全自動雙層輸送帶硫化生產(chǎn)線的研發(fā)

劉鵬，薛福光，孫友萍，石永芝，冷于浩

(青島雙星橡塑機(jī)械有限公司，山東 青島 266400)

輸送帶是膠帶輸送機(jī)的主要部件之一，主要應(yīng)用于煤炭、采礦、冶金、化工、建筑和交通等部門的大規(guī)模、連續(xù)化運(yùn)輸。雙層平板硫化機(jī)附帶相應(yīng)的輔機(jī)組成硫化生產(chǎn)線，可同時硫化兩條輸送帶，與單層設(shè)備相比，具有生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于織物芯輸送帶的硫化生產(chǎn)。但目前使用的生產(chǎn)線自動化程度低，很多操作都需要人工完成，并且輸送帶硫化質(zhì)量不穩(wěn)定，輸送帶廠家迫切需要新的機(jī)型解決這些問題。青島雙星橡塑機(jī)械有限公司針對這一需求，自主研發(fā)了DLB-1800×16600×2全自動雙層輸送帶硫化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，并且在生產(chǎn)效率、硫化質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)較現(xiàn)有同類機(jī)型有較大提高。

1 生產(chǎn)線簡介

新生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化生產(chǎn)，除輸送帶帶坯裝入、輸送帶硫化后修邊、成品輸送帶包裝等不可由機(jī)器替代的工作以外，其余都是自動完成的， 2人可操作2條生產(chǎn)線，輸送帶導(dǎo)開和卷取實(shí)現(xiàn)恒速度、恒張力。

1.1 設(shè)備組成

整條生產(chǎn)線長度約93.5 m，左傳動布置；在主機(jī)左側(cè)放置一套移動式墊鐵存儲裝置，用于存放不同規(guī)格的墊鐵。如圖1所示。

1.2 技術(shù)參數(shù)

墊布卷最大直徑 Φ1 000 mm帶坯卷最大直徑 Φ4 800 mm帶坯卷最大重量 25 t前夾持拉伸最大夾持力 720 kN

圖1 全自動雙層輸送帶硫化生產(chǎn)線設(shè)備組成

前夾持拉伸最大拉伸力 576 kN主機(jī)結(jié)構(gòu) 框式油壓上行程，雙層熱板規(guī)格 1 800 mm×16 600 mm×80 mm（上、下熱板）/90 mm（中熱板）熱板間距 300 mm×2層熱板面壓 3.5 MPa液壓系統(tǒng)工作壓力 21.1 MPa熱板升降速度 max.15 mm/s中夾持最大夾持力 720 kN后夾持拉伸最大夾持力 720 kN后夾持拉伸最大拉伸力 576 kN成品卷最大直徑 Φ4 800 mm

成品卷最大重量 25 t

2 各部套結(jié)構(gòu)

2.1 帶坯導(dǎo)開裝置、墊布卷取裝置

如圖2所示為帶坯導(dǎo)開及墊布卷取裝置示意圖。兩套帶坯導(dǎo)開、墊布卷取裝置前后布置，下層帶坯導(dǎo)開裝置的生帶從上層帶坯導(dǎo)開裝置下方穿過，兩套裝置周邊布置有安全護(hù)欄和安全門，當(dāng)安全門被打開時進(jìn)行裝料時，安全PLC將被觸發(fā)，對應(yīng)此路的安全輸出將切斷，導(dǎo)開、墊布卷取電機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。在正常生產(chǎn)過程中是不允許人員進(jìn)入的。

圖2 雙層帶坯導(dǎo)開、墊布卷取裝置示意圖

帶坯的導(dǎo)開、墊布的卷取是一個動態(tài)過程，帶坯卷直徑不斷減小，同時墊布卷直徑不斷增大，理論上要求兩者的速度應(yīng)保持一致，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中使用力矩電機(jī)主動卷墊布、帶坯被動放卷的方式，另外需要與成品帶的卷取速度匹配，全線速度偏差較大并且對張力值不作要求。

因此在新機(jī)型研發(fā)中，為了實(shí)現(xiàn)帶坯放卷、墊布收卷和成品帶收卷的線速度一致和帶子的恒張力，采用了西門子公司的SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)，帶坯導(dǎo)開、墊布卷取和成品帶收卷用伺服電機(jī)主動驅(qū)動，激光測距裝置實(shí)時檢測卷徑大小，根據(jù)卷徑的變化量和電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算出當(dāng)前線速度，使三者的速度保持一致；同時通過對帶坯放卷和成品帶收卷速度差的控制，實(shí)現(xiàn)輸送帶的恒張力，根據(jù)生產(chǎn)輸送帶規(guī)格的不同，張力大小是可以在操作柜觸摸屏上設(shè)置的。

此外，為提高設(shè)備操作的安全性和減少人工操作工作量，帶坯導(dǎo)開裝置的安全卡盤的開啟和關(guān)閉是采用油缸驅(qū)動的方式，通過接近開關(guān)控制油缸動作，自動檢測卡盤處于打開或關(guān)閉的狀態(tài)，并且只有檢測到卡盤開口朝上時油缸才能開啟或關(guān)閉卡盤。兩套導(dǎo)開裝置共用一臺獨(dú)立的液壓站。

2.2 前夾持拉伸裝置、中夾持裝置

前夾持拉伸裝置和中夾持裝置（如圖3所示）固定在主機(jī)的活動平臺兩端，隨活動平臺一起升降。夾持油缸位于夾持板上方，自上向下將輸送帶夾緊。夾持裝置兩側(cè)分別安裝2組油缸，上下各一組，分別連接中夾持板、下夾持板，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立升降動作。

圖3 前夾持拉伸裝置、中夾持裝置示意圖

當(dāng)硫化完成，主機(jī)活動平臺下落，模腔打開后，會出現(xiàn)輸送帶與熱板未分離的現(xiàn)象（粘鍋）。對單層硫化機(jī)來說，在前后各有一組由油缸驅(qū)動升降的托輥，通過推頂輸送帶，將輸送帶與熱板分離（脫鍋），但這種結(jié)構(gòu)在雙層硫化機(jī)上使用效果不佳，通常由人工去處理粘鍋問題，勞動強(qiáng)度大、效率低。

在新機(jī)型里，取消了獨(dú)立的脫鍋裝置，將脫鍋功能與前夾持拉伸、中夾持裝置集成，并且實(shí)現(xiàn)了上、下兩層輸送帶分別向上、向下四個方向獨(dú)立運(yùn)動，解決了雙層輸送帶脫鍋困難的問題。以上層輸送帶向上脫鍋動作為例，當(dāng)需要向上脫鍋時，上夾持板3下降至中夾板4位置，上夾板3和中夾持板4一起在下限位位置夾緊上層輸送帶，然后中夾持板驅(qū)動油缸2主動將中夾板4向上拉起，上夾持板3被動上升，夾持油缸6的無桿腔回油、有桿腔被動依靠負(fù)壓吸油，前夾持拉伸、中夾持同時動作，直至脫鍋完成。這一過程中，夾持油缸6的油路需要通過電磁閥切換，夾持油缸6的無桿腔回油時會經(jīng)過一背壓閥，油路保持一定阻尼用以將上層輸送帶夾緊；夾持油缸6的有桿腔油路經(jīng)氣蝕閥將油從油箱吸入。通過程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)上下兩層輸送帶的上下自動脫鍋。

2.3 雙層輸送帶平板硫化機(jī)（主機(jī)）

圖4、5是雙層平板硫化機(jī)主機(jī)及液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 主機(jī)示意圖

圖5 雙層輸送帶平板硫化機(jī)液壓原理圖

主機(jī)在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做了以下改進(jìn)：

活動平臺和橫梁經(jīng)有限元分析，變形量小且分布合理，采用“井”式焊接結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外的焊接順序，焊后退火處理，精加工后平行度小于0.12 mm，從而保證整機(jī)安裝后兩熱板的平行度達(dá)到0.15 mm，保證制品的硫化質(zhì)量。

液壓系統(tǒng)使用了多個比例閥，例如在合模加壓油路中，通過比例閥控制卸荷：當(dāng)硫化結(jié)束后，比例閥控制卸荷閥緩慢開啟并穩(wěn)定維持一個小的流量，使系統(tǒng)壓力緩慢降低，到達(dá)設(shè)定壓力后再打開充液閥，開始開模動作。這樣就基本消除了之前的機(jī)型在卸荷時出現(xiàn)的液壓沖擊和管路震動，提高了液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

活動平臺的液壓同步和回拉功能集成在一起，取消了獨(dú)立的回拉油缸和油路，僅用4只同步油缸就實(shí)現(xiàn)了之前機(jī)型需要6只油缸（4只同步油缸、2只回拉油缸）才能實(shí)現(xiàn)的功能，管路連接更加簡單。4只同步油缸為雙輸出油缸，上、下腔截面積相等，分別位于活動平臺4個角上，左側(cè)2只油缸的上腔連在一起、右側(cè)2只油缸的下腔連在一起，左側(cè)2只油缸的下腔分別連接右側(cè)2只油缸的上腔，當(dāng)需要回拉時左側(cè)2只油缸的上腔進(jìn)油、右側(cè)2只油缸的下腔回油，剩余交叉相連的2路保持一定的壓力，起同步作用。經(jīng)實(shí)際測量，主機(jī)活動平臺4個角的高度偏差為1.5 mm左右，精度滿足使用要求。

開模裝置包含6只油缸，在平板硫化機(jī)兩側(cè)各3只，當(dāng)活塞桿伸出時，推頂中層熱板兩側(cè)的支座，強(qiáng)制將上、中層熱板之間的上模腔打開，在控制上采用油路壓力檢測和熱板位置的檢測方式對開模動作進(jìn)行判斷，無需操作人員干預(yù)，開模到位后再執(zhí)行脫鍋動作，整個過程完全自動化進(jìn)行。

移動式墊鐵儲存裝置放置在主機(jī)左側(cè)，采用電機(jī)驅(qū)動行走，液壓升降平臺可將存儲在不同高度倉位的墊鐵升至主機(jī)下熱板或中熱板高度，方便墊鐵的更換。當(dāng)需要更換墊鐵時，墊鐵存儲裝置由操作人員控制行走至主機(jī)正后方，打開支腿將機(jī)架支撐牢固后才能啟動液壓升降平臺。上升至需要的高度，人工搭頭，再由動力將墊鐵從主機(jī)內(nèi)抽出并送入存儲倉位。墊鐵裝入過程與以上過程相反。配備了這套裝置，無需再由人工搬運(yùn)墊鐵，極大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了更換墊鐵的效率。

2.4 輸送帶卷取裝置

兩套輸送帶卷取裝置（圖6所示）前后布置，下層卷取裝置的成品帶從上層卷取裝置下方穿過，與帶坯導(dǎo)開、墊布卷取裝置一樣，輸送帶卷取裝置周邊也設(shè)置有護(hù)欄。卷取卡盤的開啟和關(guān)閉也是油缸驅(qū)動，與后夾持拉伸裝置共用一臺液壓站。

圖6 卷取裝置示意圖

卷取動作同帶坯導(dǎo)開裝置，在SIMOTION系統(tǒng)的控制下，與帶坯導(dǎo)開和墊布卷取裝置協(xié)同動作，實(shí)現(xiàn)輸送帶收放卷過程的恒速度、恒張力。

2.5 安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)（如圖7所示）是機(jī)械設(shè)備不可或缺的重要組成部分，由護(hù)欄、區(qū)域掃描裝置、安全光柵、安全地毯、安全拉繩和安全PLC等組成，所有安全裝置的安全狀態(tài)都在主操作臺上以畫面形式顯示。系統(tǒng)包含3套安全回路，分別是帶坯導(dǎo)開和墊布卷取回路、主機(jī)（包含前夾持拉伸、中夾持）回路、后夾持拉伸和卷取回路。如果主機(jī)前后的回路被打斷，則系統(tǒng)報(bào)警并停止動作，但主機(jī)的硫化不會被終止。

圖7 安全系統(tǒng)示意圖

后夾持拉繩位置在硫化過程中也需要操作人員進(jìn)行修邊作業(yè)，因此兩側(cè)設(shè)置安全光柵，操作位置靠近設(shè)備側(cè)設(shè)置區(qū)域掃描裝置。

所有的安全裝置都有復(fù)位按鈕，但只能復(fù)位可見區(qū)域。主操作柜安裝有聲光指示標(biāo)志，用于指示整條生產(chǎn)線的工作狀態(tài)和安全系統(tǒng)的狀態(tài)。

3 新生產(chǎn)線亮點(diǎn)和有益效果

（1）整條生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)全自動生產(chǎn)，生產(chǎn)過程不需要人員干預(yù)。除輸送帶的吊裝、輸送帶硫化后修邊等不可由機(jī)器替代的工作以外，其余都是自動完成的，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)2人操作2條生產(chǎn)線，并極大降低勞動強(qiáng)度。

（2）通過對輸送帶的放卷和收卷速度的控制，首次在輸送帶平板硫化生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)輸送帶恒速度、恒張力，輸送帶帶坯的放卷和輸送帶成品的收卷始終保持恒速度、恒張力，解決了現(xiàn)有設(shè)備前后速度不一致、張力大小不可控的問題，使得硫化完成的輸送帶拉伸力一致性、減小波浪變形上得到很大的提高，輸送帶質(zhì)量穩(wěn)定、波動小。

（3）對液壓系統(tǒng)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)，解決了之前同類設(shè)備存在的問題，如主機(jī)硫化結(jié)束后液壓系統(tǒng)卸荷時存在較大液壓沖擊、液壓同步和回拉功能管路復(fù)雜等不足，提高了硫化機(jī)的可靠性和性能；利用油缸驅(qū)動前夾持拉伸和中夾持裝置夾板的上下動作，實(shí)現(xiàn)對雙層輸送帶硫化結(jié)束開模后的脫鍋功能，提高生產(chǎn)效率并降低勞動強(qiáng)度。

（4）具備完善的安全功能，并獲得CE認(rèn)證。安全系統(tǒng)的配置需要不少的資金投入，用戶的需求不是十分強(qiáng)烈，設(shè)備生產(chǎn)廠家投入研發(fā)的積極性也不高，但安全是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，尤其是很多國外客戶對設(shè)備的安全有著近乎苛刻的要求，因此將安全系統(tǒng)做好是產(chǎn)品走出國門與國外同行競爭必不可少的一步。

4 結(jié)束語

這條全自動雙層輸送帶硫化生產(chǎn)線已經(jīng)交付用戶使用，各項(xiàng)功能可靠穩(wěn)定，滿足了用戶的使用需求。全自動生產(chǎn)、恒速度恒張力功能的實(shí)現(xiàn)，極大提高了當(dāng)前輸送帶硫化設(shè)備技術(shù)含量與性能，新機(jī)型推廣應(yīng)用后，必將提高行業(yè)裝備的整體水平。雖然設(shè)備已經(jīng)投入使用，但是很多地方還需繼續(xù)改進(jìn)，歡迎用戶和同行提出寶貴意見，優(yōu)化產(chǎn)品、共同提高。