1.前言

隨著裝備產(chǎn)業(yè)向綠色、節(jié)能、、智能的現(xiàn)代化制造方向轉(zhuǎn)變，研究開發(fā)具有節(jié)能、的生產(chǎn)裝備是每個裝備制造企業(yè)未來應關(guān)注與改變的目標。

輪胎的硫化是輪胎生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序，輪胎硫化機是輪胎生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，可自動完成輪胎生產(chǎn)的裝胎、定型、硫化、卸胎等工藝過程。目前，輪胎硫化機產(chǎn)品在保證硫化過程各功能前提下，結(jié)構(gòu)型式多種多樣，大類可分為機械式和液壓式。機械式由機械運動和水力驅(qū)動方式完成各運動部件的動作，而液壓式則通過液壓傳動實現(xiàn)各運動部件的動作。其中不同之處，在于合模運動過程，機械傳動靠機械方式給硫化過程施加合模力，合模力恒定，各部件運動可靠;而液壓傳動則靠液體加壓施力實現(xiàn)合模力，合模力為小幅動態(tài)平衡，各運動部件重復定位精度高。此兩大類產(chǎn)品各有特色。綜合兩大類產(chǎn)品優(yōu)點特點的新機型——機液混合式硫化機，可以在保證合模力恒定、液壓取代動力水的新型節(jié)能產(chǎn)品。

LLP-B3100×17200輪胎硫化機是一種用于硫化工程胎的機械式硫化機。結(jié)構(gòu)件受力大，所需的動力也大。通過對此產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，將其動力水傳動部分改為液壓傳動控制，并對部分驅(qū)動方式進行創(chuàng)新，實際應用效果在實踐中得到驗證。

2.創(chuàng)新設(shè)計思路與方法

2.1 機械式輪胎硫化機分析

2.1.1 執(zhí)行機構(gòu)部分動力分析

機械式輪胎硫化機整體結(jié)構(gòu)由主傳動裝置、機架、硫化室、中心機構(gòu)、脫模機構(gòu)、卸胎裝置、機械手、活絡(luò)模驅(qū)動裝置、硫化控制管路、各運動部件的動力水驅(qū)動系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等組成。其中動力水驅(qū)動系統(tǒng)用于控制中心機構(gòu)的上下環(huán)動作、脫模機構(gòu)水缸驅(qū)動、機械爪的升降和轉(zhuǎn)進轉(zhuǎn)出、活絡(luò)模水缸的驅(qū)動、卸胎裝置的進出與翻轉(zhuǎn)等，是各執(zhí)行機構(gòu)的動力源。

各執(zhí)行機構(gòu)的動作，占一個硫化工序的比例很少，如在LLP-B3100×17200輪胎硫化機上可硫化25-36"鋼圈直徑的輪胎，硫化一條輪胎約為3-5小時不等，而硫化一條輪胎時，各運動部件的循環(huán)時間僅為14min左右,只占一個硫化周期的6%左右，動力供應所需時間相當少。

為保證輪胎生產(chǎn)的正常進行，各輪胎廠往往都建立了集中的動力水控制泵站，需連續(xù)不斷地為各臺硫化機用戶單位供應動力，這樣勢必造成系統(tǒng)大量的能源消耗而產(chǎn)生不必要的成本浪費。

2.1.2 中心機構(gòu)下環(huán)升降的傳動裝置分析

中心機構(gòu)下環(huán)升降的傳動裝置為杠桿式脫模機構(gòu)，它是通過驅(qū)動水缸的活塞桿推動杠桿，再由杠桿推動中心機構(gòu)。以這種方式作用中心機構(gòu)時，會對中心機構(gòu)產(chǎn)生一個向上的主推力，一個由滾輪與缸座之間的摩擦阻力和偏離中心線而產(chǎn)生產(chǎn)的附加側(cè)向力，從而使中心機構(gòu)缸體產(chǎn)生側(cè)彎力，造成缸壁易磨損和彎曲變形的缺陷。

2.1.3 中心機構(gòu)上環(huán)定型位置控制

中心機構(gòu)上環(huán)是在水力驅(qū)動下升降運動的，其定型位置通過缸體內(nèi)銅套長短來控制。對不同斷面寬度的輪胎，其配的定型銅套長度也不同，給更換不同規(guī)格輪胎的硫化過程帶來不便。同時也增加了配件的數(shù)量，增加了成本。

2.2 機液混合式硫化機的創(chuàng)新設(shè)計

2.2.1 采用液壓系統(tǒng)帶動執(zhí)行機構(gòu)

根據(jù)硫化機各執(zhí)行部件的動作要求，我們設(shè)計了一套獨立的液壓控制系統(tǒng)，見圖1示。

圖1 機液混合式硫化機執(zhí)行部件液壓系統(tǒng)原理圖

該液壓控制系統(tǒng)完全取代了原有的動力水驅(qū)動源，采用中低壓系統(tǒng)，分三個閥塊，一個置于油箱上，另二個安裝于機身前側(cè)，分別控制不同的動作。每個動作由相應的電磁閥控制，執(zhí)行機構(gòu)在靜止狀態(tài)，系統(tǒng)處不工作。當硫化機在開合模過程時，電機工作，系統(tǒng)供油，執(zhí)行相應動作。

系統(tǒng)采用了溢流調(diào)節(jié)回路、平衡回路、快慢速調(diào)節(jié)回路、單向節(jié)流回路等，分別控制卸胎開合、活絡(luò)模驅(qū)動、中心機構(gòu)上下環(huán)升降、機械手轉(zhuǎn)進轉(zhuǎn)出、機械手升降等動作。

2.2.2 改變中心機構(gòu)的傳動方式

由于杠桿式脫模機構(gòu)對中心機構(gòu)缸體帶來諸多不利因素，唯有改變其受力狀態(tài)來解決。有效的辦法，就是使中心機構(gòu)受力方向沿著其中心線方向，不另帶有其他側(cè)向力。按此思路，我們采取了直推式傳動方式，取消杠桿，將脫模缸置于中心機構(gòu)正下方，使中心機構(gòu)受到的作用力方向與中心線方向一致。見圖2機液混合式硫化機簡圖。

2.2.3 采用的位移傳感器控制定型位置隨著電子技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)在高科技時代的必然，也是產(chǎn)品性的一種體現(xiàn)。在該中心機構(gòu)中，我們將內(nèi)置式位移感器安裝在上環(huán)升降油缸活塞桿中心，由此確定上環(huán)定型位置，精度明顯得到提高，調(diào)整控制也十分方便。

1 上環(huán)升降油缸、2 脫模油缸、3 活絡(luò)模驅(qū)動油缸、4 機座、5 連桿、6 機械手、7 硫化室、8 上橫梁

圖2 機液混合式硫化機簡圖

3.應用效果

經(jīng)過上述改進，產(chǎn)品技術(shù)性和可靠性得到提高，節(jié)能降耗成效明顯。

1)由液壓傳動取代動力水傳動，可有效節(jié)約水資源和電力能源。

該產(chǎn)品在一個循環(huán)周期內(nèi)各執(zhí)行部件用水約1.12噸，產(chǎn)生2.5MPa動力水的電能約16kW·.h。而液壓系統(tǒng)一個循環(huán)周期只需使用電量7kW·.h，無需動力水。按生產(chǎn)6條工程胎計算，單臺機液混合式硫化機每天可節(jié)約用水6.72噸，減少電力能耗54kW·.h，直接成本約118元，一年下來可節(jié)約成約4.3萬元。

采用液壓系統(tǒng)后，執(zhí)行機構(gòu)動作時間6~8min,減少了近一半的輔助時間。

同時，該產(chǎn)品對缺水地區(qū)來說經(jīng)濟效益和社會效益更為。

2)中心機構(gòu)部件工作狀態(tài)的穩(wěn)定性提高。

中心機構(gòu)部件的驅(qū)動裝置采用上下直推式結(jié)構(gòu)，取消了杠桿式脫模裝置產(chǎn)生的側(cè)向作用力，了中心機構(gòu)缸體的受力狀況，使用壽命大幅提高。同時提高了輪胎在模具內(nèi)的定中性，定位精度穩(wěn)定可靠。

中心機構(gòu)上環(huán)升降油缸設(shè)計在底座下部，活塞桿上方通過連接桿與上環(huán)相連，使油缸遠離硫化過程產(chǎn)生的熱輻射，可大大提高其使用壽命，并可方便安裝維護。

3)該產(chǎn)品采用MTS內(nèi)置式位移感器，可方便取得上環(huán)運動位置尺寸，通過PLC設(shè)定其不同工位標尺，實現(xiàn)上環(huán)定型尺寸的控制。該裝置定位糖度高，控制可靠，提高了產(chǎn)品技術(shù)水平。

4)采用液壓系統(tǒng)控制方式，可以方便實現(xiàn)各執(zhí)行部件動作在任意位置停止和活塞桿運動速度的調(diào)節(jié)。

4.結(jié)語

機液混合式輪胎硫化機作為一種新技術(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)，減少了設(shè)備使用企業(yè)的水資源消耗和動力消耗，且設(shè)備控制更、穩(wěn)定性和可靠性更高。它既對輪胎制造業(yè)的節(jié)能達標起著積極的推動作用，又為輪胎硫化生產(chǎn)提供了一個新的可選項，有利于輪胎制造企業(yè)的發(fā)展需求。