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1 前言
当前橡胶机械的发展呈现出一种新的趋势，橡胶生产设备向大型化、联动化、自动化、智能化方向发展，结构上则要求尽量简单，机台尽量减少。挤出机具有连续化生产、结构简单和用途多变的特点，被广泛地应用在橡胶的半成品生产中。挤出设备可以生产出胎冠、胎侧、三角胶、缓冲层，还可以生产出钢丝带束层、钢丝圈和子午线轮胎内衬层等。可以说，目前的挤出设备已能生产出子午线轮胎相当部分的橡胶部件和轮胎骨架。
从单一的挤出发展到各种各样制品的复合挤出，如：胶管的复合、胶片的复合以及胎面的复合。制品通过复合可以使用不同的配方，不但可以节省原材料、降低成本，而且还可使制品获得优良性能，包括耐腐蚀、耐磨或表面美观等。挤出成型不但可以大大地简化生产工艺、提高生产效率，而且在高压的机头压力下其成型质量也显著提高。
挤出机最大的特点是连续化生产，如果没有相配套的联动线，则高效连续化的优势就无法发挥出来。挤出设备的自动化是建立在挤出设备的机械化、联动化基础上的。挤出设备功能的扩展，使每一台挤出设备都成为整个全自动化生产技术系统的一个有机组成部分。随着我国社会经济的不断发展，子午线轮胎在我国的橡胶行业中已成为一个主流产品。目前最重要的是，如何创新地设计出各种各样的挤出设备来满足生产子午胎橡胶部件和各种骨架部件，然后将这些挤出设备有机地组合和配置在一起，并使其成为轮胎成型机有效而高速的供给系统，从而实现全自动挤出体系的供料系统。该系统要求：一是每台挤出设备所挤出的部件应按时、按质、按量输送到特定的位置；二是集合的挤出设备群体，必须相匹配等。如何使这一系统在生产中得到高效、合理的利用，就需要我们在实践中不断地探索与研究，并进而完善它。
最近，我公司为杭州中策橡胶有限公司开发了一套轿车/轻卡子午线轮胎胎侧挤出联动生产线。本文针对这条联动线在现场出现的问题以及安装调试过程中的经验，就胎侧联动线如何在实现预定产量的前提下保证挤出的制品不被拉伸，满足生产工艺要求作一综合论述。
2 胎侧联动生产线的构成
该轿车/轻卡子午线轮胎胎侧二复合挤出联动生产线包含主机和辅线两部分，即XJF-D120×150销钉冷喂料两复合挤出机组和轿车/轻卡子午线轮胎胎侧挤出联动装置，两者均由我公司提供，主要用于实现轿车、轻卡车轮胎胎侧的双复合压出和轻卡车胎的三角胶双复合压出以及胎侧、下垫胶、外护胶及三角胶的单压出。该联动生产线的组成参见图1。 （图片） 2.1 主机
联动生产线的主机部分为XJF-D150×120销钉机筒冷喂料双复合挤出机机组，主要由两台销钉机筒冷喂料挤出机(包括φ150×16D挤出机和φ120×14D挤出机)、150/120二复合液压机头、液压动力系统、温控系统、两台供料机(包括φ150挤出机供料机和φ120挤出机供料机)、钢架平台、整体底座、电气控制系统等组成。
液压机头流道尺寸(最大宽度×厚度)：480×20mm
2.2辅线
本联动装置主要由接取输送装置、冷却辊道及测宽装置、上坡运输带I、胎侧贴过渡胶片装置、上坡运输带Ⅱ、喷淋冷却装置、下坡运输带、定长裁断装置、二次吹风及快速分离辊道、单条终检秤、人工拾取辊道装置、胎侧过桥运输带、卷取运输带、四工位卷取装置及生产线电气控制系统等组成，与XJF-D150×120两复合销钉机筒冷喂料挤出机组配套使用，主要用于子午线轮胎的胎侧胶复合挤出成双条(或单条)以及其后的接取、冷却、裁断或卷取等。
3 二复合挤出机组
二复合挤出机组是整条联动线的核心，其性能的好坏直接关系到制品的质量，影响到制品的挤出温度以及断面的尺寸。国内外的挤出机大都存在着挤出温度偏高的现象，尤其对压型挤出机更是如此；另外对于挤出较小断面的胎侧制品，存在机头压力过高，双条挤出左右不对称等现象。这是两个必须解决的问题，在此根据调试中的经验作一个小结。
3.1 温度的控制
该挤出机温控装置分为九段温控单元，分别对挤出机机头的上模、中模、下模、120挤出机和150挤出机的机筒挤出段、塑化段、螺杆分别进行工艺温度控制，以适应挤出生产过程的工艺要求。温控单元段的温度设定太低，胶料在机筒内的流动性不好，一方面造成机头压力过高，另一方面易使挤出胎侧的表面出现冷斑，而温控单元段的温度设定太高又直接提高了制品的挤出温度。调试中不妨做以下对比试验：
| - | φ150/φ120挤出机 | 二复合液压机头 | 挤出制品 | | 塑化段 | 挤出段 | 螺杆 | 上模 | 中模 | 下模 | 温度 | 现象 | | 温度较低 | 45 ℃ | 45 ℃ | 60 ℃ | 50 ℃ | 50 ℃ | 50 ℃ | 110-113℃ | 表面出现冷斑，机头压力偏高。 | | 温度中等 | 65 ℃ | 65 ℃ | 75 ℃ | 65 ℃ | 65 ℃ | 65 ℃ | 114-118℃ | 表面光滑，端面上温度较为一致。 | | 温度偏高 | 85 ℃ | 85 ℃ | 90 ℃ | 85 ℃ | 85 ℃ | 85 ℃ | 120-125℃ | 表面发蓝，且冒有大量的青烟。 |
由上表可见，通过试验给温控装置确定一个适宜的设定值是很必要的。另外销钉机筒上的销钉一方面对胶料有着剪切与混炼的作用，另一方面还在胶料与温控介质问起到热传导的作用。调整销钉的排布对制品的挤出温度有一定的影响，但是范围较小，一般在1～2℃之间。
3.2 口型与流道的修配
销钉机筒冷喂料挤出机经过了多年发展，技术上相对来说较为成熟，一般说来调试工作量不是太大。但是由于胶料的流体特性及配方的差异直接影响到胶料的挤出性能，不同用户的工艺要求和参数也会有比较大的不同，这就决定了液压机头在现场需要很大的修配工作量才能使得流道与口型能够挤出满足工艺要求的制品来。
为了减少现场的修配工作量，口型与流道的修配必须明确一个合理的次序，以避免重复性的工作和口型板和流道板的报废：
(1) 修磨流道板，以在不带口型板的情况下挤出胶片的断面为规则的矩形为准。修磨量一次不要过大，尽量避免由于补焊造成流道板变形；
(2) 在流道挤出均匀的情况下，合理修磨预口型，使胶料能顺畅地过渡到口型处而不至于堵胶，增大机头压力；
(3) 根据胶料的膨胀率和收缩率确定口型板的开型尺寸，一般口型板的开型由用户厂家有经验的工艺人员来完成；
(4) 如果前三项都尝试过，胶料挤出还是不理想，可以考虑对配方作适当调整，同样可以改善挤出质量。
因为螺杆是有旋向的，熔融的胶料经螺杆由机筒压入流道时，左右两侧在流量与流速上必然存在着差异，这一差异就需要通过修磨流道板中间的阻尼块来消除。在挤出双条胎侧时，流道两侧微小的不均匀会造成两条胎侧断面尺寸和挤出速度的不同，口型断面尺寸越小时这种情况越明显。这就需要花上大量时间做细致的工作去解决此问题。
在刚开始挤出双条胎侧或小规格制品时，由于口型尺寸小，胶料温度较低，往往会造成机头压力骤然升高，机头因过载保护常使主机停机。我们在主操作台上增设了“低速启动”和“正常启动”切换按钮，开机时先以配方设定值40%的速度“低速启动”运行，机头压力冲击不至于过高，在挤出一段之后出胶趋于顺畅，机头压力降低并稳定下来，然后再切换到“正常启动”状态，就不会出现机头报警停机了。
3.3 均匀供胶
挤出机如果喂料不均匀将直接影响到整条联动线的连续稳定的生产。喂料不均可能造成制品出现夹杂气泡，尺寸变化等，故供料机要能自动调整供料速度，适应挤出机连续均匀地挤出。同时，要避免喂人太大的胶团，防止喂料口堵胶。
4 联动装置备机台阔的协调
联动生产线的自动化、联动化性能如何就看其内部机台间的协调能力如何。二复合胎侧联动生产线的联动装置部分是由十几部机台构成的，各机台分别由各自的变频电机驱动，并通过总线由PLC对它们进行统一控制。由于胎侧制品的断面尺寸小，制品薄而轻，在被联动装置输送的过程中极易被拉伸变形，双条胎侧在输送时还会出现不同步的现象。经过一段时间的调试，我们通过以下几方面的尝试解决了前面所提的两个问题。
4.1 备机台间要有较好的相对位置与衔接
机台间的相对位置非常重要，关系到胎侧在其间是否能够顺利地过渡与衔接，在设计时就应该予以充分地考虑，否则就容易出现问题。例如上层喷淋与下层喷淋之间在原设计中高度较大，两者高差1100mm，而且过渡辗道与下层冷却输送带间距也较大，胎侧胶由上层过渡到下层时悬空长度大，胎侧到达下层冷却输送带时出现跑偏和歪扭，严重时还发生翻转。对比德国KRUPP的胎面联动线，其上下喷淋的间距是较小的，仅为780mm。考虑到胎侧胶既轻且薄，如果悬空长度大是很容易出现歪扭甚至翻转的，在不改变设备结构的前提下，我们对过渡辊道进行改动，将胎侧胶的悬空长度限制在300mm，即胎侧宽度的1.5～2倍之间(参见图2)，并对浮动辊的位置和长度进行调整，减小其摆动幅度，防止胎侧时紧时松。经实际验证效果非常好，完全没有跑偏和翻转的现象发生。（图片） 由此可见，在联动装置的设计中考虑各机台间的紧凑性是很必要的。另一方面，因为过渡辊道的辊筒有可能转动不灵活或是与胎侧接触不好，辊筒与胎侧间就会有滑动摩擦和拉拽的情况，造成制品表面不光滑和被拉伸，因此设计时过渡辊道可以采用主动的形式，确保制品被顺利地牵引和过渡。
4.2前后机台间的速度匹配
速度整定装置(浮动辊)在联动装置的运行中起着至关重要的作用，前后机台间的速度匹配需要它来保证，如果其效果不好就会使制品被拉伸。
胎侧胶比较薄，是很容易被拉伸的，而工艺要求胎侧制品在挤出到裁断或是卷取过程中的拉伸不能超过5mm。前后机台间的浮动辊的安装位置是否合适直接影响到调速效果，其位置的确定和调整要注意以下几个方面：
(1) 浮动辊能够灵活地摆动，但也要有一定的预紧力，保证浮动辊始终都能与制品保持接触；
(2) 后机台的速度整定以前机台的速度为基准，调整范围在10～15%左右，这样前后机台间的速度变化不至于太大；
(3) 摆动角度不宜过大，否则易使得机台的速度波动过大而造成制品拉伸；
(4) 调整完毕后要将伞形块和摆臂紧固，防止日后松脱影响产品质量。
4.3 均匀冷却制品
挤出双条胎侧时，由于两条胎侧在输送过程中可能冷却收缩的程度不一样，使得在被裁断前的单环中出现不同步的现象。我们一方面在宽度方向上使用两个喷嘴增大喷淋面积，保证制品表面都能够被喷淋到；另一方面保证冷却水有足够的压力(0.3～0.4MPa)，喷淋水形成雾状，使胎侧在输送过程中能充分地冷却，最终基本上实现了双条胎侧挤出的同步性。
5 定长裁断装置
冷却后的制品胶经下坡运输带由人手工递送到定长裁断装置的输送皮带上，当制品胶在下坡运输带与定长裁断装置之间的单环遮挡住速度检测调节装置的最上面的光电开关时，定长输送装置开始带着制品胶一起启动提速运行，单环底部的位置通过光电开关控制输送皮带的运行速度，当皮带运行达到设定长度时，输送带停止运行，裁断装置开始动作，同时下坡运输带连续输送来的制品胶储存在速度检测调节装置中；裁断完毕后，定长输送带重新起动并提速运行，拉出单环中的制品胶，如此循环往复。（图片） 5.1 防止打滑是准确定长的关键
定长裁断装置是联动装置中核心部件，其定长裁断精度是联动装置的一个主要性能指标。一般说来，只要是能测算准确，伺服驱动器的定位精度是很高的，定长输送的长度不会受到伺服电机的太大影响。为了保证圆盘切刀在切胶过程中切割顺利，不卡滞，不粘刀，切刀往往用喷淋蒸汽或是雾化水来进行润滑，这就使得输送皮带和胎侧表面附着了许多水。如果输送带与胎侧间水量太多，胎侧就容易发生打滑，使得定长不准。针对现场的情况，我们做了以下几方面的工作，取得了较好的定长效果：
(1) 给蒸汽管路包裹保温材料，防止管路中冷凝水过多；
(2) 蒸汽管路增加调压阀，调整蒸汽压力稳定在0.2～0.4MPa之间，喷出蒸汽量不要过大，以切刀不粘刀为准；
(3) 裁断前采用两个海绵压辊压住胎侧胶，防止胎侧胶与输送带间有相对位移；
(4) 张紧输送皮带，保证伺服驱动的定长精度不受皮带与辊筒间滑动的影响。在裁断之后还应加压一个海绵压辊，将胎侧表面残留的少量水滴压成薄膜状，以利于后续的吹干。
5.2 裁断装置切刀传动中多楔带的选用
为了满足产量的要求，裁断装置的动作往往要达到18～20刀/分钟的频率，切刀所承受的是高频率的冲击载荷。在以往使用裁断装置时，经常发生同步带断裂的情况，给生产带来了诸多不便。对原有裁断装置的刀架进行研究，切刀是通过梯形的H型同步齿形带传动的，经分析计算可知，该同步带的有效工作宽度略显不足，而切其梯形齿的根部在高频率的重复启停下，容易产生疲劳和应力集中从而发生断裂。解决这个问题如果还是采用同步齿形带的话，一方面要加大同步带的有效工作宽度，另一方面要考虑选用圆弧齿同步带，这样则可能改变刀架原有的尺寸和结构，需要进行重新设计。
多楔带是近几十年才发展起来的一种新型高效传动带，兼有平带和联组V带的优点，具有运行平稳，生热少，带伸长，传动结构紧凑，传动比大，传动效率高等特点。多楔带是以平带为基体，内表面均布有等间距的纵向40°三角形模或梯形模的环形橡胶传动带，其抗拉体位于基体内均匀分布，当多楔带的带模落在带轮槽时，其抗拉体完全受到支撑，没有模效应，具有很高的承载能力，其与带轮的接触面及摩擦力较大，载荷沿带宽均匀分布，其传动能力是现有带传动形式中最大的。随着传动带向着高性能、低能耗、免维护的方向发展，多楔带已广泛应用各行业。正是由于这方面的原因，我们在不改变切刀传动装置原有尺寸与结构的前提下做了一个新的尝试，选用多楔带进行传动。
根据原裁断装置大刀架的尺寸，我们对多楔带进行校核计算：
(1) 传动电机的额定功率：P=3.0 kW，额定转速：n1=10OO rpm
取安全系数KA=1.2，则设计功率为：
Pd=KA×P=3.0×1.2=3.6kW
(2) 带轮的有效直径取：de=l00 mm(与同步带轮相同)
(3) 传动比：i=1
(4) 选取PJ型多楔带，其宽度系数：e=2.34
(5) PJ型多楔带的有效线差△e查表为：△e=1.2
带轮节圆直径：
dp1=dp2=de十2△e=100+2×1.2=102.4mm
那么带轮的带速υ就为：
υ=(π×dp1×n1)/(60×1000)= (π×102.4×1500)/(60×1000)
≈8.04m/s＜30m/s=υmax
带速υ符合多楔带使用要求
(6) 初定带轮间的中心距为a0=175mm，带的有效长度Le0就为：
Le0=2a0+0.5(de1=de2)=2×175+0.5(100+100)≈664.2mm
取多楔带长度为： Le=670mm
则多楔带轮的中心距a为：
a=a0+( Le-Le0)/2=175+(670-664.2)/2=177.9mm
该中心距与原177.5mm的中心距相当吻合
(7) 查表可得所选带每模传递的额定功率为：P1=0.37kW，其增量△P1=0
包角修正系数取：Ka=1，带长修正系数取：KL=0.85
于是带的楔数z就为：
z=Pd/(P1+△P1) ×Ka×KL=3.6/(0.37×0.85)=11.5
取标准楔数为：z=12
多楔带带的宽度为：b=z×e=12×2.34=28.08mm
选用的PJ型多楔带的fmin=1.8，这里取f=2.13
于是带轮的宽度B可计算出：
B=(z-1) ×e十2×f=(12-1)×2.34十2×2.13=32mm
与原同步带轮宽度完全相同。
经过如此改动，裁断装置已生产使用数月，至今为止，尚未发生过一次断裂的事故，由此证明这一改动是切实可行的。
6 四工位卷取装置
对于一些产量要求较高的胎侧制品或是双条胎侧的挤出，由于联动装置输送速度较高，当线速度在20米/分钟以上时，即使有两个操作工人同时拾取制品，也是很难忙得过来的，这时候通常是对制品进行收卷使用。本联动生产线采用了四工位卷取装置，对制品进行无张力卷取。每个卷取装置通过两个超声波传感器分别检测卷取单环的悬垂度和工字轮的卷径来控制工字轮的卷取速度，从而实现无张力卷取。为保证胎侧的卷取质量，需要注意以下几个方面：
(1) 设定工字轮有一个合适的初始速度，保证在卷取时工字轮的转速变化始终都能与卷取输送带的线速度很好地匹配，不至于出现堆胶和拉胶的现象；
(2) 调整超声波传感器的测量范围，使单环有一个合适的悬垂度，不会由于胎侧自身的重力造成胎侧的拉伸；
(3) 调节工字轮和垫布卷的摩擦轮使其有适当的预紧力，防止卷取时收卷过紧使制品变形，或是过松而使收卷不整齐。
在这条胎侧联动线的调试过程中，出现这么一个问题：卷取双条胎侧时，使用1#、3#工位出现两条胎侧在过桥输送带与卷取运输带之间的浮动辊处有不同步的现象，走1#工位的胎侧总是被拉紧，而走3#工位的胎侧则较松并与浮动辊脱开，使得3#位胎侧行进时歪扭，经常与1#位胎侧粘连，影响正常的卷取；使用2#、4#工位时却没有这个现象，两条胎侧的同步性很好。
根据2#、4#工位两条胎侧同步性好的情况，我们可以断定1#、3#工位出现的不同步不是由于挤出机口型左右挤出不均匀造成的。对卷取运输带进行分析：过桥输送带与卷取输送带间距为420mm，略显偏大，不够紧凑；卷取输送带1#段较短，且与过桥输送带的端部距离很短，1#位输送带主动辊的半径较大造成与胎侧的包角也比较大，在其主动输送作用下1#位胎侧被拉紧。由此可见1#、3#位胎侧不同步主要是由于过桥输送带与卷取运输带不够紧凑，1#位运输带长度不够，胎侧不能被托住造成的。现有的结构已不可能再改动，我们在现场尝试在1#位运输带主动辊前加上一个被动的小托辊(参见图。，这样一方面可以将胎侧托起，另一方面这个小被动托辊也消除了大包角的主动辊对胎侧的拉紧力。通过实际使用，验证这一方法切实可行，1#、3#工位收卷时的两条胎侧不同步现象得以完全消除。（图片） 7 结束语
高效、连续、稳定地生产出符合工艺要求的制品是所有联动生产线的共同要求，而如何保证联动线具有高度的自动化、联动性和协调性则是实现这一要求的关键。通过对φ150/φ120二复合胎侧挤出联动生产线的调试，不仅加深了对联动生产线在实际应用中的认识，同时也为日后同类产品的设计与制造积累了许多现场经验。社会的需求促使生产技术日益更新，作为工程技术人员就要在实践当中不断地探索，始终跟上时代发展的步伐。
7/14/2005
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