寬幅內(nèi)襯層三輥壓延設(shè)備

張松，陶麗梅

(1.雙錢輪胎集團(tuán)有限公司，上海 200025；2.大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116033)

隨著工程子午胎的快速發(fā)展，工程胎用壓延法內(nèi)襯層生產(chǎn)線，由于其具有生產(chǎn)效率高、膠片精度高、質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外工程子午胎生產(chǎn)中被廣泛采用。內(nèi)襯層壓延法生產(chǎn)線可根據(jù)工藝要求選用不同形式的壓延流程。本機(jī)組是根據(jù)工藝要求自主開(kāi)發(fā)研制的，用于較大幅寬的橡膠內(nèi)襯層單層純膠片的壓延、或2層及3層膠片的貼合。

1 寬幅內(nèi)襯層三輥壓延機(jī)組

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

1.2 基本組成

三輥壓延法內(nèi)襯層生產(chǎn)線基本組成包括供料裝置、三輥壓延主機(jī)、測(cè)厚裝置、接取輸送帶、膠片冷卻裝置、測(cè)速裝置、擺動(dòng)糾偏輸送帶、雙功能導(dǎo)開(kāi)裝置、貼合裝置、卷取裝置等組成。其生產(chǎn)流程圖如下：

1.3 生產(chǎn)工藝要求

將熱煉好的膠料經(jīng)擠出喂料機(jī)及開(kāi)煉機(jī)通過(guò)供膠輸送機(jī)送入三輥壓延機(jī)，壓延出的膠片修邊后經(jīng)接取輸送帶送入冷卻裝置冷卻定型，再經(jīng)定中輸送帶后，由1#工位卷取裝置（兼具導(dǎo)開(kāi)功能）卷取。多層膠片貼合時(shí)，將儲(chǔ)存的膠片放置在1#導(dǎo)開(kāi)卷取或2#導(dǎo)開(kāi)卷取上與壓延主機(jī)壓制的膠片共同經(jīng)過(guò)貼合輸送帶進(jìn)行貼合。經(jīng)過(guò)糾偏定中后，由單工位中心卷取裝置收卷。可根據(jù)需要生產(chǎn)單層及2層、3層的復(fù)合膠片。

2 壓延主機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

自主開(kāi)發(fā)高精度的液壓調(diào)距壓延機(jī)。主要由高強(qiáng)度高精度軋輥、滾子軸承、液壓調(diào)距、予負(fù)荷裝置、軸交叉裝置、擋膠板裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、切邊裝置、喂料裝置、溫控裝置、液壓及氣動(dòng)系統(tǒng)等組成。其工作原理是將熱煉好的膠料，送入擠出喂料裝置，經(jīng)過(guò)擺動(dòng)裝置輸送至1#、2#輥隙，再經(jīng)過(guò)2#、3#輥縫，壓延成所需要的內(nèi)襯層膠片。

圖1 三輥壓延法內(nèi)襯層生產(chǎn)線生產(chǎn)流程圖

調(diào)距裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)，與測(cè)厚裝置形成閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，根據(jù)壓延制品精度的變化進(jìn)行輥距的自動(dòng)調(diào)整,保證壓延制品的精度，極大的降低了物料的浪費(fèi)。液壓調(diào)距裝置設(shè)在1#、3#輥筒軸承體上。液壓調(diào)距裝置由油缸、高精度位移傳感器、比例伺服閥、壓力傳感器、換向閥、節(jié)流閥、液壓管路及控制部分等組成。液壓調(diào)距系統(tǒng)由執(zhí)行油缸、高精度的位置檢測(cè)元件、控制部分組成位置閉環(huán)伺服系統(tǒng)。高精度的位置檢測(cè)元件實(shí)時(shí)檢測(cè)輥筒的實(shí)際位置。位置控制精度可達(dá)±0.01 mm。當(dāng)壓延貼合力大于設(shè)定的極限壓力且持續(xù)時(shí)間超過(guò)某一設(shè)定值時(shí)，輥筒間距可快速打開(kāi)，保護(hù)設(shè)備。當(dāng)有輸入或控制內(nèi)部出現(xiàn)緊急情況時(shí)，輥筒可快速打開(kāi)到最大極限位置。

輥筒是直接壓延制品的零件，是壓延機(jī)最主要的組件，輥筒的質(zhì)量直接影響制品的質(zhì)量。三個(gè)輥筒由3臺(tái)變頻電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使輥筒速比可以無(wú)級(jí)調(diào)整，以適應(yīng)不同的工藝要求。輥筒采用表面硬度高、心部有一定韌性和強(qiáng)度的合金冷硬鑄鐵制成，表面經(jīng)過(guò)精加工后達(dá)到精度高，耐磨。輥筒工作表面沿周邊均勻的鉆孔，加熱、冷卻轉(zhuǎn)換速率快，反應(yīng)靈敏。每個(gè)輥筒都有獨(dú)立的智能溫控系統(tǒng)，溫度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)設(shè)定，通過(guò)PLC自動(dòng)監(jiān)控調(diào)節(jié)溫度，輥筒工作表面溫度公差±1 ℃。為了使輥筒軸承有較高的額定載荷（使用壽命）和最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，采用耐熱高精度的雙列滾柱軸承，經(jīng)過(guò)特殊的加工與裝配，保證同軸度，減小輥筒回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的偏心和振動(dòng)，保證了壓延膠片的質(zhì)量。支承輥筒的兩側(cè)機(jī)架，采用經(jīng)孕育處理的高強(qiáng)度鑄鐵制成，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。

壓延機(jī)1#、2#輥上設(shè)有拉回裝置，用來(lái)消除輥筒軸承間隙及調(diào)距螺桿與螺母之間的間隙。在1#、3#輥上設(shè)置了軸交叉裝置，當(dāng)輥筒因負(fù)載而產(chǎn)生變形，膠片出現(xiàn)兩端薄中間厚時(shí)，調(diào)節(jié)交叉裝置來(lái)進(jìn)行一定補(bǔ)償。主機(jī)上1#、2#輥上設(shè)有分體電動(dòng)擋膠板裝置，用于防止輥縫中物料向輥筒端面溢出，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)升降便于清理物料。切刀切除余邊通過(guò)返膠邊輸送機(jī)送至壓延機(jī)喂料輥縫。

3 壓延輔機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本輔機(jī)主要由測(cè)厚裝置、接取輸送帶、冷卻裝置、測(cè)速裝置、擺動(dòng)糾偏輸送帶、貼合裝置、卷取裝置等組成。

為了滿足內(nèi)襯層薄膠片的無(wú)張力運(yùn)行與卷取，保證膠片在運(yùn)行中不變形、不打摺起皺；多層膠片貼合時(shí)，為了防止層與層之間產(chǎn)生氣泡，降低貼合力和層與層之間不對(duì)中，本輔機(jī)針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，展現(xiàn)出先進(jìn)實(shí)用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

接取輸送帶用于將壓延機(jī)壓延出的膠片輸送到膠片冷卻裝置中。為了保證傳送帶的速度與主機(jī)速度同步,防止由于速度不一致而造成拉扯膠片,在主機(jī)與接取輸送帶之間設(shè)置測(cè)速裝置,以協(xié)調(diào)之間速度.采用氣缸實(shí)現(xiàn)輸送帶的升降.

冷卻裝置用來(lái)對(duì)膠片進(jìn)行冷卻定型。主要由輥筒、左右機(jī)架及冷卻水管路等組成.輥筒的一端帶有動(dòng)力，由電機(jī)經(jīng)由圓錐齒輪減速器驅(qū)動(dòng)。輥筒內(nèi)筒結(jié)構(gòu)采用螺旋式，外層為鋼板制成。冷卻水通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭流入螺旋流道，冷卻效果顯著，輥面溫度較均勻，每個(gè)輥筒的進(jìn)水口裝有截止閥，用以調(diào)節(jié)進(jìn)水量。冷卻裝置上設(shè)有引布系統(tǒng)。引布系統(tǒng)主要由電機(jī)、傳動(dòng)軸、鏈傳動(dòng)、引布桿及張緊輪等。自接取輸送帶出的膠片纏繞在引布桿上，隨著鏈輪鏈條傳動(dòng)被引布桿自動(dòng)導(dǎo)入冷卻輥中。自動(dòng)化程度高，減少人工引片困難，避免拉升。

測(cè)速裝置主要由導(dǎo)輥、支架和角位移傳感器等組成。用于檢測(cè)膠片的張力情況，并發(fā)出反饋電信號(hào)，傳至后面膠片所經(jīng)過(guò)的單機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，控制工作線速度，協(xié)調(diào)前后兩個(gè)帶動(dòng)力的單機(jī)之間的線速度,以保持膠片無(wú)張力的運(yùn)行。本生產(chǎn)線在兩個(gè)帶動(dòng)力的單機(jī)之間均采用此裝置。

擺動(dòng)糾偏輸送帶前后功設(shè)置三套.是保證卷取對(duì)中、膠片貼合對(duì)中的核心裝置。主要由輸送帶、傳動(dòng)系統(tǒng)、國(guó)外進(jìn)口的E+L糾偏系統(tǒng)等組成。輸送帶與E+L電動(dòng)推桿相連，通過(guò)雙CCD傳感器檢測(cè)信號(hào)，控制電動(dòng)推桿進(jìn)退，實(shí)現(xiàn)糾偏定中功能，定中精度±1 mm。每套擺動(dòng)糾偏輸送帶的爬坡段上裝有毛刷輥,防止膠片脫落和粘連在輸送帶上;在前兩套輸送帶末端各有一套定中檢測(cè)導(dǎo)輥。為便于引片，此處導(dǎo)輥由氣缸帶動(dòng)前后移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)輥前、中、后三個(gè)工作位要求。

雙功能導(dǎo)開(kāi)裝置具備膠片卷取和導(dǎo)開(kāi)兩種功能，通過(guò)電磁離合器交替工作。由膠片卷取裝置，墊布導(dǎo)開(kāi)裝置，張力檢測(cè)裝置，墊布糾偏裝置，雙CCD傳感器，導(dǎo)開(kāi)磁粉制動(dòng)器，切換工作模式的電磁離合器，小車移動(dòng)部分等組成。其中卷取裝置和墊布導(dǎo)開(kāi)均由電機(jī)、制動(dòng)器、傳動(dòng)側(cè)電磁離合器、安全夾頭、方鋼、非傳動(dòng)側(cè)離合器、磁粉制動(dòng)器、機(jī)架等組成。當(dāng)純膠片進(jìn)行收卷時(shí)，此裝置具有卷取功能。接通傳動(dòng)側(cè)的電磁離合器,切斷非傳動(dòng)側(cè)的電磁離合器，以斷開(kāi)非傳動(dòng)側(cè)磁粉制動(dòng)器；同時(shí)切斷墊布導(dǎo)開(kāi)裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，接通磁粉制動(dòng)器來(lái)保持導(dǎo)開(kāi)墊布的恒張力。通過(guò)張力檢測(cè)裝置，控制糾偏輸送帶和卷取電機(jī)之間速度，以保證純膠片無(wú)張力運(yùn)行。膠片在卷取時(shí)，通過(guò)雙CCD攝像機(jī)感應(yīng)膠片的兩側(cè)邊緣，控制糾偏輸送帶上的電動(dòng)執(zhí)行器,使膠片對(duì)中。當(dāng)墊布導(dǎo)開(kāi)時(shí)，設(shè)有紅外線電眼檢測(cè)布邊跑偏情況， 當(dāng)墊布跑偏時(shí)，檢測(cè)探頭接收的信號(hào)改變，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，導(dǎo)開(kāi)架作軸向移動(dòng)， 糾正墊布跑偏。當(dāng)進(jìn)行2層或3層貼合時(shí)，此卷取裝置用來(lái)導(dǎo)開(kāi)膠片，具有導(dǎo)開(kāi)功能；同時(shí)墊布導(dǎo)開(kāi)裝置用于收取墊布，具有收卷功能。通過(guò)電磁離合器進(jìn)行功能之間的切換。膠片導(dǎo)開(kāi)動(dòng)力由墊布收卷電機(jī)提供，導(dǎo)開(kāi)張力由磁粉制動(dòng)器提供。為保證膠片貼合的對(duì)中性，通過(guò)導(dǎo)開(kāi)膠片與輸送帶之間雙CCD傳感器檢測(cè)，控制定中輸送帶上電動(dòng)執(zhí)行器，使從主機(jī)壓延過(guò)來(lái)的膠片與導(dǎo)開(kāi)膠片對(duì)中，進(jìn)行2層或3層貼合，通過(guò)張力檢測(cè)裝置進(jìn)行控制，保證膠片無(wú)張力運(yùn)行。

貼合裝置主要由導(dǎo)輥、環(huán)形運(yùn)輸帶、貼合輥等組成。將導(dǎo)開(kāi)裝置導(dǎo)出的膠片與壓延主機(jī)輸送過(guò)來(lái)的膠片進(jìn)行貼合并輸送。貼合輥由氣缸驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需要輸送單層膠片時(shí)，貼合輥筒抬起，膠片可以順利通過(guò)，當(dāng)需要貼合膠片時(shí)，氣缸切入，貼合輥對(duì)2層及3層膠片進(jìn)行貼合。

卷取裝置主要由卷取方鋼、支架、傳動(dòng)系統(tǒng)、墊布導(dǎo)開(kāi)裝置，糾偏裝置、雙CCD傳感器等組成，安裝在移動(dòng)小車上。小車通過(guò)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需更換墊布卷時(shí)，啟動(dòng)小車，將該裝置移出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶有制動(dòng)裝置，保證小車在靜止的狀態(tài)下，此裝置不會(huì)發(fā)生意外移動(dòng)。卷取動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)安全夾頭，帶動(dòng)卷取方鋼進(jìn)行工作。通過(guò)雙CCD傳感器檢測(cè)，控制裝在定中運(yùn)輸帶上的電動(dòng)推桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保證卷取的對(duì)中性。膠片的卷取張力及速度匹配由張力檢測(cè)裝置進(jìn)行控制。

4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）液壓調(diào)距采用比例伺服閥及高精度位置檢測(cè)位置,控制精度可達(dá)到±0.01 mm。液壓調(diào)距與測(cè)厚閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，根據(jù)壓延制品精度的變化進(jìn)行輥距的自動(dòng)調(diào)整,保證壓延制品的精度，極大的降低了物料的浪費(fèi)。

（2）應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)壓延機(jī)輥筒加載進(jìn)行工作狀態(tài)模擬，進(jìn)行強(qiáng)度及變形分析，確定合理輥筒中高度值。同時(shí)配有軸交叉裝置、預(yù)負(fù)荷彎曲等措施，保證壓延制品精度。

（3）雙功能導(dǎo)開(kāi)裝置通過(guò)離合器轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)膠片收卷和導(dǎo)開(kāi)雙功能。采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)，自動(dòng)化、穩(wěn)定性高。

（4）采用自動(dòng)引膠片裝置，將膠片自動(dòng)引入冷卻裝置，提高生產(chǎn)效率，減少人工引片困難，避免拉升。

（5）先進(jìn)的器件和設(shè)計(jì)理念應(yīng)用，可靠性高。在選擇器件方面，采用國(guó)際最新的可靠器件，如電機(jī)選用西門子電機(jī)、E+L糾偏系統(tǒng)、THK的直線導(dǎo)軌、西門子PLC、西門子的編碼器等，保障設(shè)備的可靠性；采用模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

（6）采用先進(jìn)的PLC程序控制技術(shù)、總線技術(shù)、遠(yuǎn)程I/O、人機(jī)界面，配方創(chuàng)建、管理及MES診斷功能，提前預(yù)知設(shè)備的故障點(diǎn)。

5 電氣控制系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由PLC可編程控制器、人機(jī)界面、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、輥距調(diào)距系統(tǒng)及潤(rùn)滑控制系統(tǒng)等組成，滿足壓延機(jī)組生產(chǎn)內(nèi)襯層膠片要求。

采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理和可靠的選型使整個(gè)機(jī)組具有操作簡(jiǎn)單可靠，監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)功能完善，串行通訊接口齊備等特點(diǎn)。運(yùn)用速度、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)與PLC的給定相配合，同時(shí)輔以多處速度緩沖裝置做速度隨調(diào)，消除誤差，實(shí)現(xiàn)高精度控制，以滿足各種工藝的速度要求。采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)軟件PID編程作系統(tǒng)給定，具有自動(dòng)化程度高，控制功能齊全，控制精度高等特點(diǎn)，確保機(jī)組同步運(yùn)轉(zhuǎn)和制品精度。PLC系統(tǒng)完成壓延主機(jī)傳動(dòng)，壓延輔機(jī)傳動(dòng)，速度控制，調(diào)距控制，壓延控制系統(tǒng)其它控制聯(lián)鎖，以及與聯(lián)動(dòng)線之間的數(shù)據(jù)傳送，并可通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行全線速度的控制、狀態(tài)監(jiān)控和故障顯示等。與主傳動(dòng)控制器通過(guò)Profibus通訊方式連接，完成壓延機(jī)組的操作、配方設(shè)定、配方管理、運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并預(yù)留以太網(wǎng)通訊接口。采用速度檢測(cè)裝置來(lái)反饋控制各個(gè)單機(jī)的電機(jī)運(yùn)行速度，保證機(jī)組速度協(xié)調(diào)一致，確保膠片在無(wú)張力狀態(tài)下運(yùn)行，提高了制品的精度等級(jí)。輥縫、軸承回油溫度、輥筒表面溫度均采用數(shù)字顯示，并進(jìn)行自動(dòng)控制。熱水循環(huán)加熱采用PID自動(dòng)控溫技術(shù)，溫度控制精度高，輥面溫差小，保證了壓延制品質(zhì)量。整線設(shè)有聯(lián)鎖及安全保護(hù)措施，在各操作處設(shè)有緊急停車開(kāi)關(guān)。

完善的安全檢測(cè)和控制系統(tǒng)是保證設(shè)備正常運(yùn)行安全和人身安全的有力保障。設(shè)備開(kāi)機(jī)前開(kāi)機(jī)條件達(dá)不到不允許開(kāi)機(jī)，設(shè)備工作過(guò)程中工藝條件不滿足自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出警報(bào)。本控制系統(tǒng)在各操作面板上都安裝了緊急停車按鈕，在設(shè)備的相應(yīng)操作位安裝了急停按鈕盒。所有的緊急停車開(kāi)關(guān)都獨(dú)立于PLC控制，即采用獨(dú)立控制回路完成急停功能，并將急停信號(hào)送入PLC做顯示和相關(guān)聯(lián)鎖控制。

6 結(jié)語(yǔ)

本機(jī)組是根據(jù)工藝要求自主研制的新產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)和原理等方面都采用了新的設(shè)計(jì)思想和理念。采用進(jìn)口的E+L糾偏、雙CCD傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的膠片定中功能，首次采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)卷取和導(dǎo)開(kāi)雙功能作用，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，使設(shè)備更具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、操作方便、功耗低、制品優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。本機(jī)組不論從主要性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還是從用戶使用情況來(lái)看，均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，寬幅內(nèi)襯層將越來(lái)越多地采用大型壓延機(jī)來(lái)生產(chǎn),在全鋼工程子午胎生產(chǎn)內(nèi)襯層中被廣泛采用。