（机械工程专业论文）对预复合全钢子午线轮胎成型机的升级改造.pdf

贵州人学硕十学位论文 摘要 本文是对天津赛象科技股份有限公司的t s t t t r g 一4 5 i 两鼓式预复合全钢丝载重子午线 轮胎一次法成型机的升级改造，它是在充分吸取国内外先进技术的基础上孕育而成的，提出 了符合国内实际运行环境的系统方案。 通过对天津赛象科技股份有限公司的t s t t t r g 一4 5 i 两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮 胎一次法成型机的升级改造，使改造初期存在的很多技术缺陷都能得到很大的改善。升级改 造后整机生产效率有很大的提高，也节约了对辅件消耗过大的事实，由于改造过程中设备的 自动化程度的提高，使得过分依赖人工的操作而制约产品质量和效率的现状有很大改变。同 时原设备的高维修率也得到很大的控制。 本文主要是在对预复合成型机的肩垫胶的移动供料架进行升级改造，大量应用新技术和 新工艺，引入板式供料架设计。在方案选择时用了非线性规划理论，而对预复合成型机的板 式供料架的部件设计时，还综合应用了基丁- 多目标模糊理论可靠性优化设计理论。重新设计 的板式供料架在贴合胎侧和肩垫胶精度有很大提高。通过板式供料架的自动控制和控制软件 的编制，同时也大大提高了该成型机的自动化程度。 通过对本次研究课题的深入研究后，发现仍然存在一些技术问题，还有待进一步研究或 完善，特别是技术产业化过程中由于具体运行环境中各种因素的影响，也使得对本课题的研 究结果将进行不断的修正和完善，这些t 作还将延续一个较长的时间过程。 关键词：成型机升级改造肩垫胶板式供料架可靠性优化设计 自动控制 贵州大学硕士学位论文 p r e c o m p o u n d e n t i r es t e e lw i r e c a r r y i n g o c a d a c l t vm e r l d l a nt l r es n a d e rd r o m o t l o n t r a n s f b r m a t i o n s u m m a r y n l i sa r t i c l ei st ot h et i a n i i nt s t t t r g 一4 5 im a t c ha l i k et w od n l mt y p e sp r e - c o m p o l l i l d e n t i r cs t e e lw i r e c a r r y i n gc a p a d t y m 谢d i 柚t i r e s h a p e rp r o m o t i o n t r a n s f 0 h n a t i o n ，i ti sf u l l yi sa b s o r b i n gd o m e s t i ca df o r c i g na d v a n c e dt e d m i c a li nt h e f o u n d a t i o nt ob r e e db u tb e c o m e sp m p o s e dc o n f o m st ot h ed o m e s t i ca c t u a lm o v e m e n t e n v i r o 硼e n ts y s t e mp l a 皿r o u g ht o t h et j a d j i nt s t t t r g 一4 5 im a t c ha l i k em od m mt y p e s p r e c o m p o u n de n t i r e s t e e lw i r e c a r r y i n gc a p a c “y m e r i d i a nt i r e s h a p e rp m m o t i o n t r a l l s f o r i t l a t i 咖，e n a b l e st h et r a n s f o m a t i o ni n i t i a jp e r i o de x i s t e n c et h ev e r ym a n y t e c h n i c a lf l a wa l lt oh a v et h e v e r yb i gi m p r o v e m e n t a f t e r t h ep r o m o t i o n t r a n s f o m a t j o ne n t i r em a c h i i l ep r o d u c t i o ne f f i d e n c yh a st h ev e r yb i ge n h a n c e m e n t ， a l s os a v e dt ot h ea u x i l i a r yc o n s u m p t i o no v e r s i z e df a c t ，b e c a u s ei nt h et r a n s f o m a t i o n p m c e s st h ee q u i p m e n ta u t o m a t i c i t ye n h a n c e m e n t ，c a u s e st or e l yo nt h ea r i i f i c i a l o p e r r n i o nb u tt or e s t r i c tt h ep r o d u dq u a l i t ya 1 1 dt h ee 饿c i e n c yp r e s e n ts i t u a t i o n e x c e s s i v e l yh a st h ev e r yb i gc h a n g e a tt h es 锄et i m et h eo i i g i a le q u i p m e n th i 曲 刚i c er a t ea l s 0i su n d e rm e v e r ) rb i gc o t m l t h i sa n i d em a i l yi si nc a r r i e so t h ep r o m o t i o nt r a n s f o r m a t i o nt ot h ep r e 。 咖p o u n ds h a p e rs h o u l d e rp a dn l b b e rm i 莎a t i o nf o rt h em a t e r i a l 丘a m e ，m a s s i v e l y a p p l i e st h en e wt e c h n o l o g ya n dt h en e wc r a f t ，t h ei n t m d u c t i o nb e a ts u p p l i e sam a i e “a l d e s i 印w h e np l a nc h o i c eh a su s e dt h en o n l i n e a rp r o g r a i n m i n gt h e o r y ，w h e nt ot h e p r e - c o m p o u n ds h a p e rb e a td e s i g n sf b ram a t e r i a lp a n ，b u t a l s os y n t h e s i z e sh a s a p p l i e db a s e do nt h em u l t i o b j e c t i v e sf u z z yt h e o r yr c l i a b i l i t yo p t i m i z a l i o nd e s i g n t h e o r y t h er e d e s i g nb e a th a st h ev e r yb i ge n h a n c e m e n tf o rm a t e r i a nm ef i t t i n gs i d e w a l la n dt h es h o u l d e rp a dr u b b e rp r e c i s i o n a dc o n t r o l st h es o f t w a r et h r o u g ht h e b e a tf o ram a t e r i a la u t o m a t i cc o n t m lt h ee s t a b l i s h m e n t ，a tt h es a m et i m ea l s og r e a t l y e n h a n c e dt h i ss h a p e ra u t o m a t i c i t y 4 童型叁兰堡圭兰垡堡奎一一 n f o u g ha f t e r t h i sr e s e a - c ht o p i ct h o r o u g hr e s e a r c h ，d i s c o v e r e ds t i l l h a ds o m e t e c h i l i c a l 口u e s t i o n sa l s ot ow a i tf o rf u r m e rs t u d i e so rt h ec o n s u m m a l i o n s p e c i a l l yi n t e c h n i c a li n d u s t r i a lp n ) d u c t i o np r o c e s sb e c a u s em o v e ss p e c i f i c a u yi nt h ee n v i r o n m e n t e a c hk i n d0 ff a c t o ri n n u e n c e ，a l s ow i l lc a u s et ot h i st o p i cf i n d i n 擎t oc a yo nt h e u n c e a s i n gr e v i s i o na i l dt h cc o n s u m m a t i o n ，t h e s ew o f k 矗i s ow i l lc o m i n u eal o n gt i m e d r o c e s s k e yw o r d s ： t i r eb u i l d i n gm a 出n e ， u p 乎a d ei e b u i l d ， s h o u l d e rr u b b e r ， b o a r ds u p p l y ， r e l i a b i l i t yo p t i m j z ed e s i g n a u t o m a t i c c o n t m l 5 贵州大学硕士学位论文 对预复合全钢子午线轮胎成型机 的升级改造 1 绪论1 ( 2 洲引旧儿2 8 1 1 1 选题背景及意义 据专家预测，到2 0 0 5 年，我国工程轮胎的需求总量约为3 1 0 万条，其中7 5 左右用于 内需，2 5 用于出口。目前我国生产的火中型工程轮胎，基本还是斜交胎，而子午线轮胎还 处于研究开发阶段。由于子午线与斜交轮胎相比，在提高行驶里程和负载性能、操纵舒适轻 便性、耐刺扎性能、缓冲减震性能、降低油耗量和提高使用寿命等诸方面，具有明显的优越 性，因此越来越受到市场的认可利欢迎。图卜j 是以上两种轮胎的结构示意图。 1 ) 子午胎 2 ) 斜交眙 卜l 两种轮胎结构图 子午线轮胎是一种新型结构的产品，具有高速、耐用、节能、舒适等优越性能，是轮胎 j 。业更新换代的发展方向。目前世界子午线轮胎的产晕已占轮胎总产量的8 0 ，而两方工业 发达国家实现或基本实现轮胎子午化。随着子午线轮胎的蓬勃发展，轮胎的生产技术不断进 步，工艺装备日新月异，使轮胎j = 业从劳动密集犁逐步向技术密集型转换。子午线轮胎的兴 起和发展，已成为轮胎生产和消费的宏大潮流。至1 9 4 8 年子午线轮胎问世以来，目前己发 展为多种类型的轮胎，轿车轮胎、载重轮胎，工稃轮胎、拖拉机轮胎、摩托车轮胎和飞机轮 胎都已被子午线结构所代替，而斜交轮胎逐渐被替代。虽然子午线轮胎的制造工艺要求很严 6 贵州大学硕士学也论文 格，生产效率较低，制造子午线轮胎的设备比斜交轮胎的设备贵得多，但由于子午线轮胎有 九大优点，所以汽车生产部门和运输都希望使用子午线轮胎。通过各种性能实验研究发现， 子午线轮胎比传统的斜交轮胎有许多优越性： 3 】 1 ) 子午线轮胎耐磨性好：子午线轮胎的带束层刚性高，角度小，使每根帘线的长度比 胎面的接地长度长，使轮胎滚动量移动小。当汽车转弯时扭转方向盘的角度小，可减少轮胎 侧滑，从实验结果看子午线轮胎和斜交轮胎在负载下的周长，子午线轮胎周长比斜交轮胎长。 轮胎移动性越人，耐磨性越差。斜交轮胎滚动胎面接地时就发生蠕动和滑动，较子午线轮胎 易磨损，而子午线的耐磨性能提高了6 0 1 2 0 ； 2 ) 子午线轮胎的滚动阻力小：子午线轮胎的滚动阻力比斜交轮胎低3 0 4 0 ，可节油 6 8 ；同时子午线轮胎的胎体柔软，不管用哪一种帘线，在行驶中帘线之间没有剪切力，冈 此从力学性来看，有利于减少滚动阻力： 3 ) 子午线轮胎的牵引力和刹车性能好：牵引及刹车的能力可以提高l o “2 0 ，这主要是 由于子午线轮胎结构所引起的： 4 ) 子午线轮胎的转弯能力大：子午线轮胎的侧向力或横向力比斜交轮胎高，土要是子 午线轮胎的带柬层角度比斜交轮胎小得多。侧向力或转向力如采用钢丝带束层比斜交轮胎提 高7 6 ，用纤维带束层也可提高5 0 ； 5 ) 子午线轮胎噪声小：采用子午线轮胎的汽车可降低噪声； 6 ) 子午线轮胎的舒适性好：它的径向弹性率比斜交轮胎约低1 8 ： 7 ) 子午线轮胎升热小： 8 ) 子午线轮胎的高速性能好； 9 ) 子午线轮胎耐机械损伤性好。 汽车工业和高速公路的发展对轮胎制造业不断提出新的和更高的要求，同时，轮胎制造 技术的不断改进和完善，也大大提高了汽车的时速及性能，促进了汽车及与其相关工业的发 展。轮胎技术对现代工业起着举足轻重的作用。 近年来我国汽车工业和交通运输事业的蓬勃发展，一条条新兴轿车生产线的投产下线， 进口汽车的大量涌入，及高速公路的迅速发展，迫切需要各种高质量的子午线轮胎。子午线 轮胎作为橡胶工业发展的重点，在我国已具有相当的规模，而加工制造设备则与之夕夕相关， 我国的生产设备由于各种原因使其发展相对落后。如何提高设备的技术水平和质量将成为广 大科学技术人员长期而艰巨的任务。 1 2 全钢丝载重子午线轮胎成型机简介 子午线轮胎的外胎成型r 艺是将符合几何轮廓设计的所有半制品部件，例如胎体层、带 束层、胎冠、胎侧、各种型胶、钢丝罔等，按照外胎产品中部件分布位置要求，精确地、止 确的相互结合并对称地组合起来。子午线轮胎的外胎成型有两种方法，一种是两段成型法， 另一种是一次成型法。本课题研究的是全钢丝载重子午线轮胎成型机的升级改造，该成型机 就是一次成型法。一次成型法就是在成型机上完成除胎冠、带束层外的所以部件的组成，随 7 贵州大学硕士学位论史 后在成型机充气定型到给定外缘尺寸，同时将已做成的相互粘合成一体的带束层，胎冠环 直接定位套上胎胚，充气密实，滚压而成。子午线轮胎的断面轮廓模型见图2 1 。 2 一l 子午线轮胎断面轮廓模型图 全钢丝载重轮胎的一次成型法= 艺一般的操作程序是： 1 ) 胎面、带束层组合件的制造。第一层钢丝带束层从料卷工字轮上自动导出、经传送带 传送后对齐激光灯光标贴合在带柬层贴合鼓上，带束层贴合鼓表面有磁铁，能够吸住钢丝带 束层从而牢固定位。用热刀定长切割，手t 操作第一层钢丝带束层两端进行接头。同理，接 着依次贴合第二、第三、第四层的钢丝带束层，如同第一层一样挨次往鼓上贴合，组成四层 的钢丝带束层。其中第四层钢丝带束层采用电剪刀切割，且在带束层贴合鼓上贴合两层。己 定长好的胎面从专用的胎面供料架上自动传送到带束层贴合鼓，覆盖在钢丝带束层上，手工 接头、滚压。带束层传递环进入带束层贴合鼓的中心线位置夹持组合的胎面、带柬层组合件。 此时，带束层贴合鼓径向收缩，传递环夹持组合件一起移出带束层贴合鼓到带束层辅机等待 位。 2 ) 左右钢丝圈预先安置在钢丝圈预置架上。左右两条胎侧胶通过板式供料架同时各自对 齐激光灯光标贴合在成型鼓两侧的表面上，手工接头、压实：内衬层从料卷t 字轮上导山， 经传送带传送，自动定长，超声波裁刀裁切，对齐激光灯光标贴合在成型鼓上，手工接头、 压实；子口包布从料卷工字轮上导出，经子口包布供料架传送对齐激光灯光标贴合在成型 鼓上；胎体帘布从料卷工字轮上导出，经传送带传送，用热刀定长切割，在成型鼓上用专用 接头机操作接头，手压辊滚压胎体帘布。已定长好的肩垫胶从专用的肩垫胶供料架上自动传 送到成型鼓，对齐激光灯光标覆盖在胎体帘布上，手工接头、压实。 3 ) 钢丝圈通过左右夹持环从钢丝圈上取出，传递到成型鼓平面上自动就位，这时的钢丝 圈部件三角胶呈立式形式。成型鼓的撑块部位锁紧到卡住钢丝囤，使胎体复合件定位不能移 动。 4 ) 胎胚通过膨胀成型鼓的中央部位并收缩两个钢丝圈到给定间距米进行预定型工艺。预 定型的真径要大于定犁后的直径。接着，传递环将胎面、带束层复合什传递到成型鼓的中心 贵州人学硕士学位论文 线位置上，胎胚内被充气紧贴牢胎面、带束层复台件。第一次定型气压为o 3 0 4 k p a ，第 二次定型气压为0 6 0 7b a r 。自动移开带束层传递环，后压辊滚压胎面，后压辊气缸压力 为0 卜o 3 b a r ，侧压辊滚压钢丝圈三角胶侧压辊气缸压力为0 卜0 2 b a r 。 5 ) 反包胶囊、助推胶囊被充气后，将胎侧胶、子口包布、内衬层、胎体帘布从成型鼓上 平放位置紧紧贴住钢丝圈反包住。侧压辊从钢丝圈部位逐渐向胎肩部滚压，侧压辊气缸压力 也相应从o 3 5 一o 3 b a r ，0 3 一o 2 b a r ，0 2 0 1 b a r 作相应改变。 6 ) 带束层传递环再次移位到胎胚位置夹住胎胚，同时，成型鼓展开到原始大小，即工艺 参数要求的平面宽。这样，轮胎胎胚就很容易被移出，移出后并安放到存胎盘内待用谁 各进入卜一工序硫化。 1 3 对天津赛象两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮胎成型机的升级改造目的和意义： 本课题是对天津赛象科技股份有限公司的t s t t t r g 一4 5 i 两鼓式预复合全钢丝载重子午 线轮胎一次法成型机的升级改造。而全钢丝载重子午线轮胎作为贵州轮胎股份有限公司的拳 头产品一直有供大于求的现状，特别是在作为山口创汇产品上。对天津赛象的两鼓式预复台 全钢丝载重子午线轮胎成型机的改造，主要是针对该成型机与国外的先进设备相比存在一些 缺陷而进行局部改造。国外先进设备如荷兰v m i 公司的v a s t 4 型轮胎成型机、斯洛伐克 l l a t a d o r 公司的t r 3 型轮胎成型机，该类设备都具有自动化程度高、产质量好、运行稳定等 优点。与国外的先进成型机相比较，天津赛象的两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮胎成型机 存在一些不足，如：卸胎器的机械抓撑会撑变形轮胎的胎胚形状，造成硫化后的成品胎的胎 圈变形和子口裂；超声波裁刀经常会裁不断胎侧和内衬层的复合件，严重时甚至损坏超声波 裁刀刀片，造成人量的停机时间和花费过高的维护费用；而肩垫胶的移动供料架，贴合精度 差，劳动强度较大，贴合时人为的随意性；主机成型鼓灯标移动时经常报警，造成大量停机 时间：传递环同步带经常断裂，造成大量的停机时间和增加了维修时间，而胎侧和内衬层复 合件时常会产生偏歪。且整机生产效率低下，辅件消耗大，过分依赖人工的操作，维修率高 等。通过改造使设备更能适应企业现今生产和实践的需要，同时降低了成本提高效率能更好 为企业服务。 天津赛象科技股份有限公司的t s t t t r g 一4 5 i 两鼓式预复台全钢丝载重子午线轮胎一次 法成型机作为国产成型机也是全钢丝载重子午线轮胎的重要加工设备且该设备成本较低，比 较适合我们的国情所以对该设备的改造成为企业技术改造的重点攻芙项目，通过技术改造能 使设备缩小与国外先进设备的差距，提高全钢子午线轮胎的生产质量和生产效率，使设备能 更好的适应不同轮胎尺寸的加上。这样不仅为企业节约了大量的资金，还能使设备更能适应 生产和满足工艺的需要，同时将大大降低生产成本，提高生产效率，提高产品质量，有效的 降低停机率。还能提高了广大的技术人员的专业技术水平，真是一举多得。通过改造使设备 更能适应当今生产和实践的需要，同时降低了成本提高效率能更好为企业服务。是企业技术 改造的当务之急! 对贵州轮胎股份有限公司的全钢丝载重子午线的成型机改造，不仅使设备 技术含量有很火的提高，许多t 序的改造趋近白动化控制或半自动化控制，也很贴近国企的 9 贵州人学硕士学位论文 生产实际，使生产效率也得到很大提高。通过改造提高了广人科技人员的专业水平。节约了 大量购进设备的资金，很符合人型国企的需要，有很高的实用性。且依托国外的先进设备的 相关技术如荷兰v m i 公司的v a s t 4 型轮胎成型机，能缩短与世界先进技术的差距提高我国的 成型机生产水平，前景良好1 2研究的主要内容和升级改造方案的确定 贵州轮胎股份有限公司于2 0 0 2 年购入了天津赛象科技股份有限公司的t s 卜t t r g 一4 5 i 两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮胎一次法成型机。随着贵州轮胎股份有限公司全钢丝载重 子午线轮胎生产线的不断扩大，因为该机自动化程度较低需要改造的部分较多，针对该成型 机在使用中存在的一些技术问题进行相应的升级改造。特别是对该成型机所存在的缺陷如： 卸胎器机械抓撑会撑变形轮胎的胎胚形状，造成硫化后的成品胎的胎圈变形和子口裂；超声 波裁刀会经常裁不断胎侧和内衬层的复台件，严重时甚至损坏超声波裁刀刀片，造成大量的 停机时问和花费过高的维护费用；贴台胎侧和肩垫胶的滑动供料架，它贴合精度低，劳动强 度大，贴台的自动化程度低，贴合时人为的随意性大；主机成型鼓灯标移动时经常报警，造 成大量停机时间；传递环同步带经常断裂，造成大量的停机时间和增加了维修时间，而胎侧 和内衬层复合件时常会产生偏歪；且整机生产效率低下，辅件消耗大，过分依赖人工的操作， 维修率高等。因该成型机的技术问题较多对整条线的全部改造较难独立完成，所以采用成立 公关小组的方式，本人将研究重点放在贴合胎侧和肩垫胶的滑动供料架的改造和设计上。 胎侧和肩垫胶的滑动供料架的改造主要是解决它在使用过程中，经常出现贴合肩垫胶时 偏歪的问题，且维修、调节起来十分不便。为此，我们对天津赛象的两鼓式预复合全钢丝载 重子午线轮胎成型机在使用过程中出现的这一问题经过认真分析，提出了相应的改造方案并 最终解决了这一问题。本设计主要是解决胎侧和肩垫胶的滑动供料架的悬空问题，而滑动供 料架会随各种轮胎规格( 胎圈直径2 0 至2 4 5 ) 的更换而随时需要调整供料架的位置，而 这样每次更换胎胚都需要调整供料架位置和纠偏，若修正不及时或修正达不到公差要求，则 贴合胎侧和肩垫胶是就会出现偏位或位置不正的情况，而这些现象都将对轮胎的质量产生极 大的影响。为保证子午线轮胎的质量其允许的公差不能超过l m 的基本要求，否则加上的 轮胎精度就难以保证。因此如何设计山既能保证胎侧和肩垫胶的贴合精度，而且又能方便改 变轮胎直径的供料架就成为设计的重点。所以增加用以贴合胎侧和肩垫胶的板式供料架，它 不仅要能解决以，l 问题还要能提高生产效率。本设计将通过增加用以贴合肩垫胶和胎侧的扳 式供料架( 若为小规格轮胎，不采用复合方式，而采用胎侧单独贴台的方式) ，通过这种改 造使得胎侧和肩垫胶的供料架变成半自动控制。本研究是对胎侧和肩垫胶的供料架进行升级 改造，它将涉及机械部分、控制部分、控制软件编制的设计改造。 机械部分土要完成板式供料架的结构设计，包括设计方案确定、传动件设计、结构设计 等。并对传动件部分引入相关优化设计的内容包括：机构的优化设计、部件的可靠性优化设 计及多目标的模糊优化设计。 控制部分主要完成板式供料架上贴合脂垫胶的控制( 两套程序，一套用于只贴合肩垫胶， 1 0 贵州大学硕士学位论文 另一套用于既要贴台肩垫胶，又要贴合胎侧，根据工艺要求进行选择) ，位置控制是利用传 感器进行控制，贴合速度采用气缸控制。 编制控制软件主要通过m t c 2 0 0 ( 力士乐) 软件编写p l c 、n c 程序来控制肩垫胶的输送 并和成型鼓的工作相配合，实现送料、贴合、退回的自动控制。 3 板式供料架的机械部分设计 随着贵州轮胎股份有限公司全钢丝载重子午线轮胎生产线的不断扩大，贵州轮胎股份有 限公司于2 0 0 2 年购买了天津赛象科技股份有限公司的t s t t t r g 一4 5 i 两鼓式预复合全钢丝载 重子午线轮胎一次法成型机。在使用过程中，经常出现贴合肩垫胶时偏歪的问题，且维修、 调节起来十分不便。为此，我们对天津赛象的两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮胎成型机在 使用过程中出现的这一问题经过认真分析，提出了相应的改造方案并最终解决了这一问题。 现将具体情况介绍如下。 3 1 设计方案的确定 3 1 1 存在的问题 天津赛象科技股份有限公司的两鼓式预复合全钢丝载重子午线轮胎成型机在贴合肩垫 胶一i ：序时，只要肩垫胶与肩垫胶灯标线宽度偏歪，就不能满足工艺上对贴合肩垫胶的精度要 求，且维修、调节起来很不方便，费时、费力。其根本原因就是原机的滑动肩垫胶供料架设 计不合理：原肩垫胶的滑动供料架在伸出贴合肩垫胶时，肩垫胶供料架会出现“前重后轻” 的情况，肩垫胶供料架与地面几乎没有联结，仅靠四个支撑脚支撑供料架，难以保证供料架 不晃动，贴合肩垫胶时整个肩垫胶的滑动供料架晃动很大，另供料架前端的导向机构设计成 导向块，而导向过程主要靠人工调节随意性较大，这导致导向块在实际使用过程中导向性很 不好。由于上述问题，经常出现肩垫胶贴合偏歪，纠偏的调节起来也很困难。另肩垫胶供料 架前端压肩垫胶的压辊需操作人员手动抬上、抬下来操作压辊进行工作，很不方便，使整个 肩垫胶的贴合过程显得非常“笨拙”和“缓慢”。 3 1 2 改造方案的初定 本机的肩垫胶供料架在伸出贴合肩垫胶时，肩垫胶供料架“前重后轻”，网肩垫胶供料 架与地面几乎没有联结，所以造成整个肩垫胶供料架晃动很大，另肩垫胶供料架前端的导向 机构设计成导向块，导向块在实际使用过程中导向性很不好。根据不同规格轮胎t 艺的要求 和现场的具体安装情况，决定将原肩垫胶的滑动供料架，重新设计成板式供料架，本思路主 要是借鉴国外同类成型机的供料架设计和本机的实际情况而定。实际设计时供料架的相对固 定成为设计的核心出发点。 在设计中首先要确定板式供料架的位置，方案选定时大致有以下三种布置方案： 垂直布置：及将板式供料架按供料的方向设计，此时因为供料架的相对矧定，所以伯垫 胶的导向性较好但一旦改变轮胎规格( 胎圈直径2 0 ”至2 4 5 ”) 时须将供料架拆开并需要 调整供料架的位置。且安装的上序相对复杂。空中布置：此种布置对供料架安装要求很高， 贵州人学硕_ 上学位论文 空中供料架的i 占| 定相对较难，且必须有足够的辅助支撑件，成本高。空中供料架的制造精度 很高，制造误差小。平行布置：此种布置在供料架不供料时是与机头平行的，= 作时自动伸 出到与机头平行的方向，这样很方便换鼓且不供料时义能自动收回这样当然节约了空间， 供料架置于主机上，导向性好。制造成本不太高。综合比较三种供判架的布置方法，考虑与 本机的匹配情况，经济性，制造精度和工艺要求，最后决定采用供料架的平行布置，无论在 技术工艺还是经济性，它的性价比都是最有竞争力的，同时我们还进行了实验也证实它的实 用性。 3 2 板式供料架的工作原理 重新设计的肩垫胶板式供料架布置是与机头平行的，贴合肩垫胶时通过气缸的作用将供 料架推出，并始终与机头保持平行的方向，完成贴合过程后，又通过气缸的控制收回原位。 重新设计的板式供料架应耍尽量避免“前重后轻”的现象出现，板式供料架的底座用螺栓与 成型机主机头联接，采用螺栓联接可便于对供料架面扳的水平度的调节，同时也使整个板式 供料架的安装牢固、可靠，充分保证板式供料架不至丁i 晃动。冈供料架是可以自动伸出和收 回的这样很方便更换成型鼓胶囊或是成型鼓，且在不贴合时又能自动收回原位，这样当然节 约了空间。供料架置于主机上，导向性好，采用板式供料架后，更换成型鼓胶囊或是成型鼓， 就很方便了，可直接吊出成型鼓鼓桶或是成型鼓进行更换。而不需先移开供料架，才能进行 更换，大大节省了时间。现将板式供料架的工作原理的流程图用图3 一l 表示如下： i i j i i i j l l ；i i ! j 廿一一，l i j j j i l j ! ! j 一一，l j j i j l i i 5 l i 砰一，i i j i j i i i i ；i i i l 蛩一一，l i j ! i l l i 亘绸 图3 1 板式供料架的工作原理流程图 新安装使用的板式供料架只贴合肩垫胶的工序流程是：成型机运行到贴台肩垫胶时，板 式供料架伸出，板式供料架伸出至位后；板式供料架压板压下，压板压下到位后，成型鼓旋 转贴台肩垫胶；肩垫胶贴合完成后，压板抬起，抬起到位后，板式供料架退回；退同到位后， 操作人员安装肩垫胶在板式供料架上，等待卜_ 一次贴合肩垫胶。 新安装使用的板式供料架贴合肩垫胶和胎侧胶的t 序流程是：成型机运行到贴合胎侧胶 时，板式供料架伸出，板式供料架伸出到位后；板式供料架压板压f ，压板压下到位后，成 型鼓旋转贴合胎侧胶；胎侧胶贴合完成后，压板抬起，抬起剑何后，板式供料架退回；退同 到位后，操作人员安装胎侧胶在板式供料架上，等待r 一次贴合胎侧胶，贴合肩垫胶与上述 只贴台肩垫胶的工作流程是一样的( 板式供料架伸出、退回，板式供料架压板压下、抬起均 设计有手动方式，方便操作人员对每一部分的操作) 。 3 3 供料架的结构设计 重新设计的板式供料架避免了再出现“前重后轻”的现象，冈为板式供料架的底座是用 螺栓与成型机主机头联接，从而使糕个板式供料架的安装牢崮、可靠，充分保证板式供料架 1 2 贵州大学硕士学位论文 不至于晃动。采用板式供料架后，更换成型鼓胶囊或是成型鼓，就很方便了，可直接吊山成 型鼓鼓桶或是成型鼓进行更换。而不要先移开供料架后，才能进行更换，大大节省了维修时 间。板式供料架的示意闰如图3 2 所示。它主要由支撑架、压板、支撑弹簧，1 二作气缸等组 成。当成型机运行到贴合肩垫胶和胎侧胶时，板式供料架由气缸推动伸出，板式供料架伸出 到位后：板式供料架压板压下，压板压下到位后成型鼓旋转贴合胎侧股：胎侧胶贴合完成 后，压板抬起，抬起到位后，板式供料架退回；退回到位后，操作人员安装胎侧胶在板式供 料架上，等待下一次贴合。 图3 2 板式供料架的示意图 4 板式供料架的控制部分设计引州 在现代工业中，为了实现生产过程的要求，机电传动控带i 系统所要完成的任务，从j 。义 上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间、甚至整个工厂都要实现自动化控制。从狭义 上讲，j l l i j 专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加、质量的提高、生产成本 的降低，t 人劳动条件的改善以及能量的合理利用。随着生产工艺的发展，对传统设备的自 动控制系统也有越来越高的要求。 针对本设计中控制的要求，选择出与之相关的控制方法和控制的元件成为本没计的核心 内容。在生产管理和经营活动中，经常会遇到两类问题：一类是如何台理地使用有限的劳动 力、设备、资金等资源，以得到最大的效益( 如生产经营利润) ；男一类是为了达到一定的 目标( 生产指标和其它指标) ，应如何组织生产，或如何组织生产，或合理安排工艺流程， 或调整产品的成分以使消耗资源( 人力、设各、资金、原材料等) 为最小。应用相关的 线性规划的概念：每一个问题都有一组变量，常称为决策变量，而决策变量的每一组值都能 代表一种决策方案，通常要求决策取值非负；每个问题都有决策变量满足的一组约束条件； 贵州大学硕士学位论文 而每一个关于决策变量的线性函数，要求这个目标函数在满足约束条件实现最大化或最小 化。下面就通过对相关的线性规划的概念引入控制部分的设计的过程。 本设计的控制部分主要完成板式供料架上贴合肩垫胶的控制( 两套程序，一套崩于只贴 合肩垫胶，另一套用于既要贴合肩垫胶，又要贴合胎侧，根据工艺要求进行选择) 。根据工 艺的要求，控制的目标函数主要是完成：过程控制和位置控制。过程控制主要有机械式、屯 气式、液压式、气压式及它们的综合应用。每种方法都有自己的优点和缺点，在进行选择时， 必须综合考虑各种因素和条件，希望该种控制元件的操作简单，运行稳定，可靠性高，又能 与旧的设备相配，而改造的经济成本又不是太高。综合考虑选择；板式供料架的贴合过程是 靠气缸控制，1 1 7 = 置控制是利用传感器进行控制。 新安装使用的板式供料架只贴合肩垫胶的工序流程是：成型机运行剑贴合肩垫胶时，板 式供料架伸出，板式供料架伸出到位后：板式供料架压板压下，压板压f 到位后，成型鼓旋 转贴台肩垫胶：肩垫胶贴合完成后，压板抬起，抬起到位后，板式供料架退回；退回剑位后， 操作人员安装肩垫胶在扳式供料架上等待下一次贴合肩垫胶。 新安装使用的板式供料架贴合肩垫胶和胎侧胶的工序流程是：成型机运行到贴合胎侧胶 时，板式供料架伸出，板式供料架伸出到位后；板式供料架压板压下，压板压下到位后，成 型鼓旋转贴合胎侧胶；胎侧胶贴合完成后，压板抬起，抬起到位后，板式供料架退回：退同 到位后，操作人员安装胎侧胶在板式供料架上，等待下一次贴合胎侧胶，贴台肩垫胶与上述 只贴合侑垫胶的工作流程是一样的( 板式供科架伸出、退回，板式供料架压板压f 、抬起均 设计有手动方式，方便操作人员对每一部分的操作) 。 4 1 板式供料架的控制气缸设计”“ 气压传动是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设 备，以实现生产过程机械化、自动化的门技术，因为以压缩空气为工作介质，具有防火、 防爆、放电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动 技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，它已发展成为实现生产过程自动化的 一个重要手段。 气动传动有姐下优点；空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、运输介质的费用 和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设置同收管路。因为空 气粘度小( 约为液压油的万分之一) ，在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远 距离输送。即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境：与液压相比，气动反应快，动作迅 速，维护简单，管路不易堵塞：气动元件结构简单，制造容易，适于标准化、系列化、通用 化；气动系统对_ l = 作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶 劣1 作环境时，安全可靠性优丁液压、电子和屯气系统；空气有可压缩性，使气动系统能够 实现过载自动保护也便丁贮气罐贮存能蹙，以备急需；排气时气体囚膨胀而温度降低，因 而气动没籍可以自动降漏，长期运行也不会发生过热现象。虽然气压传动也有一些缺点，只 要在改计中合理避让，应用起来时优势还是很明显的。 1 4 贵州大学顿士学位论立 典型的气压传动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四部分组成。 4 1 1 气压发生装置 气压发生装置简称气源装置，其主体部分是空气压缩机，另外还有气源净化设各。空气 压缩机将原动机供给的机械能转化为空气的压力能：而气源净化设备用以降低压缩空气的温 度，除去压缩空气的水分、油分以及污染杂质等。由于本厂有集中供气的压气站，在由压气 站分别向各分厂分配供应压缩空气。 4 1 2 执行元件 执行元件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能转换为机械能的能量转换装 置。本课题主要选择的执行元件是作往复运动的气缸。 气动系统中应用最广的是普通双作用单活塞杆式气缸。其设计计算方法如下，一般是在 已知气缸负载大小和气缸行程的条件下按如下步骤计算： i 气缸作用力f 的计算 气缸活塞杆的推力f j 和拉力f 2 分别为： f ，= dn d 。4( n ) ( 4 1 ) f 2 - pn ( d 2 一d 2 ) 4 ( n ) ( 4 2 ) d 、d 分别为气缸内径( m ) 和活塞杆直径( m ) ；p 为气缸工作压力( p a ) ；q 为负载率。 i i 气缸内径d 的计算 ( 1 ) 推力作功时，d = 4 f 。( pqh ) “2 ( ) ( 4 3 ) ( 2 ) 拉力作功时，d = 4 f 。( pn ) + d 2 “2 ( m ) ( 4 4 ) 注：计算出d 后应按标准的系列进行圆整。 i 活塞杆直径d 的计算 与计算气缸内径d 相同。一般d d = 0 2 0 4 ，算出d 后，也需按相关标准的系列进行 圆整。 v 气缸筒壁厚6 的计算 般气缸筒壁厚6 与缸径d 之比小于1 1 0 ，可参照相关的标准取参考值。 耗气量的计算 气缸耗气量与亡身结构、动作时间及连接管道容积等有关。一般连接管道容积比气缸容 积小得多，故可忽略。冈而气缸一个往复的压缩空气行程的压缩空气耗量q 为： q = ( 2 d 2 一d 2 ) s 4q ，t( m 3 s ) ( 4 5 ) 换算成自由空气耗量q 。为： q 。= 1 + ( p p o ) q( m 3 s ) ( 4 6 ) 式中，s 为气缸行程( m ) ：t 为气缸一个往复行程所用的时间( s ) ：n 。为气缸容积效 率，一般取n ，= 0 9 0 、o 9 5 ：p 、p o 分别为气缸t 作压力( m p a ) 和大气压力( m p a ) ：p o = 0 10 1 3 m p a 缓冲计算 气缸运动速度很快一般达1m s 。为了使活塞与端盖在行程末端不发生碰撞，常设缓 1 5 贵州大学硕士学位论文 冲装要。在活塞接近行程末端时，利用缓冲柱塞将梓塞空堵死，使封在气缸有腔内的剩余气 体被压缩，并经节流阀缓馒流出，被压缩的气体起到吸收运动活塞动能的缓冲作用。 根据相关受载和条件得出气缸的基本参数的计算结果如下 项目气缸内径( m活塞杆直径气缸作用力气缸筒壁厚行程( mm ) m ，( mm )( n )( 皿m ) 推程气缸8 02 41 5 0 7 1 3 7 251 0 0 同程气缸 5 01 4 5 8 9 5 4 24 1 3 5 4 1 3 控制元件 在气动系统中，控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号 的重要元件，通常利用这些元件可以构成各种气动回路，使气动执行元件按设计要求完成丁 作。控制元件又称操纵、运算、检侧元件，是用来控制压缩空气量的压力、流量和流动方向 等，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。 ( 1 ) 减压阀的选择 碱压阀的功用是将供气气源压力减小到每台装置所需要的压力，并要保证减压后压力值 稳定。减压阀按调压方式分为直动式和先导式。直动式减压阀，由旋钮直接通过调节弹簧来 改变起输出压力；先导式减压阀，则是由压缩空气来代替调压弹簧来调节输出压力。 当减压阀的输出压力较高或通径较大时，用调压弹簧直接调压，则弹簧刚度必然过大， 流量变化时，输出压力波动较大，阀的结构尺寸也将增大。为了克服这些缺点，可采用先导 式减压阀。先导式减压阀的调压气体，是由小型的直动减压阀供气的。本设计选择的是将小 型直动减压阀在阀体内部的内部先导式减压阀。 ( 1 1 ) 减压阀的基本性能 调压范围：它是指减压阀输出压力p 2 的可调范围，在此范围内要求达到归定的精度。 调节范围主要与调压弹簧的刚度有关。为使输出压力在高、低调定值下都能达到较好的流量 特性，常采用两个并联或串联的调节弹簧。并联时，在低压范围内只用刚度小的弹簧调节， 高压范围内则合成调节；串联时，在低压范围内用合成调压，高压范嗣内则让其中个起作 用。一般q t y 型减压阀的调压范围为o 0 5 一o 6 3m p a 。 压力特性：它是指流量q 为定值时，因输出压力p t 波动而引起输出压力p 。波动的特性。 输出压力波动较小，减压阔的特性就越好。输出压力印必须低丁二输出压力p ，一定值时才基 本不艟输入压力变化而变化。 流量特性：它是指输入压力p j 一定时，输出压力脚随输出流量q 的变化而变化的特性。 当流量q 发生变化时，输山压力m 的变化越来越小。一般输出压力m 越低，它随输出流量 的波动就越小。 流晕特性和压力特- 性是减压阀的两个重要特性，是选择利使用减压阀的重要特性。 ( 1 2 ) 减压阀的选瑚 6 贵州大学硕士学位论文 根据使用要求选定减压阀的类型和调只三精度，再根据所需最大输出流量选择其通径。决 定阀的气源压力时，应使其人于最高输出压力o 1m p a 。减压阀一般安裟在分水滤气器之 后，油雾器或定值器之前；注意不要将进、出接反；阀不用时应把旋钮放松，以免膜片经常 受压变形而影响其性能。 ( 2 )流量控制阀的选择 流量控制阀通过控制气体流量来控制气动执行元件的运动速度。而气体流量的控制是通 过改变流量控制阀的流量面积来实现。常用的流量控制阀有节流阀、单向节流阀、排气节流 阀和柔性谛流f f j i 。本设计选用的是。占流阀。气流径口输入，通过节流口的节流作用后经节流 口输出。节流口的流通面积与阀芯位移量之间有一定的函数关系，这个函数关系与阀芯节流 部分的形状有关。常用的有针闽型、三角沟槽型和圆柱斜切型等。 应用气动流量控制阀对气动执行元件进行调节，比用液体流量控制阀调速要困难，因气 体具有压缩性。所以用气动流量控制阀调遽应注意，以防产生爬行：管道不能有漏气现象； 气缸、活塞间的润滑状态要好；流量控制阀应尽量安装在气缸附近；尽可能采用出口节流调 速方式；外加负载应当稳定。若外载荷变化较大，麻借助液压或机械装置来补偿由于载荷变 动造成的速度变化。 ( 3 ) 方向控制阀的选择 气动方向控制阀是用来控制压缩空气的流动方向和气流通断的。方向控制阀主要有单向 阀、换向阀及压力表开关等。根据板式供料架的t 作情况选择换向阀作为方向控制阀。换向 阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体连接的各油路实现接通、切断、或改变液 流的方向的阀类。对换向阀的基本要求是：液体通过阀时压力损失小；互不相通的油口间的 泄漏小；换向可靠，迅速且平稳无冲击