新型I形走向布置的輪胎成型機胎面格柵車傳送裝置的開發

陳洪鵬

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

隨著國內全鋼子午線輪胎的不斷發展以及用工成本的不斷增加，輪胎行業逐步由傳統的勞動密集型向智能化方向轉變[1]。在中國制造2025、工業4.0等發展制造業的國家愿景推動下，輪胎成型機作為輪胎制造企業的主要設備之一，目前自動化水平已達到很高的程度，國內一些橡膠機械產品已可以與國際一流產品相媲美[2]。

胎面是輪胎的主要工作部件，直接與路面接觸，保護胎體簾布層和緩沖層免受刺扎和直接沖擊，提高輪胎與路面的附著力，通過胎面花紋傳遞牽引力、轉向力和制動力[3]。胎面供料架作為成型機的重要組成部分，自動化程度已經達到了較高水平。其中，格柵車存儲式全自動胎面供料架因具有存儲量大、膠料變形小、方便與工廠自動化物流系統對接等優點，已被各大輪胎廠廣泛采用。但是面對競爭日漸激烈的市場環境，輪胎廠在組織生產時希望盡可能低投入、多產出，在保證產品質量的同時實現利潤最大化[4]。這就要求成型機在滿足使用功能的同時，實現較小的占地面積、更簡化的結構和更低的成本。

正是從這個角度出發，我公司開發出新型I形走向布置的輪胎成型機胎面格柵車傳送裝置，現介紹如下。

1 傳統L形走向布置的格柵車傳送裝置介紹

傳統L形走向布置的格柵車傳送裝置如圖1所示，主要由格柵車進車裝置、升降裝置和移出裝置組成。

圖1 傳統L形走向布置的格柵車傳送裝置

格柵車在設備中水平傳送方向呈L形，進車方向與移出方向垂直。實際工作時，自動引導車（AGV，Automated Guided Vehicle）將滿料格柵車運輸并放置到格柵車進車裝置的輸送輥上，電氣控制格柵車升降平臺升降，使升降平臺輸送輥上切面與進車裝置輸送輥上切面平齊，電氣控制進車裝置輸送輥和升降平臺輸送輥在2個電動機分別驅動下實現同步旋轉，從而將格柵車完全輸送到升降平臺上，輸送到位觸碰到固定限位裝置后輸送停止，后方鎖緊裝置在氣缸的驅動下將格柵車鎖住。然后升降平臺在升降電動機的驅動下上升到上極限工作位，之后升降平臺按格柵車中胎面層間距逐層下降，配合胎面導出裝置將格柵車中胎面逐層導出，最后通過控制升降平臺升降，把空格柵車下降到頂面低于移出裝置移動架的高度等待移出。格柵車移出裝置移動架移動到格柵車上方并打開夾爪，升降平臺上升一定高度，移出裝置移動架上夾爪閉合，升降平臺下降，此時空格柵車完全被夾爪勾住并與升降平臺脫開，移出裝置移動架帶著格柵車橫移到格柵車卸車位，然后通過移動架上的升降裝置把空格柵車卸到地面上，等待AGV將空格柵車運走，然后下一個滿料格柵車進入。

1.1 進車裝置

傳統格柵車進車裝置如圖2所示，采用輥床結構，左右對稱布置兩排輸送輥，輸送輥面略高于水平地面。

圖2 傳統格柵車進車裝置

兩側輸送輥之間通過中間傳動軸傳遞動力，保證同步旋轉，各動力輥之間采用鏈傳動，驅動電動機布置在整個輥床外側，并且單獨固定在地面上。左右兩側動力輥之間部分采用混凝土灌漿至與地面平齊，用于AGV送車時的行走路面。格柵車輸送導向采用3組擋塊。

這種格柵車進車裝置能夠滿足基本使用需求，但在安裝使用過程中還存在一些問題：電動機布置在輥床外側，不僅增加了額外的占地面積，同時電動機單獨固定在地面上，不利于安裝調整時定位；導向擋塊與輸送的格柵車側面產生滑動摩擦，易造成格柵車偏歪，影響導向精度；中間傳動軸拆卸時只能沿軸向抽出，不便于安裝維護。

1.2 升降裝置

傳統格柵車升降裝置如圖3所示。

圖3 傳統格柵車升降裝置

輸送部分采用與進車裝置類似的輥床結構。裝置前方有固定擋塊進行定位，同時固定擋塊上方設有接近開關，檢測格柵車是否完全輸送到位，后方采用氣缸驅動擺動鎖緊塊進行鎖緊，驅動電動機布置在最前方格柵車外側，以避免格柵車橫向移出時產生干涉。升降部分采用電動機通過萬向傳動軸、換向器等驅動4個升降機進行同步升降，通過對角布置的2根直線光軸進行導向，升降機采用梯形絲杠形式，能自鎖保證較高的安全性，但傳動效率較低。升降位置通過鏈條傳動的編碼器進行檢測。

這種梯形絲杠升降機形式格柵車升降裝置雖然能夠自鎖，保證較高的安全性，但是綜合傳動效率較低，且4臺升降機和2根光軸同時使用對架體及升降平臺的加工精度要求較高，造成綜合成本較高。

1.3 移出裝置

傳統格柵車移出裝置如圖4所示。

圖4 傳統格柵車移出裝置

移出裝置橫向移動采用電動機同步帶傳動，驅動移動架橫向移動，通過安裝在2根平行橫梁上的直線導軌進行導向。升降采用電動機鏈條傳動，驅動4根對角平行布置的絲杠實現升降，通過4根對角平行布置的直線光軸導向。4個夾爪采用4個氣缸分別驅動。

這種格柵車移出裝置結構復雜，不僅加工制造成本較高，而且不便于安裝維護，在實際使用過程中出現問題較多。

2 新型I形走向布置的格柵車傳送裝置開發

綜合考慮上述傳統L形走向格柵車傳送裝置的問題，并結合成型機整機布局，設計了一種新型I形走向布置的格柵車傳送裝置，如圖5所示。新型格柵車傳送裝置同樣主要由格柵車進車裝置、升降裝置和移出裝置組成，但格柵車在設備中水平傳送方向呈I形，進車方向與移出方向相同。

圖5 新型I形走向布置的格柵車傳送裝置

實際運行時，AGV將滿料格柵車運輸并放置到格柵車進車裝置的輸送輥上，電氣控制升降平臺升降，使升降平臺輸送輥上切面與進車裝置輸送輥上切面平齊，電氣控制進車輸送裝置和升降輸送裝置在2個電動機分別驅動下實現同步旋轉，從而將格柵車完全輸送到升降平臺上，輸送到位觸碰到活動限位裝置后輸送停止，后方左右對稱布置的2個鎖緊裝置在氣缸驅動下將格柵車鎖住。然后，升降平臺在升降電動機的驅動下上升到上極限工作位，之后升降平臺按格柵車中胎面層間距逐層下降，配合胎面導出裝置將格柵車中胎面逐層導出，最后通過控制升降平臺升降，把空格柵車下降到初始進車高度等待移出。格柵車前方活動限位裝置在氣缸驅動下縮回，移出裝置輸送輥上切面與升降平臺輸送輥上切面平齊，電氣控制移出輸送裝置和升降輸送裝置在2個電動機分別驅動下實現同步旋轉，將格柵車完全輸送到移出裝置輥床上，等待AGV將空格柵車運走，然后下一個滿料格柵車進入。

2.1 進車裝置

新型格柵車進車裝置如圖6所示，主體結構與傳統格柵車進車裝置類似，同樣采用輥床結構，主要針對傳統形式的問題進行了優化調整。

圖6 新型格柵車進車裝置

格柵車輸送導向采用多個安裝在輸送輥外側的凸起擋板，格柵車輸送時擋板與輸送輥同步旋轉，導向效果較好。驅動電動機布置在整個輥床內側，安裝在架體支腿底板上，方便安裝調整定位，同時減小了整體占地面積，電動機上方裝有可拆卸的蓋板，方便拆裝維護。兩側輸送輥之間的傳動軸安裝架體上方設有開口，使傳動軸容易拆裝，便于維護。同時，設計各動力輥之間鏈傳動護罩上表面略低于水平地面，最大程度地避免受到地面上移動車輛和工裝的碰撞。另外，架體前方設計增加與格柵車升降裝置連接的接口，方便整機安裝調整時定位，減小了安裝調試工作量。

這種新型格柵車進車裝置的實際使用效果和安裝維護便捷性相對傳統形式都有較大提升。

2.2 升降裝置

新型格柵車升降裝置如圖7所示。

圖7 新型格柵車升降裝置

輸送部分同樣采用輥床結構，前方采用氣缸驅動升降的擋塊進行定位，后方鎖緊裝置也采用同樣的結構模塊，鎖緊裝置附近設置激光反射光電開關，檢測格柵車是否完全輸送到位。驅動電動機布置在輸送輥床中部，保證輥床輸送滾子鏈傳動結構綜合傳動效率更高。升降部分采用電動機減速機通過萬向傳動軸驅動4個雙排鏈輪旋轉，雙排鏈輪上對應的4根鏈條的一端分別與升降平臺四角連接固定，另一端與配重組件連接固定，配重質量為升降平臺空載和滿載質量之和的一半，從而保證較小的綜合負載，減小電動機功率。每根鏈條都平行布置一根鋼絲繩，鋼絲繩通過繩輪與鏈條同步傳動，用于出現鏈條斷裂等意外情況時的安全保護，避免升降平臺傾覆。同時，升降傳動的2個主動軸上分別設置一個彈簧蝶式制動器，制動器選用彈簧制動通氣釋放的常閉式，從而保證出現斷氣斷電意外情況時實現可靠的緊急制動，防止出現溜車現象。升降平臺升降導向采用槽輪形式，4根立柱上分別安裝一根矩形導軌，升降平臺四角分別安裝一組槽輪組件，每一組槽輪組件包含2個導向槽輪。升降位置通過與主動軸連接的編碼器進行檢測。另外，其中2根對角布置的立柱上分別裝有一組升降限位組件，限位組件由氣缸驅動限位板擺動，當升降平臺下方需要人員進入進行維護時，升降平臺上升到限位組件上方，氣缸驅動限位板伸出，對升降平臺進行限位，從而更好地保證設備維護人員的安全性。

相對梯形絲杠升降機形式的升降裝置，這種鏈條傳動形式結合配重使用的格柵車升降裝置傳動效率高，對設備安裝精度要求較低，無論是整體框架還是升降導向，都可以采用更為經濟的結構形式，選用更小功率的驅動電動機，從而大幅降低成本。同時，額外增加的與鏈條同步傳動的鋼絲繩、常閉式制動器和升降限位裝置等，都對設備安全性和人員安全性提供了可靠的保障。

2.3 移出裝置

新型格柵車移出裝置同樣采用模塊化設計，整體結構與新型格柵車進車裝置完全一致，相對應用于傳統L形走向格柵車的移出裝置，不僅簡化了結構，降低了設備故障率，同時通過單純輸送動作實現了格柵車移出，簡化了執行移出功能時設備動作的種類和數量，大幅縮短了移出時間，提高了格柵車傳送裝置的整體工作效率。

3 結論

新型I形走向布置的格柵車傳送裝置采用模塊化設計，減少了零部件種類和數量，不僅簡化了格柵車傳送設備結構，優化了布局，而且提高了胎面供料系統的工作效率，同時為輪胎成型機整體布局優化和效率提升奠定了良好的基礎。