胎圈包布磁鐵纏繞關鍵技術突破

石峰，鄭杰

(貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

近年來，輪胎企業進入智能化時代，許多輪胎廠對輪胎的品質質量，生產效率、降低成本提出了新的要求。我公司在原有的胎圈包布纏繞機上創新性采用磁鐵纏繞包布方案，提高產品的生產效率，實現無人化操作，成功滿足設計要求和技術指標。

1 胎圈包布纏繞機包布纏繞裝置

通常情況下，輪胎的胎圈主要包括裸胎圈和纏繞在裸胎圈上的膠料條帶，膠料條帶是通過胎圈包布纏繞至裸胎圈上。而原有的胎圈包布纏繞一般都使用的是齒輪傳動，噪音較大。為了解決這個問題，作者從電機的工作原理中得到靈感，通過利用磁鐵運行效率高、噪音小的特點，準備把用磁鐵齒輪取代原來的齒輪并應用在胎圈包布纏繞中。

新結構纏繞環由伺服電機驅動，通過四個小磁鐵輪磁鐵磁力驅動纏繞盤轉動，將儲料輪上的膠料纏繞到胎圈上。由于采用伺服電機驅動，使胎圈包布纏繞精度更高，纏布尺寸均勻美觀，還有纏繞盤回原點準確。舊結構中存在齒輪傳動噪聲大導致工人操作環境惡劣，齒輪制造工藝復雜、需要定期進行潤滑、振動沖擊大等問題。新結構中采用磁鐵齒輪傳動替代齒輪傳動，解決了生產過程中噪音大，零件磨損等問題。磁鐵齒輪在運行過程中相對齒輪傳動效率更高，因為沒有相互磨損，運行更平穩，可靠性更高，使用壽命更長。磁鐵齒輪使用中過載時不會損壞電機和減速機，起到過載保護作用。

圖1 胎圈包布纏繞機包布纏繞裝置結構簡圖

圖1為胎圈包布纏繞機包布纏繞裝置的結構簡圖，主要包括以下幾個機構：磁鐵儲料裝置、纏繞環結構、伺服電機組合、壓圈進退機構等。下面具體來介紹一下，前面提到的磁鐵儲料裝置主要包括可以同步轉動的儲料輪、磁鐵盤以及第一同步輪，磁鐵盤可以設置在遠離纏繞環結構的最外側，儲料輪可用于接收定長后的膠料條帶，并將儲料輪、磁鐵盤、第一同步輪三者同軸設置。當然，儲料輪、磁鐵盤以及第一同步輪也可以非同軸或者以其他結構組合，只要三者能夠同步轉動即可，具體形式可以根據需要靈活改動。另外，磁鐵儲料裝置可以傾斜地設置在纏繞環結構的端壁上，也就是說，磁鐵儲料裝置的軸線與纏繞環結構的端壁所處的平面呈現一銳角，該角度的大小可以是在20～70 ℃之間。在纏繞時，可以同時轉動纏繞環結構和裸胎圈，這樣就能實現將膠料條帶螺旋式的纏繞在裸胎圈上。

此外，在前面提到的磁鐵盤具體也可以包括一個收納盤，這個收納盤帶有一個底面和側壁，底面與側壁可以構成一個凹槽結構，另外在所述側壁上開一個第一固定孔；再將若干磁鐵塊放置在上面的收納盤內；一個磁鐵蓋，蓋在所述收納盤內的磁鐵上方，并且在磁鐵蓋側面開一個第二固定孔；然后再利用螺絲貫穿所述第一固定孔、第二固定孔將上面提到的收納盤、磁鐵、還有磁鐵蓋鎖緊固定成一個整體結構。但需強調的是，上面說的收納盤和磁鐵蓋必須是非鐵磁材料制成，比如可以是不銹鋼的收納盤、不銹鋼的磁鐵蓋、或者是鋁制的收納盤、鋁制的磁鐵蓋，或者是上面提到的非磁材料的隨意組合。另外還要說明一下，上面所說的磁鐵可以是偶數個扇形磁鐵塊構成的中部鏤空的環形磁鐵結構，此外偶數個扇形磁鐵塊的側面為N極與S極要相互交替的設置；同時在所述收納盤底面上設置了與所述環形磁鐵中空部分相對應的一個凸起結構，同時將凸起的形狀與環形磁鐵的中空部分的形狀相匹配。

另外，上面提到的纏繞環結構必須要開一個一缺口，在立板上也設同樣的缺口，并讓纏繞環結構的缺口和立板上的缺口基本重合，這樣可以方便將裸胎圈放置在待纏繞區域內。而纏繞環結構還可以包括環狀的第一內襯結構、設置在第一內襯結構外側的環狀第二內襯結構以及設置在夾設在第一內襯結構和第二內襯結構之間的多個滾動輪，第二內襯結構可以相對第一內襯結構轉動，再將一個密封板設置在第二內襯結構端部，以形成纏繞環結構的端壁。另外，還在上面的纏繞環結構外側設置了多個傳動輥，而且在每個傳動輥的圓周壁上設置了多個第一磁鐵塊，相鄰的第一磁鐵塊的極性要不相同。同樣地，在纏繞環結構內襯的圓周壁上也設置有多個第二磁鐵塊，相鄰的第二磁鐵塊的極性也要不相同，每個傳動輥上的多個第一磁鐵塊和第二內襯結構上的多個第二磁鐵塊要靠近設置，這樣伺服電機組合輸出的動力可以通過傳動帶來帶動多個傳動輥的同步轉動，進而通過布置在傳動輥外表面的第一磁鐵塊與布置在第二內襯結構外表面的第二磁鐵塊的相互作用。具體而言是通過利用磁鐵的同性磁力相斥的原理來帶動纏繞環結構轉動，也就是說纏繞環結構會在磁力的作用下同步旋轉。這種利用磁鐵的磁性來驅動的方式相較于使用傳統的齒輪剛性嚙合方式，會大幅降低嚙合的噪音，并延長器件的使用壽命。

所述壓圈進退機構，主要用于壓緊或釋放裸胎圈，為常規技術，在此不贅述。

1.1 磁鐵儲料裝置

磁鐵儲料裝置通過伺服電機帶動同步帶輪旋轉，左磁鐵盤與右磁鐵盤中磁鐵通過磁鐵磁力同步旋轉，進而在儲料輪上儲料。如圖2所示。伺服電機定位精度高，可以準確在儲料輪上儲滿一個胎圈需要料卷的長度。新設計的磁鐵儲料裝置解決了以前設備人工上料卷的問題，節省了生產時間，還有以前料卷在不夠一個胎圈纏繞長度時扔掉浪費的問題，減少料卷的浪費，節省了生產成本。

圖2 磁鐵儲料裝置結構簡圖

另外，為了進一步提高纏繞時的穩定性和纏繞后的纏繞質量，我們還可以在磁鐵儲料裝置上設置一個用于定位膠料條帶料頭的定位針，與此同時，還可以預先設定磁鐵儲料裝置是處于初始位置，這樣在膠料條帶料頭被輸送至磁鐵儲料裝置上轉動纏繞半圈時，定位針插入至帶條的料頭，就可以防止膠料條帶在磁鐵儲料裝置上打滑，或者折疊等，可以有效提高膠料條帶纏繞的穩定性和纏繞后的質量。需說明一下，磁鐵儲料裝置初始位置的確定，我們是通過在磁鐵儲料裝置的側壁上粘貼一個反光件，同時在磁鐵儲料裝置的上方安裝一個光電傳感器，并且把光電傳感器與伺服電機的控制器電性連接。磁鐵儲料裝置初始位置的確定動作步驟為：光電傳感器朝向磁鐵儲料裝置的圓周面發射光線，當光電傳感器發出的光線照射到反光部件上并反射至光電傳感器的接收端后，光電傳感器的電信號就被觸發，光電傳感器會朝向伺服電機的控制器發送控制信號，以控制其停止轉動，最終實現了磁鐵儲料裝置的定位。

1.2 包布纏繞張力控制機構

在胎圈包布纏繞過程中，儲料輪上膠料纏繞在胎圈上。儲料輪通過同步帶輪與磁阻尼器連接在一起，保證膠條在纏繞中張力恒定，胎圈纏繞更緊致。如圖3所示。

圖3 包布纏繞張力控制機構

本文中所說的磁阻尼器是通過同步帶、同步帶輪實現與儲料輪的同步轉動。下面我們具體介紹一下，上面提到的同步帶輪包括與磁鐵儲料裝置同軸設置的第一同步輪以及與磁阻尼器的輸出軸同軸設置的第二同步輪，同時第一同步輪與第二同步輪通過同步帶進行連接。此外，我們還可以將第二同步輪的直徑設定為小于第一同步輪的直徑，這樣設計的目的在于可以保證輸出較大的張力，進而避免采用張力調節范圍大的磁阻尼器而導致的體積、重量較大的問題。另外，上面所說的磁阻尼器可以是張力可調的永磁磁滯器，其磁力最大可調范圍在20 N以內。通過設置磁阻尼器可以保證由磁鐵儲料裝置的膠料條帶纏繞至裸胎圈時，具有恒定的張力輸出，避免了因膠料條帶張力不穩定帶來的氣泡等問題，進而提高纏繞質量；并且，由于膠料條帶纏繞張力可調，本設計可以更大范圍的適應不同寬度或厚度的膠料條帶，通用性較高，最終達到保證膠條在纏繞中的張力恒定，胎圈纏繞更緊致的纏繞效果。

通過上面的闡述，我可以非常容易的得出一個結論：本文所講述的胎圈包布磁鐵纏繞技術是通過巧妙的融合了特定結構的磁鐵塊，同時改造了現有的纏繞環結構，以及充分利用張力控制機構，共同構建了一個全新的胎圈包布磁鐵纏繞技術方式。通過利用特定結構磁鐵塊以及相鄰磁鐵間同性相斥、異性相吸的原理，實現了磁鐵齒輪完美的替代現有的齒輪并對鋼絲圈進行纏繞，以達到噪音小、結構輕巧、壽命長，鋼絲圈包布纏繞生產質量穩定的目的；同時，通過利用在纏繞環結構的端壁上設置有輥組件，并通過結構設置實現張力器與輥組件的同步轉動，當膠料條帶纏繞至裸胎圈時，膠料條帶已經具有基本恒定的張力，進而避免了因膠料條帶張力不穩定導致的纏繞時有氣泡產生的問題等，提高了纏繞質量；并且，由于膠料條帶纏繞張力可調，以更大范圍的適應不同寬度或厚度的膠料條帶，通用性較高。

利用本文介紹的胎圈包布磁鐵纏繞技術十分便于進行半自動化或全自動化的改造，適合多種生產條件，且全程無材料浪費，纏繞穩定性高，生產效率高，十分有利于產業化發展。

2 結語

本次創新性采用磁鐵齒輪傳動方式包布纏繞屬世界首例。合理布局磁鐵輪的位置，使纏繞運行平穩，可靠，對降低設備噪音起到重要作用。包布纏繞裝置提高了產品的生產效率，降低了生產成本。使用伺服電機驅動保證胎圈包布纏繞精度更高。