摘要：针对目前国内全钢子午线轮胎生产线成型工序胎面采用百页车供给的存放方式，进行创新设计，为轮胎制造过程研制出VAC胎面智能机械手。通过自动检测、智能识别的方式，将胎面半成品自动传送到供料架上，实现了“机器换人”，从而降低了操作工的劳动强度，提高生产效率。
关键词：子午线轮胎；VAC；智能；劳动强度；生产效率
1 研制背景
随着国内全钢子午线轮胎的不断发展以及用工成本的不断增加，传统轮胎行业逐步由劳动密集型向智能方向转变。国内新建轮胎项目已力求通过信息化与工业化的深度融合，建成现代化智能工厂。原有的轮胎工厂只有通过不断升级改造，提升其智能化水平才能适应发展的需要。目前国内乃至世界轮胎行业全钢子午线轮胎成型设备主要为两鼓、三鼓成型机，设备的自动化程度相对较低，尤其是胎面的供料搬运存在劳动强度大等不利因素。以我公司为例，最大规格轮胎为13.00R25-T301，重量为45 kg。最小规格为6.50R16LT-T202，重量为5.57 kg，平均胎面重量按30 kg计，每班成型数量按80条计，操作工人因胎面拾取至少每班要负重30×80=2 400 kg，对操作工人的体力消耗较大，对身体素质要求较高。为提升设备自动化水平，打造智能化工厂，我公司与威海市京威智能化设备有限公司联合攻关，研发出VAC（Vacuum Absorb Convey）胎面智能机械手。
2 适用范围及功能概述
（1） 适用的轮胎胎面的规格范围见表1。
表1 适用轮胎胎面的规格范围
（2）胎面输送采用百页车，胎面供料架为单层长供料架。
（3）胎面在百页车上的放置分为二种：
胎面底面向上，胎面底面有塑料垫布；
胎面底面向上，胎面底面无塑料垫布。
（4）功能：将百页车上的胎面通过搬运装置拾取到胎面翻转输送带上。基本动作如下：将百页车推放至与胎面供料架长度方向相平行的侧方，百页车定位，人工对百页车进行翻页，搬运装置将百页车上的胎面拾取到胎面翻转输送带。启动翻转辊道，胎面翻转至胎面供料架（胎面在百页车上底面在上，到胎面供料架上后变为底面在下，胎面在百页车上远离成型机辅鼓的一端，到胎面供料架上变为靠近成型机辅鼓的一端）。
百页车本页清空后，再由人工翻页进行下一页胎面拾取。
（5）工作频率：工作循环/2 min。
3 主要结构介绍
主要结构如图1所示。
图1 设备机构图
1—百页车定位装置；2—X轴行走装置；3—Z轴升降装置；
4—∧形伸缩装置；5—胎面输送装置；6—胎面翻转及撕垫布装置；
7—真空吸附装置；8—光幕保护装置；9—电器控制装置；
（1）百页车定位装置
本部分由二套对中装置、七套导向装置组成。
百页车在导向装置的引导下，进入百页车停放区，当百页车碰到对中装置后，百页车停止前进并触发定位装置。百页车在导向装置、对中装置共同作用下保持稳定状态。
操作者翻开百页车叶板，使胎面处于可吸附搬运状态，并按下OK按钮，系统开始后继动作。
（2）X轴行走装置
X轴行走装置由电机减速机驱动丝杠带动X轴天车左右移动，通过编码器输出信号控制天车运动速度及位置。
（3）Z轴升降装置
Z轴升降装置由电机减速机，丝杠、直线导轨，链条、伸缩臂等四大部分组成。Z轴伸缩采用倍速方式运动，Z轴升降时臂节同步伸缩。通过安装在减速机输出轴端的编码器控制Z轴伸缩速度及位置。
（4）∧轴伸缩装置
∧轴伸缩装置由臂节、同步齿轮系、臂节稳定气缸三部分组成。臂节在同步齿轮系作用下，臂节端点水平直线运动，保证吸盘架移动准确性。
（5）胎面输送装置
胎面输送装置由输送皮带、皮带架、皮带电机三部分组成。胎面从百页车搬运后，在此暂时放置。当系统检测到原胎面输送辊道没有胎面时，皮带电机启动，胎面经过翻转辊道运动至原胎面供料架输送辊道，且胎面由底面朝上翻转至底面朝下。
（6）胎面翻转辊道及撕垫布装置
胎面翻转辊道由福莱轮安照一定曲线排列组成。撕垫布装置由撕垫布电机、固定敷胶辊和浮动敷胶辊、力矩控制气缸、垫布反向气缸、垫布再反向气缸组成。撕垫布电机采用步进电机，转速可调；浮动敷胶辊在拉力控制气缸作用下，对垫布施加稳定拉力，保证既能撕下胎面又不能把胎面拉断。
（7）真空吸附装置
吸盘装置，采用真空吸盘对胎面进行吸附。每个吸盘角度可以自动调整以确保内每个吸盘都能和胎面有效吸附。根据胎面规格的尺寸差别，外围的吸盘采用独立控制方式，以保证在吸取胎面时各吸盘的真空度和吸附力。吸盘内集成单向阀，通过单向阀可以控制吸盘是否有效，以防止使用某些规格胎面时处于无效范围内的吸盘破坏真空致使吸附动作失败。
（8）光幕保护装置
整机在操作空间两端装有光幕，以防自动操作时有人意外闯入，如果有人意外闯入，系统自动停止操作，并声光报警。
（9）电器控制装置
电气控制系统由独立PLC控制，系统采用AB PLC控制，整机电机采用变频调速和步进电机。采用触摸屏作为人机界面，用户可在触摸屏上设定相关工艺参数。人机界面的画面包括：操作屏幕（手动和自动、有塑料垫布和无塑料垫布）、生产状态屏幕、报警-配方管理。
4 胎面智能机械手主要优点
（1）提高了工作效率。使用胎面真空搬运装置与以前人工搬运胎面相比，解放了人工。工人只需将百页车推送至工作位，其余所有动作均可自动实现，效率提高30%～40%。
（2）降低了工人的劳动强度，无须人力搬运胎面，由于劳动强度的降低，在全钢成型机上采用女操作工变为可能。
（3）降低人工成本。采用该装置后，由于无需人工搬运胎面，成型机辅机操作工可以将省下的时间投入到本机台的各种料卷的上料工作中，每两台设备可节省上料工人1个，人工费用按6万元/年计。该设备价值30万元左右，按使用20年计算，则每台成型机每年实际节约人工成本为3-30/20=1.5万元，我公司目前拥有两鼓、三鼓成型机69台，年可节约人工成本103.5万元，据粗略统计，全国可采用该装置的两鼓、三鼓成型机约为3 500台左右，若均采用该装置，则全行业年可节约人工成本5 250万元。
（4）提高产品质量增加利润：因胎面长度稳定性而提高动平衡跳动度0.35%，按照每条减少损失700元，年产400万条，可增加效益980万元，国内同行业可增加效益2.84亿元。
（5）该产品结构合理，功能齐全，技术先进，并与我公司胎面挤出线百页车自动装车升级改造一脉相承，具有在国内轮胎行业推广应用的价值。
（6）该产品的成功研制，填补了世界空白，国内轮胎行业全钢设备智能化升级改造，充分响应了中国制造2025的时代要求，有助于轮胎行业的升级加速。
