插补变径式轮胎压装头

2020-11-25何国鹏王平利汪红郝晓辉

中国设备工程 2020年22期

关键词：压装轮辋装机

何国鹏，王平利，汪红，郝晓辉

（西安航天自动化股份公司，陕西西安 710065）

在汽车整车的装配生产过程中，轮胎装配是非常重要而且必不可少的一个生产环节。自动轮胎压装机就是在自动化生产中实现轮辋与轮胎装配过程的设备。

1 自动轮胎压装机的工作过程

自动轮胎压装机主要由两大部件及辅助装置组成。两大部件即轮辋对中夹紧固定装置和轮胎压装头旋转装置，辅助装置是指在轮辋与轮胎装配过程中，对轮胎支承、压紧等装置。

轮胎压装过程如下。首先，将轮胎斜放在轮辋上，由传输线将轮胎与轮辋的组合体输送到压装机的压装工位；轮辋对中装置工作，使得轮辋的中心与压装头旋转的中心重合，并夹紧固定轮辋；压装头下降到轮辋的高度（轮辋的宽度方向），插在轮胎内圈与轮辋外圈之间；在辅助装置配合下，压装头开始旋转，压装头旋转第一圈将轮胎的下唇套与轮辋上，旋转第二圈将轮胎的上唇套在轮辋上，压装完成；最后，由传输线将压装完成的轮胎输送出压装机。

为了适应不同直径的轮辋、轮胎装配，要求压装机的压装头旋转半径能够根据要装配的轮辋、轮胎尺寸进行变换。

2 压装头旋转半径的变换方法

目前，轮胎压装生产线上自动压装机压装头旋转半径的变换普遍使用以下两种方法。

图1

图2

第一种方法，如图1所示，在旋转体上安装丝杠螺母结构，丝杠由伺服电机驱动，螺母带动压装头做直线运动，达到变换压装头旋转半径的目的。

设备初始定标时，把压装头对准轮辋的中心设定为原点。针对不同尺寸的轮辋，设备工作时，把其半径作为压装头的目标位置，系统自动把压装头调节到位，实现压装头旋转半径的改变。

这种方法的优点是，压装头旋转半径的调节非常精确。缺点是，由于调径伺服电机的安装基座在轮胎压装过程中也要旋转，伺服电机的驱动电源及编码器反馈信号要通过电旋转接头引出到控制系统的驱动器上，一旦电旋转接头中有一根线在旋转过程中接触不良，就会造成电机缺相或者反馈信号不稳定，甚至错误。压装机就不能正常工作，故障率高，且电旋转接头可维修性差，更换的成本也很高。

第二种方法，如图2所示，在旋转体上安装气缸滑块结构，由两个双行程气缸头—头对接，其中一个气缸的尾端固定在旋转体上，另一个气缸的尾端与压装头连接。通过气缸的行程组合，达到变换压装头旋转半径的目的。

变径气缸行程组合表如表1。

表1

这种方法的优点是，成本低，故障率相对较低。尽管气缸在轮胎压装过程中也在旋转，气缸的控制气路通过气旋转接头引出，但与电旋转接头相比，接触要求低，技术成熟，可靠性高。缺点是，气缸组合只能提供七种半径，对于大于七种规格轮胎的压装将无法实现；而且气缸的行程不是轮辋半径差的整数倍，所以有累积误差，不能保证压装过程中，压装头与各种规格的轮辋间隙相同。

3 插补式压装头的变径方法

无论是采用两个双行程气缸组合方式，还是采用伺服电机驱动方式改变压装头的旋转半径，其设计思想均基于传统的结构思维，即在旋转的机构上，再实施旋转半径的调节。因此，变径的控制信号不可避免地要通过旋转接头引出，不管是电信号还是气信号。

随着控制技术的发展，特别是伺服运动控制技术和多轴插补技术及运动同步技术的运用，笔者考虑，完全可以运用上述技术，采用别的方式实现压装头的旋转和旋转半径的调节，而避开旋转接头，在成本增加不大的情况下，提高轮胎压装设备的可靠性和适应性。

图3

如图3所示，将压装头安装在由两个伺服电机驱动的X-Y坐标轴上，而用X-Y坐标轴机构取代原来的旋转机构。在系统初始定标时，将压装头对准轮辋的中心，把此时的X、Y坐标设为原点。在实际轮胎压装时，压装头的初始位置坐标为（R+Δ,0），其中R为轮辋半径，Δ为压装过程中要求的压装头与轮辋的间隙。在压装过程中，控制系统控制X、Y轴的驱动伺服电机以其坐标原点（0,0）为中心，以（R+Δ）为半径做插补园的运动，实现轮胎与轮辋的压装。

由此可见，这种插补式压装头，不但无须原来的旋转机构，也避免了电或气的旋转接头，提高了压装头的工作可靠性和稳定性，而且调径方便、精准，可以适应任何直径的轮辋轮胎压装。

但有一个问题不能忽略，当压装头安装于旋转机构上时，压装轮与轮辋始终是相切关系，起到保护轮辋和轮胎的作用。当压装头安装于X-Y坐标轴机构上时，压装轮不再旋转，并不能保证与轮辋的相切关系。对此，在机构上，增加一台伺服电机驱动压装轮轴，在控制上，使得其旋转角速度与X-Y插补圆的角速度同步。这样，只要系统初始化时使其初始位置与轮辋相切，在运行过程中就一直保持与轮辋相切，起到保护轮辋和轮胎的作用。