新型多工位工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)的設(shè)計(jì)

卜凡雷，孟海獅，韓 翠，鄭 穎，張?jiān)茽N，鄭清文

（1.徐州地森機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221011；2.徐州徐輪橡膠股份有限公司，江蘇 徐州 221011；3.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211800）

近年來，汽車工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，而汽車工業(yè)中新技術(shù)和新材料的不斷應(yīng)用，對(duì)輪胎的穩(wěn)定性、安全性等也提出了越來越高的要求。

目前，由于工程機(jī)械輪胎體積大，沒有專用的定型設(shè)備，工程機(jī)械輪胎硫化完成后靠自然冷卻定型，整體輪胎的變形較大，嚴(yán)重影響工程機(jī)械輪胎質(zhì)量，因此我公司設(shè)計(jì)了新型多工位工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)[1-4]，簡(jiǎn)要介紹如下。

1 設(shè)備概述

根據(jù)輪胎生產(chǎn)廠家的要求，分別設(shè)計(jì)和生產(chǎn)五工位和四工位工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)，根據(jù)所生產(chǎn)輪胎規(guī)格可分為17.5-25，23.5-25，11-32等不同型號(hào)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)

在綜合考慮裝胎、硫化、定型、卸胎以及后充氣冷卻等因素的基礎(chǔ)上研發(fā)的新型工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)/定卡盤、十字頭卡盤鎖緊機(jī)構(gòu)、上托機(jī)構(gòu)和推動(dòng)氣缸等組成。機(jī)架采用18#槽鋼、120 mm×60 mm×5 mm矩形管焊接，既保證剛性，又使其結(jié)構(gòu)緊湊，外觀美觀。動(dòng)/定卡盤及卡盤鎖緊機(jī)構(gòu)均采用鑄鋼及鍛件，保證足夠的強(qiáng)度和加工性能。其他部件采用的鋼材強(qiáng)度不低于A3鋼板。

工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)采用并列立式布置，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)的結(jié)構(gòu)

設(shè)備采用雙氣源供氣，一路為充氣氣源；另一路為工作氣源（信號(hào)風(fēng)源）。根據(jù)設(shè)備標(biāo)識(shí)，充氣氣源根據(jù)輪胎的充氣壓力接相應(yīng)壓力氣源。工作氣源接0.4～0.8 MPa壓力氣源。

每個(gè)工位可以單獨(dú)控制，不同壓力的進(jìn)氣管道上均有壓力表、調(diào)壓閥和安全閥，實(shí)現(xiàn)人工裝胎、卸胎、鎖緊充氣、松鎖放氣的全過程動(dòng)作，工作氣源壓力為0.4～0.8 MPa，充氣壓力最大值為1.0 MPa（可調(diào)）。人工放胎到位后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)后充氣過程，也可手動(dòng)操作。每個(gè)工位的輪胎都有充氣壓力超標(biāo)報(bào)警裝置。

動(dòng)卡盤使用單氣缸控制，每次只能對(duì)一個(gè)動(dòng)卡盤作用（其余工位操作桿放在鎖緊位置），動(dòng)卡盤移動(dòng)到位后，操作者將輪胎推到動(dòng)卡盤與定卡盤之間，通過上托氣缸作用使其放置在定卡盤上，動(dòng)卡盤受側(cè)部氣缸控制移動(dòng)到位后，操作者旋轉(zhuǎn)鎖桿45°，使十字頭鎖緊到位，然后打開進(jìn)氣閥充氣冷卻。取胎時(shí)先排空輪胎內(nèi)壓力（壓力表必須為零），才能打開鎖緊桿，底部氣缸推動(dòng)動(dòng)卡盤脫離輪胎胎圈，把輪胎放下來，再由操作者推出輪胎。

操作過程中，鎖桿鎖緊裝置不到位時(shí)不得向輪胎內(nèi)充氣；取胎時(shí)必須先排空輪胎內(nèi)壓力，然后才能打開鎖緊桿，以免發(fā)生危險(xiǎn)。另外，應(yīng)定期檢查閥門，防止閥門控制失靈，且操作者嚴(yán)禁進(jìn)入動(dòng)卡盤和定卡盤之間，以免產(chǎn)生危險(xiǎn)。

每個(gè)工位均配有氣動(dòng)升降裝置、安全鎖緊裝置，當(dāng)鎖緊裝置到位時(shí)，鎖緊把手處于偏下的位置，防止被誤碰開啟。鎖緊后進(jìn)氣、計(jì)時(shí)有燈光、壓力表顯示。定型完成后排氣到零壓力時(shí)，鎖緊把手才能打開。

由于工程機(jī)械輪胎的體積較大，充氣時(shí)間較長(zhǎng)，故而管路的壓降明顯，但其多工位同時(shí)工作且互不干擾，因此為了解決充氣管路的壓降問題，在每一工位的充氣管路上增加了充氣單向閥，使用效果非常理想。

多工位工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)適應(yīng)規(guī)格較多，而不同規(guī)格輪胎的充氣壓力不同，因此在每臺(tái)定型機(jī)的充氣管路上根據(jù)輪胎規(guī)格選裝不同的限壓閥。每個(gè)工位都安裝了壓力表，操作工可以清楚地看到每個(gè)工位的充氣壓力。

3 電氣設(shè)計(jì)

3.1 電器選型

根據(jù)輪胎生產(chǎn)廠家的技術(shù)要求以及設(shè)備的性能特點(diǎn)，硫化后充氣定型機(jī)設(shè)有可編程邏輯控制器（PLC）和觸摸屏，用于顯示、存儲(chǔ)充氣壓力和充氣時(shí)間數(shù)據(jù)，方便追溯歷史記錄。為了滿足輪胎廠家生產(chǎn)管理的需要，增加了以太網(wǎng)通訊模塊，以方便組網(wǎng)和上位機(jī)通訊。

（1）PLC選用日本三菱公司的Q系列產(chǎn)品，電源選用Q61P，CPU選用Q00U，主基板選用Q35B，輸入模塊選用QX41（配I/O插頭A6CON1），輸出模塊選用QY10，以太網(wǎng)模塊選用QJ71E71-100。

（2）開關(guān)電源型號(hào)選用施耐德公司的ABL2REM24045H。

（3）接近開關(guān)型號(hào)選用歐姆龍公司的E2EX7D1-N-Z.2M。

（4）人機(jī)交互的觸摸屏選用威綸通科技有限公司產(chǎn)品。

其他元器件選用德力西等國(guó)產(chǎn)品牌產(chǎn)品。

3.2 電氣控制電路設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路

（2）設(shè)計(jì)PLC輸入控制電路如圖3所示。

圖3 PLC輸入控制電路

（3）設(shè)計(jì)PLC輸出控制電路如圖4所示。

圖4 PLC輸入控制電路

（4）根據(jù)輪胎定型工藝要求編寫定型機(jī)的PLC程序。

（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控。PLC通過QJ71E71-100以太網(wǎng)模塊連接路由器，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備組網(wǎng)，通過上位機(jī)及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。監(jiān)控內(nèi)容包括每臺(tái)定型機(jī)每個(gè)工位的生產(chǎn)狀況（定型時(shí)間、定型輪胎條數(shù)），同時(shí)可以設(shè)定每個(gè)工位的定型時(shí)間。

4 結(jié)語

我公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新型工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)可以完成裝胎、定型、后充氣冷卻、卸胎等一系列工序，提高了工程機(jī)械輪胎生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅提高了輪胎質(zhì)量。

工程機(jī)械輪胎硫化后充氣定型機(jī)已獲得了廣泛的應(yīng)用，銷售量近50臺(tái)，為公司創(chuàng)造了近千萬元的銷售收入。