轮胎定型硫化机设计

轮胎定型硫化机设计

江其敏

(巨轮智能装备股份有限公司515500)

摘要：轮胎定型硫化机主要用于空心轮胎的外胎硫化，轮胎定型硫化机是在普通个体硫化机基础上发展起来的。其最主要特点是用胶囊代替了水胎，在一台机器上完成轮胎毛胚的装胎、定型、硫化、卸胎及外胎在模外充气冷却等工艺。所以，主要讲述了轮胎定型硫化机设计探究。

关键词：轮胎定型；硫化机；设计

一、轮胎定型硫化机概述

轮胎定型硫化机主要用于空心轮胎(汽车胎、工程胎、飞机胎、摩托车胎、力车胎等)的外胎硫化。轮胎定型硫化机是在普通个体硫化机的基础上发展起来的。本次设计的机械手主要适用于普通外胎及子午线结构外胎等充气轮胎定型硫化机装胎。能自动进行装胎、定型、硫化、卸胎及后充气冷却等一系列工艺操作。采用蒸锅式(或热板式)加热，可使用两半膜，也可以使用活络膜，并配备有充气装置，供用户硫化尼龙帘布线轮胎时配套使用。

我国轮胎定型硫化机的发展十分迅速，自1963年开始设计制造B型硫化机至今已有四十年的历史，定型硫化机从无到有取得很大的成绩。国产定型硫化机已基本形成系列。近年来，对于定型硫化机组开展了研制工作，已取得了可喜的发展。

轮胎定型硫化机按不同角度分类:

按胶囊特点可分为:A型定型硫化机的(胶囊向下收藏);B型定型硫化机(胶囊向上收藏);AB型定型硫化机(胶囊成“U”型收藏)。

按加热方式可分为:罐式定型硫化机;夹套式定型硫化机;板式定型硫化机。按传动方式可分为:连杆式定型硫化机;液压式定型硫化机，液压锁环式定型硫化机。

按是否用胶囊可分为:有胶囊定型硫化机;无胶囊定型硫化机。

1.1机械手概述

工业机械手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电--体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程字控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

二、国内外研究现状和趋势

目前，在国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下:

(1)机械结构向模块化、可重构化发展。

(2)工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。

(3)机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机械手还应用了视觉、力觉等传感器。

(4)关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。

(5)焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究;以及离线示教编程和系统动态仿真。

三、设计要求

本次课题为:硫化机装胎装置(机械手)的结构设计，应使其具有以下优点:

(1)抓胎轻便、运行稳定

(2)解决生胎抓取过程中由于胎胚自重而导致胎胚变形

(3)生胎放入硫化机时:中心定位精度高，确保生胎在模具中间

(4)完成生胎放置后，进行下压生胎以确保生胎放置准确并进入模具硫化机参数:

(1)轮胎的规格为:185/60R1482H轿车子午胎(2)硫化机采用的是活络模具。

3.1总体方案选择

3.2.1机械手总体结构类型

工业机械手的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下:

(1)直角坐标机械手结构

直角坐标机械手的空间运动是用三个相互升降的直线运动来实现的，如图2-1.a。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机械手有可能达到很高的位置精度(μm级)。

(2)圆柱坐标机械手结构

圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机械手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。

(3)球坐标机械手结构

球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2-1.c。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不是很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。

(4)关节型机械手结构

关节型机械手的空间运动是由E个回转运动实现的。关节型机械手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大。，

3.3手爪结构方案选择

3.3.1机械手爪的典型结构

(1)楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。(2)滑槽式手爪

当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。

(3)连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧(放松)运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。

(4)齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。

(5)平行杠杆式手爪采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手爪保持平行运动,比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。

3.3.2手爪结构方案确定

考虑的轮胎生胎较软，在抓取时容易因为重力变形，为了防止变形应该采用多个手爪的形式;又由于设计要求装胎时对心精度高，因此各手抓应该同步进行抓取动作。综合这些因素本次采用六滑槽式结构，其滑槽盘与驱动盘结构如下图。

3.4驱动方式的选择

机械手的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的主要特点如下:

(1)液压驱动

由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机器人。但是，液压系统需要进行能量转换(电能转换成液压能)，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄露会对环境产生污染，工作噪音也较高。

(2)气动驱动

具有速度快，系统结构简单，维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机器人中采用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中，如在上、下料和冲压机器人中应用较多。

(3)电动驱动

由于低惯量、大转矩的交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交流变频器、直流脉冲宽度调制器)的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量采用。这类驱动系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需安装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的工作环境中，成本上也较其他两种驱动系统高。但因为这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的使用。

结束语：

总的来说，大体是两个方向:其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先.进的控制算法，复杂的机电控制系统;其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机械手，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

参考文献：

[1]杨顺根:轮胎硫化机的技术进展2016

[2]王元荪;气动轮胎硫化机2017.

[3]江永富,廖晓梅;可编程终端在轮胎硫化机上的应用2017