半钢子午线轮胎工程中的工装设计

1、作者简介:李静萍(1963-,女,北京人,北京橡胶工业研究设计院高级工程师,学士,主要从事期刊编辑工作。半钢子午线轮胎工程中的工装设计李静萍1,李承民2(1.北京橡胶工业研究设计院,北京 100143;2.广州市华南橡胶轮胎有限公司,广东广州 510940摘要:介绍广州丰力橡胶轮胎有限公司新建500万套半钢子午线轮胎工厂工装设计,对成型、压延和裁断用工字轮进行料卷长度和每卷可生产轮胎数量进行计算,并对纤维帘布、钢丝帘布和成型返回胶损耗进行估算。针对实际使用中出现的胎面入卷过渡变形较大、部分胎侧卷取达到定长前倾倒、窄冠带搬运过程局部挤压粘连和2#带束层卷取超过150m 时出现局部打褶报废的问题进

2、行了改进,改进后取得了满意的效果。 关键词:半钢子午线轮胎;工装设计;工字轮;定长;材料消耗中图分类号:T Q330.8;T Q330.4+6 文献标识码:B 文章编号:1006-8171(200910-0628-04随着新兴经济体国家和发达国家汽车保有量的急剧增加,私人轿车已经成为普通的代步工具和旅游的载体,作为轿车配件,半钢子午线轮胎的市场看好,轮胎企业都在投入巨资发展半钢子午线轮胎生产线,现以广州丰力橡胶轮胎有限公司年产500万套半钢子午线轮胎项目从工程筹建到达标达产的全过程为例,分析工装设计对生产、消耗的影响,并在此基础上经过科学设计、细致计算形成一套操作性完善的半钢子午线轮胎生产工装

3、配置体系。世界经济发展到今天,以廉价的人力资源、高能耗、过多土地资源消耗生产产品的企业已经逐步淡出中国加工业,每平方千米工业用地产值已经从过去的几千万元发展到现在的数十亿、上百亿元,采用科学的存储、运输、生产方式可以缩减物流存放面积,从而在单位面积的土地上创造出更高的产值。新建设的广州丰力橡胶轮胎有限公司是年产500万套半钢子午线轮胎生产工厂,从原料仓库到成品库,经过的距离约为500m,从部件生产线到成型机距离约为150m,500万套半钢子午线轮胎的平均半成品运量约为160t d -1,必然需要一个有效的物流系统实现上述部件的生产流程。从轮胎生产的角度考虑,设备合理选型是必要的,设备功能可以有

4、效地保证制品在制造时的品质和精度;工装是不可缺少的,工装作用是存储和运输半成品供下道工序使用,工装设计的科学和合理性,不仅可以保证物流通畅、减少生产辅助时间、提升效率、减少操作人员的劳动强度,而且方便过程半成品存量统计,便于生产管理、降低生产过程损耗、保持半成品精度、减少返回件,保证最终成品的品质稳定。综观半钢子午线轮胎的整个生产流程,成型工序无疑是物流的核心,工字轮的周转方式具有占地面积小、搬运方便,既可以人工推运又可以采用机械搬运,存储过程部件变形小等优点被广泛采用。1 成型机工字轮设计分析原有430万套半钢子午线轮胎生产工厂的成型工装配置,由于工字轮料卷过小,每卷生产的轮胎数量小,不仅因

5、换料频繁影响生产效率,增加辅助工作岗位数量,而且料头和料尾产生的废料和返回料一直居高不下。例如:胎侧工字轮外直径为800mm ,内直径为300m m,料卷长度只有约50m,仅能生产40条轮胎;胎面工字轮外直径为1000mm ,内直径为300mm ,料卷长度只有约50m,只能生产25条轮胎。因此,为提高生产效率,降低损耗,大卷化成为必然。新工厂设计在考虑成型机的空间结构、搬运条件和储存条件基础上,尽可能选择大尺寸工字轮,以减少生产中更换料卷的次数。1.1 成型机生产能力新工厂成型机组全部采用全自动成型机组,各部件的裁断和贴合均可以自动完成,并配有BST 纠偏系统以保证成型精度。设计班产能力为:单

6、层胎体轮胎 240300条,双层胎体轮胎 180240条。以此数据为基础,计算成型机工字轮存料能力。1.2 工字轮尺寸工字轮结构如图1所示。根据成熟经验,考虑提高生产效率和降低胶料的返回率,采用储存部件量尽可能大的工字轮,同时兼顾成型机整体设计尺寸,初步确定成型机工字轮尺寸如表1所示。 图1 工字轮结构表1 成型机工字轮尺寸mm部件名称D d 胎面1400500胎侧1400500窄冠带1300宽冠带层1000320带束层1000320胎体1000300内衬层1000300注:1窄冠带在卷轴上卷取。1.3 工字轮存料能力(未注单位为mm(1胎面工字轮胎面厚度为12.5,垫布厚度为0.5,工字轮卷

7、取直径为1300,卷取层数约为31层,卷取长度约为87m,胎面平均长度为2100,则每卷可生产轮胎41条。(2胎侧工字轮胎侧最厚处为7.0,垫布厚度为0.5,工字轮卷取直径为1300,卷取层数约为53层,卷取长度约为149m,则每2卷胎侧生产轮胎条数可参考表2。表2 每2卷胎侧可生产轮胎条数轮胎名义轮辋直径/mm 二次法胎侧长度/mm 生产轮胎/条一次法胎侧长度/mm生产轮胎/条167588152597注:括号中的数据单位为英寸。(3窄冠带窄冠带卷轴卷取厚度无隔离膜时一般小于50,过厚很容易粘连报废,以宽度为15、厚度为0.8、卷取宽度为390计算,直径为200的卷轴,卷取直径为300时的窄冠

8、带长度为1276m,每卷约可生产轮胎25条。因此需经常换卷,考虑成型工位空间的前提下,可加大卷轴直径到300,以增加卷取长度。直径为300的卷轴,卷取直径为400时的窄冠带长度为1786m,每卷约可生产轮胎35条,生产时可以缩短存放时间。若4h 内用完,则卷取直径可以增大450,相应卷取长度为2871m,每卷约可生产轮胎57条。(4宽冠带工字轮冠带层厚度为0.8,垫布厚度为0.5,工字轮卷取直径为950,卷取层数为242层,卷取长度约为480m,每条轮胎使用2层,每层平均长度为2100,则每卷宽冠带层可生产轮胎114条。(5带束层工字轮1#带束层:带束层厚度为1.2(不贴胶片,垫布厚度为0.5

9、,工字轮卷取直径为950,卷取层数为185层,卷取长度约为369m ,平均每条轮胎使用长度为2000,则每卷1#带束层可生产轮胎184条。2#带束层:带束层厚度为1.2(U 型包边,胶片厚度为0.5,垫布厚度为0.5,工字轮卷取直径为950,卷取层数为116层,卷取长度约为232m,平均每条轮胎使用长度为2000,则每卷2#带束层可生产轮胎115条。每种带束层每条轮胎各1层,1#和2#带束层的卷数比约为2 3。(6胎体工字轮胎体层厚度为1.3,垫布厚度为0.5,工字轮卷取直径为950,卷取层数为180层,卷取长度约为353m,每卷胎体生产轮胎条数可参考表3。表3 每卷胎体可生产轮胎条数轮胎名义

10、轮辋直径/mm二次法胎侧长度/m m生产轮胎/条一次法胎侧长度/mm生产轮胎/条注:同表2。(7内衬层工字轮内衬层厚度为1.9,垫布厚度为0.5,工字轮卷取直径为950,卷取层数为135层,卷取长度约为264m,则每卷内衬层生产轮胎条数可参考表4。表4 每卷内衬层可生产轮胎条数轮胎名义轮辋直径/mm二次法胎侧长度/m m生产轮胎/条一次法胎侧长度/mm生产轮胎/条注:同表2。胎体和内衬层工字轮尺寸统一后,可便于调配。成型班产以240条计算,每班只需换胎面料卷6次,胎侧料卷23次,带束层每层更换料卷约2次,胎体料卷基本不用更换,内衬层料卷更换2次,窄冠带料卷更换4次,更换频次合理,达到生产要求。

11、2 钢丝和纤维帘布压延工装和卷长(1纤维帘布纤维帘布卷轴直径为160,帘布厚度为1.3,垫布厚度为0.5,标准定长设定为每卷1080m,故选择其公约数(6,3,2为压延帘布卷长。料卷长为180m时可求得料卷直径为662,料卷长为360m时可求得料卷直径为922,料卷长为540m时可求得料卷直径为1124,设备允许纤维帘布最大卷直径为1200,因此生产中可选用卷取长度180,360和540m的纤维帘布料卷(由产量定,设备均能满足要求。(2钢丝帘布钢丝帘布卷轴直径为400,设备要求最大卷取直径小于1200,因此按最大为1100设计,此时最大料卷质量为2000kg。塑料垫布(隔离膜宽度为1100,钢

12、丝帘布宽度为1000,使用单层垫布,厚度为0.1。压延厚度为1.2,卷取长度为500m时,可求得料卷直径为994,此时料卷质量约为1420kg。压延厚度为1.35,卷取长度为500m时,可求得料卷直径为1041,料卷质量约为1820kg。压延厚度为1.97,卷取长度为300m时,可求得料卷直径为975,料卷质量约为1762kg。3种料卷总质量均不超过设备能力,均符合设计要求。3 废料损耗和返回胶评估(1钢丝帘布裁断损耗在通常条件下,钢丝帘布的裁断损耗只发生在料卷的头部和尾部,产生原因是由于0 带束层钢丝帘布经过裁断加工成6075 带束层时角度变化产生边角料,为保护裁刀精度,使其不固定使用局部刀

13、刃,同时提高生产效率,通常此部分的斜边长度大于整幅斜边长度之半(余料部分可以手工改裁利用,因此加大料卷长度无疑可有效降低损耗,每卷损耗量根据裁断宽度和帘布宽度可以进行估算。若帘布宽度为1000,裁断宽度平均为200,裁断角度为67 ,则每卷损耗量约为0.16%,再加上部分操作损耗,总的钢丝帘布损耗率应该小于0.2%。(2纤维帘布裁断损耗在通常条件下,纤维帘布的裁断损耗也只发生在料卷的头部和尾部,产生原因是由于压延操作中裁断精度和入卷时的布面质量较差所致,理论上可以避免或部分避免尾料宽度不足带来的废料(此部分可以降级改裁为宽度最小的部件,因此加大料卷的长度可有效降低损耗,每卷的损耗量预计不大于0

14、.5m,因此可估算损耗率为0.1%。(3成型返回胶返回率以1条轮胎使用长度计算,不同部件的返回率为:胎面 2.5%,胎侧 0.8%1.2%,内衬层 0.4%0.6%。实际生产中的返回率会高于计算值,主要原因可能是由于部件质量缺陷、定长裁断精度或卷取缺陷导致。(4其它操作损耗通过以上计算可以得出损耗的理论值,但实际损耗率远高于理论值,产生原因主要为设备、操作、材料、搬运、部件停放时间过长等,这些原因也是降耗工作的着手点。4 应用效果及改进实际使用中,由于料卷产生的损耗降低,再加上换料频次减少,降低了操作损耗和返回率,废料的综合损耗率得到稳步下降,从老厂的1.0%逐步降低至0.55%,TU O(均

15、匀性和动平衡指标优级率分别达到90%和95%以上,这些数据充分说明总的设计效果达到预计要求。但也存在一些问题,如胎面入卷(成型卷尾的23条胎面由于厚度过渡问题变形较大;部分胎侧卷取时由于胎侧形状影响,达到定长前倾倒,无法达到定长标准;窄冠带在搬运过程中局部挤压粘连,增加报废数量;1#带束层卷取超过150m时,出现局部皱褶造成报废。针对这4个问题制定相应对策如下。(1胎面尾料变形胎面厚度约为10,在入卷(成型的卷尾的23条胎面中,由于里面一层被卷头部压入,没有有效过渡导致变形较大,实际使用中观察最多会影响到34层,从205/55R16S-1063规格轮胎的试验数据看,这几层胎面所生产的轮胎均达不

16、到要求,因此该部分胎面在生产过程中作为返回料处理,使返回率约为10%,提高了质量成本。解决的措施是采用有效过渡卷取,避免胎面卷取变形。胎面采用楔型垫块,较为简单的做法是用胎侧胶制做,方法为:取长度为200300的胎侧返回料2个,用剪刀剪去护胶部分,留下宽度约为100的部分,将2个厚度相同部分对贴在一起,形成一个底边长为10、高为100的三角形楔型垫块,宽度大致等于胎面宽度。将此楔型垫块在胎面卷取时贴在胎面的断头处,即可以解决胎面尾部约4m的胎面变形质量问题。(2胎侧卷取倾倒经过实际卷取证实,胎侧料卷在卷取直径不大于1100(即卷取厚度约为300时,胎侧不会倾倒,但此时未达到工字轮设计卷取能力,

17、因此改进方法是将工字轮内径由500增大到700,以充分利用外直径几何特性,增加卷取长度,同时部件也不会因为卷取厚度过大而倾倒,卷取长度可达到内径为500时设计长度的85%,如果使用海绵垫面则效果更佳。(3窄冠带粘连由于搬运过程中局部挤压粘连,特别是在窄冠带生产线卸料和成型机上料过程中,卷轴没有操作着力点,因此不可避免地接触部件,从而使局部挤压,进而产生过度粘连,甚至粘死、报废。改进的措施是在工字轮轮边采用直径为10 12的钢筋加一圈挡边,此时工字轮挡边可作为上下料卷的着力点,从而保护部件,免受挤压粘连。(42#带束层皱褶造成2#带束层皱褶的主要原因是由于包边后,厚度比中部厚约1mm,多层卷取叠加厚