機示意圖

圖5 雙層輸送帶平板硫化機液壓原理圖

主機在傳統結構基礎上做了以下改進：

活動平臺和橫梁經有限元分析，變形量小且分布合理，采用“井”式焊接結構，由內而外的焊接順序，焊后退火處理，精加工后平行度小于0.12 mm，從而保證整機安裝后兩熱板的平行度達到0.15 mm，保證制品的硫化質量。

液壓系統使用了多個比例閥，例如在合模加壓油路中，通過比例閥控制卸荷：當硫化結束后，比例閥控制卸荷閥緩慢開啟并穩定維持一個小的流量，使系統壓力緩慢降低，到達設定壓力后再打開充液閥，開始開模動作。這樣就基本消除了之前的機型在卸荷時出現的液壓沖擊和管路震動，提高了液壓系統的穩定性和可靠性。

活動平臺的液壓同步和回拉功能集成在一起，取消了獨立的回拉油缸和油路，僅用4只同步油缸就實現了之前機型需要6只油缸（4只同步油缸、2只回拉油缸）才能實現的功能，管路連接更加簡單。4只同步油缸為雙輸出油缸，上、下腔截面積相等，分別位于活動平臺4個角上，左側2只油缸的上腔連在一起、右側2只油缸的下腔連在一起，左側2只油缸的下腔分別連接右側2只油缸的上腔，當需要回拉時左側2只油缸的上腔進油、右側2只油缸的下腔回油，剩余交叉相連的2路保持一定的壓力，起同步作用。經實際測量，主機活動平臺4個角的高度偏差為1.5 mm左右，精度滿足使用要求。

開模裝置包含6只油缸，在平板硫化機兩側各3只，當活塞桿伸出時，推頂中層熱板兩側的支座，強制將上、中層熱板之間的上模腔打開，在控制上采用油路壓力檢測和熱板位置的檢測方式對開模動作進行判斷，無需操作人員干預，開模到位后再執行脫鍋動作，整個過程完全自動化進行。

移動式墊鐵儲存裝置放置在主機左側，采用電機驅動行走，液壓升降平臺可將存儲在不同高度倉位的墊鐵升至主機下熱板或中熱板高度，方便墊鐵的更換。當需要更換墊鐵時，墊鐵存儲裝置由操作人員控制行走至主機正后方，打開支腿將機架支撐牢固后才能啟動液壓升降平臺。上升至需要的高度，人工搭頭，再由動力將墊鐵從主機內抽出并送入存儲倉位。墊鐵裝入過程與以上過程相反。配備了這套裝置，無需再由人工搬運墊鐵，極大降低了操作人員的勞動強度，提高了更換墊鐵的效率。

2.4 輸送帶卷取裝置

兩套輸送帶卷取裝置（圖6所示）前后布置，下層卷取裝置的成品帶從上層卷取裝置下方穿過，與帶坯導開、墊布卷取裝置一樣，輸送帶卷取裝置周邊也設置有護欄。卷取卡盤的開啟和關閉也是油缸驅動，與后夾持拉伸裝置共用一臺液壓站。

圖6 卷取裝置示意圖

卷取動作同帶坯導開裝置，在SIMOTION系統的控制下，與帶坯導開和墊布卷取裝置協同動作，實現輸送帶收放卷過程的恒速度、恒張力。

2.5 安全系統

安全系統（如圖7所示）是機械設備不可或缺的重要組成部分，由護欄、區域掃描裝置、安全光柵、安全地毯、安全拉繩和安全PLC等組成，所有安全裝置的安全狀態都在主操作臺上以畫面形式顯示。系統包含3套安全回路，分別是帶坯導開和墊布卷取回路、主機（包含前夾持拉伸、中夾持）回路、后夾持拉伸和卷取回路。如果主機前后的回路被打斷，則系統報警并停止動作，但主機的硫化不會被終止。

圖7 安全系統示意圖

后夾持拉繩位置在硫化過程中也需要操作人員進行修邊作業，因此兩側設置安全光柵，操作位置靠近設備側設置區域掃描裝置。

所有的安全裝置都有復位按鈕，但只能復位可見區域。主操作柜安裝有聲光指示標志，用于指示整條生產線的工作狀態和安全系統的狀態。

3 新生產線亮點和有益效果

（1）整條生產線能夠實現全自動生產，生產過程不需要人員干預。除輸送帶的吊裝、輸送帶硫化后修邊等不可由機器替代的工作以外，其余都是自動完成的，生產效率高，可實現2人操作2條生產線，并極大降低勞動強度。

（2）通過對輸送帶的放卷和收卷速度的控制，首次在輸送帶平板硫化生產線上實現輸送帶恒速度、恒張力，輸送帶帶坯的放卷和輸送帶成品的收卷始終保持恒速度、恒張力，解決了現有設備前后速度不一致、張力大小不可控的問題，使得硫化完成的輸送帶拉伸力一致性、減小波浪變形上得到很大的提高，輸送帶質量穩定、波動小。

（3）對液壓系統進行全新的設計，解決了之前同類設備存在的問題，如主機硫化結束后液壓系統卸荷時存在較大液壓沖擊、液壓同步和回拉功能管路復雜等不足，提高了硫化機的可靠性和性能；利用油缸驅動前夾持拉伸和中夾持裝置夾板的上下動作，實現對雙層輸送帶硫化結束開模后的脫鍋功能，提高生產效率并降低勞動強度。

（4）具備完善的安全功能，并獲得CE認證。安全系統的配置需要不少的資金投入，用戶的需求不是十分強烈，設備生產廠家投入研發的積極性也不高，但安全是機械設備的重要組成部分，尤其是很多國外客戶對設備的安全有著近乎苛刻的要求，因此將安全系統做好是產品走出國門與國外同行競爭必不可少的一步。

4 結束語

這條全自動雙層輸送帶硫化生產線已經交付用戶使用，各項功能可靠穩定，滿足了用戶的使用需求。全自動生產、恒速度恒張力功能的實現，極大提高了當前輸送帶硫化設備技術含量與性能，新機型推廣應用后，必將提高行業裝備的整體水平。雖然設備已經投入使用，但是很多地方還需繼續改進，歡迎用戶和同行提出寶貴意見，優化產品、共同提高。