钢丝圈缠绕生产线的升级优化

2021-06-16武博刘晶高灿

橡塑技术与装备 2021年11期

武博，刘晶，高灿

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州 310000)

在当今社会迅速发展的今天，汽车行业的迅速发展带动了轮胎工业前所未有的迅猛发展。轮胎已成为道路交通工具中不可缺少的一部分，其工艺质量直接影响到交通安全，必须经过不断创新来优化成为最先进的钢丝圈设备。我公司采用江阴勤力生产的多工位制造机和单工位制造机，原料使用1.55、1.65和2.0的镀铜钢丝，通过一系列的操作程序从导开到机头缠绕部分，再通过不同形状的缠绕盘和控制系统，将成卷钢丝缠绕成正、扁不同型号规格的钢丝圈，使其成为轮胎部件中的一部分。本设备改造优化从设备的导开到机头缠绕的顺序进行优化，通过原设计和改造后的文字说明和图纸进行设计对比阐述，进厂新设备存在以下问题：

（1）设备导开部分工装筒固定不牢固，有脱离导开固定装置的安全隐患。卸料困难，传动轴承单边固定，长时间摩擦力磨损快，存在刹车失灵隐患钢丝散丝、缠绕排列不紧密，影响工艺效果、耽误生产时间。

（2）预热系统不起作用。由于我公司设备的缠绕速度最高可达180 r/min，预热系统低于10 m/min时自动跳停，线速度超过110 m/min又自动启动，来回启动的过程中能源损耗大，对水质的要求又比较高，其环境因素和加热感应圈无接触预热对钢丝温度起不到作用。

（3）覆胶挤出机需时刻关注上料问题，中间折断或上料不足会引起露丝现象，造成钢丝圈漏铜的工艺瑕疵，挤出机出来的多余胶料需专用的箱子接取，接满后要消耗时间和人力处理，作为下一次使用的返回胶。

（4）储存轮数量过多，磨损快造成维修成本高，散丝后生产人员重新绕丝时间长，还需两人交替配合，工序复杂。

（5）由于编码器位置在储存轮架内侧，联动线遇到紧急制动时编码器位置不合适，反应迟钝，上下储存装置容易撞击，造成备件损坏。内部空间小，维修困难，调试不便。

（6）紧急停车时，张力控制部分下牵引装置由于惯性作用和行程短的原因，设备停下来后感应开关断电不能马上停止，导致下牵引与中牵引碰撞，使轮轴弯曲，分线盘损坏。

（7）成型钢丝圈接取装置上的拨叉塑料太硬，容易夹坏成型钢丝圈。

针对以上现有的问题点，我们对缠绕钢丝圈生产线进行了长时间和全方位的改造优化，以提高设备的使用效率和工艺质量。

1 钢丝圈缠绕生产线的优化改造

1.1 钢丝圈导开装置的优化设计

原导开锁紧装置采用的是圆弧锁紧的方法固定，先将传动装置固定在成卷钢丝筒上，再将其固定在锁紧装置上，进而达到钢丝的导开。其工序繁琐，锁紧备件装置结构复杂，组成部件达10个之多，材料用到金属和耐磨橡胶等材料，维修困难，易磨损，其结构对传动装置的固定不够牢固，锁紧装置和传动装置用轴承传动,轴承轴向是单边固定，直接采用套管隔离，因套管无固定，钢丝重量大，轴承和锁紧装置使用一月左右就会使其磨损晃动，如果继续使用会导致工作时工装筒倾斜或逃出，存在极大的安全隐患。锁紧装置的下半部分倾斜角度大，需双侧锁紧装置同时锁紧，这种情况上料时必须用桥式起重机吊装固定，下料时要用撬棍撬出来，费时费力。锁紧装置如图1所示。

图1 锁紧装置

现通过重新优化导开部分的传动方式，由套筒改为抱箍锁紧连接。重新设计锁紧装置，改变以上问题点，将原来的固定座内部结构有斜面型改为圆弧形凹槽固定座，使传动装置的轴承刚好在凹槽内。轴承轴向无串动，上盖板由弹性锁紧改为M8的内六角螺丝锁紧固定，无需用力紧固，少许连接即可，备件使用时间由原来的1个月更换备件延长至半年以上。整个部件只有7个组成部分，整个组件的更换由原来的3颗M10的螺丝改为两颗M12的螺丝和平面台阶固定，材料只需普通碳素结构钢，其结构简单、美观大方。如图2所示。

1.2 钢丝圈缠绕机预热装置的优化

钢丝圈预热装置采用的是高频感应的迅速加热方式，功率可达到4~36 kW的可调加热装置，加热温度可达到90 ℃，本部位对水质的要求也特别严格，冷却水要采用软化水或纯净水，加上车间的环境温度影响，一旦设备短时间停机容易把钢丝烧坏，需要重新裁切钢丝并焊接，严重浪费原材料和生产时间。通过与工艺技术和能源管理技术的研究发现，为了不影响工艺质量，可以直接通过挤出机上的三组功率为6 kW的温控单元将工艺温度设置（螺杆温度40 ℃，机身温度45 ℃，机头温度为55 ℃的胶料递增温度）进行覆胶，优化关闭预热装置，这样每台设备每天就可以节约电耗约500 kW,每年每台设备直接节约费用约18万元，其工艺效果并未受到影响，大大减少了能源的浪费。

图2 优化后的锁紧装置

1.3 挤出机的优化设计

挤出机由机架、螺杆、机身、机头、减速箱、电机等组成，挤出机的功率为11 kW/8P的交流变频电机带动螺杆转动，转速为7.5~37.5 r/min，出胶量达100 ks/h ,这么大的出胶量不得不关注送料的情况。因胶料是由喂料座直接进入螺杆，胶料带放置到机身下方，需要同时使用两个托料箱（机头处还要放置多余胶料接取箱），断料感应器在喂料座口，一旦缺料报警器报警时再去喂料已经来不及，往往就会出现露丝，造成工艺瑕疵和钢丝的浪费，挤出后的胶料冷却后就只能当杂胶处理，对原材料也是一种浪费。

为了解决以上问题点，特别设计了挤出胶重复利用和生料带感应器加长输送装置。整个装置由检测装置、辊筒和输送架构成。挤出后多余的胶料完全冷却后，可以直接回收重复利用，检测装置装到机头部分，即使胶料断开，上面还有一段约1 m左右的的带有温度的胶料仍在等待输送到挤出机，喂料带和多余料回收利用双重使用保障了喂料不均的情况，重复利用的胶料的余温又节约了电机功率，这样不但节约了胶料而且还节约了一个胶料箱，生胶料和重复利用料双作用使用装置实物图如图3所示。

图3 胶料双作用使用装置

1.4 缠绕机储存部位的优化

1.4.1 储存轮的优化

现有的储存装置每个工位分上、下两组滑轮，上组滑轮有26个，下组滑轮25个，可最大储存钢丝120 m。钢丝由上滑轮的第一个输出轮槽对应下滑轮组的第一个输入轮槽，再由下滑轮组的第一个输出轮槽到上滑轮组的第二个输入轮槽，如此重复缠绕，散丝后绕丝动作复杂，还需两个员工配合上下绕丝，每次消耗1个多小时的生产时间。上储存轮结构如图4所示。

图4 上储存轮结果图

通过对储存盘结构的分析，将储存轮减数安装，原来的储存盘部位每隔一个储存盘更换为内径Φ35、和储存盘单个宽度相同的垫圈。上盘数目减为14个，下盘减少为13个，每个工位可减少24个储存盘。现有的最大生产线速度对钢丝没有丝毫影响，而且由于储存轮的简化，重新绕丝间隙大，容易分辨，绕丝一半，只需一人30 min内就能解决，降低了维修更换备件的费用，优化后的结构如图5所示。

1.4.2 编码器位置的优化

原编码器位置在冷却鼓旁，空间小，照明不良给维修和调试造成困扰，停机时反映速度不够灵敏，容易散丝。现将编码器位置和安装方式进行优化改进。通过现场观察和距离测量，对牵引底轴进行加长安装同步轮设计，原来的长度940 mm改造为975 mm的长度，加长部分设计在储存架外侧，通过计算线速度平均值，在轴端安装ATP44MXL025-B-N12同步轮，用同步带带动编码器感应，当下滑轮组上升和下降，由链条带动下牵引底轴旋转时，同步带带动编码器转动，由下滑轮组的直线位移转变为编码器的角位移，通过周期性的电信号转化为计数脉冲，从而对滑轮组上升的位置进行控制。未安装防护装置的结构图如图6所示。

图5 优化后的上储存轮结构图

图6 未安装防护装置时的结构图

1.5 低张力牵引的优化

原设备依靠光电开关不能完全解决低张力下牵引惯性冲顶造成设备损坏的问题，特在感应开关上方安装防超越离合机构，如图7所示。此装置结构简单，安装方便，由两颗螺丝固定在地面上，通过现场实测，顶端横挡杆安装在距低张力牵引基面25公分的高度位置（图8），当下摆臂到顶后突然停机，会与防超越机构上挡杆直接碰撞，此时下低张力牵引轮机械刹车停止，无惯性上升距离以防止牵引轮撞坏和牵引轴弯曲变形。

1.6 接取装置的优化

接取装置的钢丝圈夹紧装置使用的是硬质塑料，当成型钢丝圈被夹紧时容易使钢丝圈上的覆胶脱落,钢丝圈变形，夹取过松又达不到脱卸的功能，每次换规格很难把握夹取装置松紧的位置，此问题严重影响工艺效果和操作难度。为解决以上问题，经过工艺性能分析将硬质塑料改装为ASGC50-500氯丁橡胶海绵，其具有质轻、柔软、有弹性和成本低的性能，无需硬质塑料做沟槽加工，买来通过截取尺寸可直接使用，用于此作业环境非常合适，有效的解决了钢丝圈损坏和夹取位置不好调节的现象。如图9所示。