200 t四立柱轮胎硫化机装模机械手的研制

徐东海

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265406）

1 目前四立柱轮胎硫化机存在的问题

四立柱硫化机是一种传统的柱式机构、以液压为动力的硫化设备，由于其具有结构紧凑并实现多层硫化的功能，因此在橡胶行业应用很广。普通四立柱硫化机主要有：四立柱平板硫化机、四立柱垫带硫化机、四立柱胶囊硫化机、四立柱轮胎硫化机等。其中四立柱平板硫化机在橡胶行业应用最广、发展也最快，目前有些平板硫化机已实现PLC自动控制，还有的采用机械手装卸模。但用于外胎生产的四立柱轮胎硫化机却截然不同，由于存在水胎硫化能耗高的制约，其发展前景受限，已被当今自动定型液压硫化机所取代，因此对其进行的研究越来越少。

虽然四立柱轮胎硫化机有自动化程度低、能耗高的缺点，但由于其具有占地面积小、多模硫化产量大等优点，仍有部分老的轮胎生产线还在继续使用。从操作的角度讲，四立柱轮胎硫化机的最大缺点是没有机械手，完全靠人工装卸模，从而导致硫化工劳动强度大，尤其是200 t四立柱硫化机在生产508 mm（20英寸）以上的大规格轮胎时，这一缺点显得尤为突出。由于有的胎坯加上水胎质量高达120 kg，硫化时工人要将其抱放到1 m多高的硫化机下模上，每班要硫化很多轮胎，其劳动强度之大可想而知，而且稍有不慎很容易扭伤腰部。为了减轻操作工的劳动强度，研制四立柱硫化机装模机械手成了当务之急。

2 四立柱轮胎硫化机机械手的设计与安装

硫化机机械手是四立柱轮胎硫化机发展为自动定型轮胎硫化机的先进技术产物，是自动定型轮胎硫化机必不可少的部件，担负自动装模和卸胎任务。硫化机机械手的诞生不但大大降低了硫化工劳动强度、提高生产效率，实现硫化机自动化，此外还提高了轮胎硫化质量，消除了手工装模存在的质量隐患。

自动定型轮胎硫化机机械手工作原理是操作者将生胎放在存胎器的生胎位，机械手装置接受PLC抓取生胎的信息后将机械爪降至生胎上方，收缩的机械手卡爪伸入生胎内，机械手卡爪张开并接触到生胎，抓起生胎上升，升至上端位置，然后旋转到硫化点，生胎正好位于模具上方，机械手向下运动，将生胎放置在下模中的下钢圈上，当一次定型蒸汽达到预定的压力值时，机械手卡爪收缩并向上运动，上升至端点然后转出至存胎器的生胎位上方，开始准备下一次动作的循环[1]。

四立柱轮胎硫化机与自动定型硫化机的差别之一就是它没有机械手，因此考虑把自动定型硫化机的机械手安装在四立柱轮胎硫化机上。通过对比发现四立柱轮胎硫化机空间高度很小，放上最大的胎坯后剩下的可用于安装机械手的空间高度只有200 mm左右。如果照搬自动定型硫化机机械手，这个高度显然不够，除非将硫化机的四根立柱加长，但换了立柱后油缸也要跟着换，这相当于购买一台新设备，这种方案肯定行不通。如何改变设备原有结构、利用有限的空间增加机械手成了研究关键。

根据自动定型轮胎硫化机机械手的工作原理和设计理念，利用多年积累的轮胎生产实践和机械设计工作经验，最后确定用3个水平方向呈Y型分布的气缸卧放在胎坯内，通过气缸带动爪片撑胎圈抓胎的设计方案。整个机械手高度只有100 mm多，完全能满足硫化机内空间小的要求，又利用硫化机四根立柱中的一根作为滑道，将抓胎机械手安装到立柱上并增加胎坯升降气缸和转入转出气缸，以上三大主要部件构成一套完整的装模机械手，完成胎坯的自动抓取、上升、转入和卸胎动作，取代人工装模。机械手结构如图1所示。

图1 200 t四立柱硫化机机械手结构示意

图1中3个水平方向呈Y型分布的抓胎气缸（6）均称地安装在六角形抓胎气缸支架（5）上，每个抓胎气缸通过关节轴承（8）与滑块（4）连接起来。滑块上安有爪片（7），方管状的滑块套在方管滑道（3）上。3个方管滑道呈Y型均布焊在抓胎气缸支架上，其中较长的方管滑道还兼做机械手支臂。机械手支臂后端焊有两瓣状的立柱滑座（2），套在四根立柱中前面的一根立柱上，立柱滑座内部镶有铜衬套，机械手可以沿立柱上下滑动。立柱滑座和铜衬套均设计为两瓣式结构，目的是安装方便，安装时不必拆卸立柱即可完成。

以上部件组合起来构成抓胎机械手。其工作原理为：当抓取胎坯时，抓胎气缸杆带动滑块和爪片沿着方管滑道由内往外撑胎坯，伸出后的爪片牢牢卡住胎坯胎圈内侧、撑住胎坯；当需要卸胎时，抓胎气缸带动滑块和爪片回缩，爪片与胎坯内圈脱开、卸胎坯。爪片座设有多排螺栓固定孔，通过选择爪片座与滑块不同的安装位置来调整爪片伸出的长度，以适合不同规格轮胎的胎圈直径要求，改善胎坯抓取效果。

此抓胎机械手又与胎坯升降气缸（10）、胎坯转入转出气缸（12）和支撑托盘（9）及转入转出气缸支座（11）组合，构成一套完整的装模机械手，完成自动装模动作。其中胎坯升降气缸负责将胎坯提起，胎坯转入转出气缸负责将抓起后的胎坯旋入到下模中并准确定位 ，胎坯旋入角度为60°。

由于此抓胎机械手抓胎气缸的独特布置，充分利用胎圈和方管滑道的内部空间，使得整套机械手结构紧凑、外形尺寸小，充分满足了四立柱硫化机模具内上下空间狭小的要求，又利用四根立柱中的一根作为滑道，不改变设备原有结构的情况下增加了装模机械手，既缩短了改造工期，又降低了改造成本。

改造实施步骤如下。

（1）在六棱形抓胎气缸支座上焊接3个呈Y形分布的方管滑道。

（2）安装3个抓胎气缸并通过关节轴承与滑块及爪片相连。

（3）将四立柱硫化机的其中一个立柱抛光后作为机械手上下升降的滑道。将两瓣状立柱导套座套在立柱上与机械手支臂焊接在一起，并安装两瓣状铜制衬套。

（4）安装机械手升降气缸和支撑托盘，并在托盘上面安装2套左右对称布置的轴承支撑。

（5）安装转入转出气缸及其支架。

（6）安装电气控制系统。

操作步骤如下：装模前，硫化工拉来放有待硫化胎坯可360°旋转的专用小车，往胎坯内塞入水胎并插上嘴子杆，把胎坯中心位置与机械手中心位置对正（见图1中机械手旋入前位置），并使嘴子杆角度位置与模具对应位置提前对好。然后，按顺序按下操作盘上的控制按钮，自动完成以下机械手装模动作：机械手下降→爪片张开撑住胎坯→胎坯升起→胎坯转入→爪片合拢、胎坯落模→机械手转出→胎坯位置检查→定型硫化。

3 运行效果

根据多年积累的工作经验，在不改变设备结构和功能的基础上，利用设备有效的安装空间，成功研制了200 t四立柱轮胎硫化机机械手并实施改造，最终解决了生产508 mm以上大规格轮胎装模难问题，大大减轻了硫化工的劳动强度，提高了四立柱轮胎硫化机自动化水平。该项新技术在我公司使用已超过3年，运行效果良好，机械手抓胎牢固、不掉胎，操作方便、省时省力。