四工位鋼絲圈生產(chǎn)線性能提升

盛韶祥，高棟煜，洪潮，阮保林

(杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

鋼絲圈在輪胎中的作用是高強(qiáng)度鋼絲束、維持輪胎和輪輞在同一轉(zhuǎn)動(dòng)面、固定輪胎在輪輞上，對(duì)輪胎的質(zhì)量和安全性起著重要作用。國(guó)內(nèi)外鋼絲圈生產(chǎn)線存在著一些機(jī)構(gòu)上的缺陷。傳統(tǒng)生產(chǎn)線生產(chǎn)出來(lái)的輪胎將無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量和安全性的需求，設(shè)計(jì)更合理、先進(jìn)的生產(chǎn)線將提升公司在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力，有利于控制生產(chǎn)成本等。

1 四工位鋼絲圈生產(chǎn)線介紹

主要由導(dǎo)開(kāi)裝置、擠出機(jī)-敷膠、儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)、預(yù)彎曲機(jī)構(gòu)、鋼絲纏繞機(jī)構(gòu)五大部分組成：

（1）導(dǎo)開(kāi)裝置：四個(gè)導(dǎo)開(kāi)裝置兩兩背靠背安裝，由預(yù)彎曲和鋼絲纏繞機(jī)構(gòu)的牽引力使鋼絲工字輪導(dǎo)開(kāi)，通過(guò)控制摩擦力使工字輪和生產(chǎn)線的速度達(dá)到匹配。導(dǎo)開(kāi)后除塵裝置擦去鋼絲上的雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)預(yù)熱裝置讓鋼絲達(dá)到50-90度，這樣可使后面鋼絲敷膠效果更好。

（2）擠出機(jī)-敷膠：采用Φ65冷喂料擠出機(jī)，機(jī)頭的排絲板先定位鋼絲，排絲板和口型之間形成膠料的高壓腔對(duì)鋼絲進(jìn)行敷膠，口型控制敷膠后鋼絲的直徑，排膠口開(kāi)合程度可控制機(jī)頭內(nèi)壓力大小。

（3）儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)：四組儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)有各自的牽引電機(jī)，互不干涉，鋼絲在18個(gè)定滑輪和18個(gè)動(dòng)滑輪上螺旋纏繞實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)絲效果，機(jī)架上有上下限位開(kāi)關(guān)可控制生產(chǎn)線速度使動(dòng)滑輪不會(huì)沖出極限位。動(dòng)滑輪上有鉛塊配重，使其上下運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并對(duì)鋼絲有一定的拉力防止跳絲。最長(zhǎng)儲(chǔ)絲量可達(dá)25 m。

（4）預(yù)彎曲機(jī)構(gòu)：類(lèi)似于微型的儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)，無(wú)桿氣缸作用在動(dòng)滑輪上用來(lái)調(diào)節(jié)其位置和鋼絲張力。預(yù)彎曲輥用來(lái)調(diào)節(jié)鋼絲的曲度，適用于不同規(guī)格的鋼絲圈。

（5）鋼絲纏繞機(jī)構(gòu)：主要實(shí)現(xiàn)送絲、排絲、主軸鋼絲纏繞、切絲等動(dòng)作，主要工作順序是：主軸上的6塊纏繞盤(pán)擴(kuò)張開(kāi)，送絲機(jī)構(gòu)夾住鋼絲把鋼絲頭部送到纏繞盤(pán)的夾絲器上，夾絲器夾住鋼絲后送絲機(jī)構(gòu)松開(kāi)并退回原位，同時(shí)主軸帶動(dòng)纏繞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，每繞一圈排絲機(jī)構(gòu)會(huì)橫向跳動(dòng)一個(gè)鋼絲距離，當(dāng)一層排好后排絲機(jī)構(gòu)會(huì)向上抬高一個(gè)鋼絲距離再橫向排絲，重復(fù)前面兩個(gè)動(dòng)作直到鋼絲圈纏繞完成，切絲機(jī)構(gòu)切斷鋼絲，纏繞盤(pán)縮小，卸圈器取出鋼絲圈。鋼絲圈生產(chǎn)線布局如圖1所示。

2 鋼絲纏繞生產(chǎn)線工藝規(guī)范

鋼絲圈主要工藝規(guī)范有：①鋼絲圈內(nèi)徑公差±0.5 mm；②鋼絲圈周長(zhǎng)公差±1.6 mm；③接頭允許重疊0～20 mm；④不允許有重疊和漏排的鋼絲；⑤允許橢圓度最大4 mm；⑥鋼絲排列整齊、無(wú)缺膠變形、無(wú)漏鋼絲；⑦鋼絲敷膠前無(wú)鐵銹、無(wú)油污和雜質(zhì)；⑧鋼絲圈重量公差±3%；⑨鋼絲敷膠后直徑公差±0.5 mm；⑩鋼絲抬絲起始到終了長(zhǎng)度≤150 mm；鋼絲圈露銅面積≤2處（單根鋼絲漏銅小于10 mm）。當(dāng)生產(chǎn)的鋼絲圈超出了工藝規(guī)范就屬于次品，需要被報(bào)廢。

3 纏繞機(jī)構(gòu)性能提升設(shè)計(jì)

3.1 纏繞機(jī)構(gòu)的重要性

圖2為鋼絲圈生產(chǎn)線的機(jī)頭纏繞結(jié)構(gòu)，美國(guó)巴特爾、天津賽象、江陰勤力等制造廠家都采用這種結(jié)構(gòu)。纏繞盤(pán)擴(kuò)張大小、6塊盤(pán)的錯(cuò)位現(xiàn)象和第一塊纏繞盤(pán)夾絲口槽形狀會(huì)影響鋼絲圈的內(nèi)徑、周長(zhǎng)、橢圓度、重量、排列整體度和接頭長(zhǎng)度等，排絲機(jī)構(gòu)影響鋼絲圈的排列整齊度。生產(chǎn)工藝規(guī)范中除了第7條，其余10條都與纏繞機(jī)構(gòu)相關(guān)，所以生產(chǎn)線的主要技術(shù)核心就集中于此，這里的生產(chǎn)進(jìn)度得到保證就可以提高鋼絲圈的合格率、減少報(bào)廢品。

3.2 目前纏繞機(jī)構(gòu)的缺陷

3.2.1 排絲結(jié)構(gòu)缺陷

圖2 機(jī)頭纏繞結(jié)構(gòu)

圖3為鋼絲排絲機(jī)構(gòu)，纏繞盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，排絲嘴把從預(yù)彎曲過(guò)來(lái)的鋼絲初步定位，排絲輪再把鋼絲壓在纏繞盤(pán)槽口內(nèi)進(jìn)行精確定位防止抖動(dòng)跳動(dòng)，鋼絲按程序里設(shè)定的排列順序進(jìn)行纏繞。每根鋼絲敷膠厚度為1.7 mm,鋼絲圈由鋼絲纏繞50圈左右形成，因此如果鋼絲定位上有偏差經(jīng)過(guò)累加后鋼絲圈形狀會(huì)發(fā)生很大變化而不符合工藝規(guī)則。根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)缺陷：①四個(gè)排絲輪無(wú)法整體左右調(diào)整位置；②四個(gè)排絲架鎖緊過(guò)緊就是卡死，過(guò)松就無(wú)法保證排絲輪44.4 mm的間距；③每個(gè)排絲架用平面軸承和墊片隔開(kāi)，很容易磨損；排絲輪上的軸承用卡簧固定，排絲輪會(huì)軸向串動(dòng)，排絲輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)晃動(dòng)不能保證44.4 mm的尺寸；④當(dāng)架子有變形和磨損時(shí)只能更換整套裝置，無(wú)法做到調(diào)節(jié)單個(gè)排絲輪。根據(jù)維修統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)線70%以上的故障都集中于此，這個(gè)部位易損件多，排絲輪和排絲嘴每天都需更換。

圖3 排絲機(jī)構(gòu)

3.2.2 纏繞盤(pán)結(jié)構(gòu)缺陷

圖4為纏繞盤(pán)機(jī)構(gòu)，纏繞盤(pán)由帶槽口的鋼塊和鋁座通過(guò)定位銷(xiāo)和螺栓連接而成，纏繞盤(pán)固定在滑塊座上，滑塊座由橫向和縱向滑塊安裝在中心移動(dòng)軸上，移動(dòng)軸的伸縮使纏繞盤(pán)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張和收縮。在這個(gè)裝配過(guò)程中滑塊固定螺紋孔、定位銷(xiāo)孔的位置和鋼塊、鋁座、滑塊座、移動(dòng)軸的加工誤差共同作用下影響這裝配精度，使得6塊纏繞盤(pán)會(huì)相互錯(cuò)位。根據(jù)實(shí)際使用情況巴特爾鋼絲圈生產(chǎn)線錯(cuò)位能達(dá)到1 mm,國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線能達(dá)到2.5 mm，嚴(yán)重影響鋼絲圈排列質(zhì)量。

圖4 纏繞盤(pán)機(jī)構(gòu)

圖5為第一塊纏繞盤(pán)上夾絲口，第一塊纏繞盤(pán)夾絲器夾住鋼絲的起頭部位再拉著鋼絲轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一圈后又到夾絲口位置時(shí)橫向滾珠絲杠會(huì)帶動(dòng)排絲機(jī)構(gòu)移動(dòng)一根鋼絲距離，當(dāng)?shù)谝粚愉摻z排好后再到夾絲口時(shí)，縱向滾珠絲杠會(huì)把排絲機(jī)構(gòu)抬高一根鋼絲距離，以此往復(fù)形成一個(gè)鋼絲圈，鋼絲圈夾絲口處就形成了一個(gè)接頭和一段重疊。夾絲口處不是弧形，而是直線型，這樣會(huì)影響鋼絲圈的周長(zhǎng)、橢圓度和接頭長(zhǎng)度。

圖5 夾絲口結(jié)構(gòu)

3.3 纏繞機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

3.3.1 排絲結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)有的缺陷我們需要設(shè)計(jì)一套能整體調(diào)節(jié)排絲架位置又能單個(gè)調(diào)節(jié)排絲輪位置、消除軸承固定和加工誤差產(chǎn)生的安裝間隙、減少各部件的磨損。如圖6是新設(shè)計(jì)的排絲機(jī)構(gòu)爆炸圖，這種設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用鎖緊式安裝軸設(shè)計(jì)，可以把四個(gè)擺動(dòng)架鎖緊以后整體移動(dòng)位置；②擺動(dòng)架安裝采用一對(duì)角接觸軸承背靠背安裝，鎖緊以后不會(huì)出現(xiàn)卡死或者鎖緊過(guò)松，同時(shí)可以消除軸承的內(nèi)外圈的間隙和各部件加工誤差產(chǎn)生的間隙，排絲輪間距44.4 mm能更有保證。③排絲輪也采用角接觸軸承再加蝶形彈簧安裝，螺栓擰緊后蝶形彈簧的彈性可以排絲輪一個(gè)預(yù)緊力，可以消除間隙防止軸向竄動(dòng)。蝶形彈簧的變形量可以用來(lái)微調(diào)排絲輪軸向位置，當(dāng)某個(gè)排絲輪間距發(fā)生變化時(shí)就可以通過(guò)螺栓調(diào)整位置，而不需要整體更換備件，也可通過(guò)增加蝶形彈簧數(shù)量來(lái)達(dá)到更大的調(diào)節(jié)量和預(yù)緊力。

圖6 排絲機(jī)構(gòu)爆炸圖

3.3.2 纏繞盤(pán)機(jī)構(gòu)改進(jìn)

纏繞盤(pán)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)部件組成的裝配體，每個(gè)部件都存在加工誤差，比如纏繞盤(pán)就有10多種不同的規(guī)格進(jìn)行切換，報(bào)廢的纏繞盤(pán)和新購(gòu)的尺寸偏差都不一樣，所以通過(guò)提高各部件的加工精度來(lái)消除纏繞盤(pán)錯(cuò)位現(xiàn)象幾乎很難實(shí)現(xiàn)。本論文設(shè)計(jì)的方案能很方便解決纏繞盤(pán)錯(cuò)位，而且生產(chǎn)精度很高。如圖7在纏繞機(jī)構(gòu)上增加一塊環(huán)形纏繞盤(pán)位置糾正板，要求新買(mǎi)的纏繞盤(pán)都是半成品（先不加工定位銷(xiāo)），把纏繞盤(pán)靠在糾正板上保證在一個(gè)平面內(nèi)，這時(shí)再鎖緊纏繞盤(pán)的鋁座和鋼塊的連接，這樣就防止了各部件加工誤差引起的纏繞盤(pán)錯(cuò)位，再拆下纏繞盤(pán)返廠加工定位銷(xiāo)（期間要防止鋁座和帶槽口鋼塊間移動(dòng)），這樣的加工順序能使6塊纏繞盤(pán)平面度很高，有效消除錯(cuò)位現(xiàn)象。

圖7 纏繞盤(pán)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖8所示，纏繞盤(pán)夾絲口處設(shè)計(jì)為圓弧形，可保證鋼絲圈的周長(zhǎng)和生產(chǎn)工藝尺寸保持一致；鋼絲纏繞的起頭處在夾絲齒內(nèi)和排列的弧面有落差，設(shè)計(jì)預(yù)抬高可以抵消落差引起的間隙使排列效果更加好。

圖8 纏繞盤(pán)夾絲口

4 導(dǎo)開(kāi)機(jī)構(gòu)性能提升設(shè)計(jì)

4.1 導(dǎo)開(kāi)工字輪結(jié)構(gòu)缺陷

四工位鋼絲圈生產(chǎn)線為被動(dòng)導(dǎo)開(kāi)方式，通過(guò)摩擦制動(dòng)方式控制導(dǎo)開(kāi)速度，圖9為工字輪裝配圖，生產(chǎn)時(shí)鋼絲裝在工字輪兩側(cè)板的中間，需要經(jīng)常拆卸工字輪來(lái)更換鋼絲。工字輪重約100 kg，鋼絲重約250 kg，根據(jù)力的傳遞原理此結(jié)構(gòu)在制動(dòng)時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的扭矩力，造成各部件加劇磨損和疲勞斷裂，采用Φ32的轉(zhuǎn)動(dòng)軸直徑也偏小，容易斷。下圖是工字輪各部件現(xiàn)場(chǎng)磨損情況。

圖9 工字輪裝配圖

4.2 導(dǎo)開(kāi)工字輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)

以減輕重量、減少磨損、方便員工操作為改進(jìn)方向設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)工字輪，圖10為改進(jìn)后工字輪。中心軸采用方軸可提供比原來(lái)圓軸更高的強(qiáng)度；剎車(chē)輪上的制動(dòng)力可以通過(guò)方軸直接傳遞到工字輪上，取消剎車(chē)輪上的銷(xiāo)軸，簡(jiǎn)化了剎車(chē)輪結(jié)構(gòu)，消除易損件；右側(cè)板和中間桶是焊接成一體，可以減少多個(gè)部件，減輕重量方便操作；左側(cè)板通過(guò)螺栓固定在中間桶上，不受鋼絲的重力。改進(jìn)后的工字輪運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，故障很少。表1為使用數(shù)據(jù)。

表1 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線的性能提升，可以大幅減少鋼絲圈的直接報(bào)廢，同時(shí)尺寸、排列、接頭等得到改善可以提升鋼絲圈質(zhì)量。

圖10 新結(jié)構(gòu)工字輪

生產(chǎn)線設(shè)備的性能提升將是輪胎企業(yè)的重點(diǎn)工作，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)在行業(yè)的整合中處于有利地位。