江勇

(欧姆龙自动化（中国）有限公司，上海 200120)

1 设备概况

轮胎成型机是制造轮胎胎坯的专用机械。成型过程可以看作是外胎各零部件的组装过程，它在很大程度上决定着外胎的质量。

子午线轮胎的成型方法有两种，即一次法成型和二次法成型。目前国内外轮胎制造商的载重子午线轮胎或轿车子午线轮胎的成型工艺都是采用一次法成型或者二次法成型。本文介绍一种采用二次法成型生产高档摩托车子午线轮胎的专用设备。该设备机、电、气一体化高度集中，自动化程度高、操作方便、成型质量高，适用于不同规格摩托车子午线轮胎的成型，性价比高（见图1）。

图1 摩托车子午线轮胎二段成型机

2 摩托车子午线轮胎工艺需求变化点

相比卡车、轿车载重轮胎，摩托车轮胎的胎面为弧面状（见图2）。基于外形由平面加工工艺变成了曲面加工工艺的需要，OMRON对原有轮胎成型机控制技术进行了全面的升级。下面介绍在研发过程中几个核心设备需求变化点，以及相应的OMRON技术解决方案。

图2 两种轮胎外形比较

3 ORMON提供的核心技术

3.1 设备需求变化一：曲面0°冠带缠绕排线控制技术

冠带层（见图3）是轮胎重要组成部分，主要作用是加固（固定）带束层钢丝切头部位，防止受力时发生结构变化，以便取得更好的RFV、LFV、CON等性能，同时可减少硫化时胎肩处结构的变化及漏钢丝现象。按复合方式分为缠绕和带式搭接两种形式。带式搭接方式控制难度低，缺点是有接头，影响均匀性。缠绕方式是以一定宽度的帘线均匀缠绕，相比带式搭接方式，刚性好，均匀性好、可以节省燃油约20%左右，增加了胎体强度等。新研发的摩托车子午线轮胎二段成型机采用的是缠绕方式。

图3 轮胎结构

与一般载重轮胎一样，摩托车同样需要冠带层，但是与一般载重轮胎相比，摩托车轮胎对冠带层的缠绕实现提出了新的课题——曲面缠绕技术。由于摩托车轮胎使用场合与一般载重轮胎有区别，尤其在车辆过弯时，一般载重轮胎是表面均匀受力，而摩托车由于轮胎表面曲面弧度关系，受力是不均匀的，针对这样的使用场合的变化，客户提出对冠带层缠绕提出了新的缠绕工艺要求：缠绕的冠带轮胎两侧密度小，中间部分密度大（见图4）。

图4 摩托胎冠带层缠绕示意

应对这样的技术需求变化，我们对原机械结构和电控算法均进行了调整，机械部分将原水平排线机械结构更改为旋转排线机械机构，电控算法方面OMRON对原有的排线FB进行了技术升级满足新的排线需求。

升级后的FB如图5所示。通过新增加的参数（两边线径L1、中间线径L2、L1占比和L2占比），实现对不同曲面轮胎渐变排线的工艺需求。同时只需要将两边线径L1和中间线径L2设置成一样就可以满足一般载重轮胎的均匀排线工艺要求。

图5 升级后的FB

3.2 设备需求变化二：曲面0°冠带缠绕张力控制技术

曲面缠绕的需求同样带来了另外一个课题——缠绕张力控制。一般载重轮胎生产时也有对冠带缠绕时的张力控制方案，由于成型鼓侧在冠带缠绕时，缠绕卷径基本不变（一般由HMI参数输入），所以缠绕时冠带的线速度基本稳定，且一般采用如图6所示的张力控制方案。

图6 张力控制方案

针对摩托车轮胎曲面缠绕技术特点，OMRON对原有控制方案进行了微调，新的控制方案如图7所示。在程序处理中增加了成型鼓卷径计算处理，并作为前馈控制量叠加到原有的张力反馈系统中，从而提高整个张力系统的响应性。

利用上述核心技术课题的解决，最终实现了曲面缠绕的技术瓶颈的攻克，实际缠绕效果见图8和图9。

4 OMRON整体方案介绍

OMRON针对摩托车轮胎成型机上述的工艺特点以及综合设备其他需求如：设备占地面积大、控制点分散、控制精度要求高等。最终推荐客户使用了OMRON最新的控制系统——SYSYMAC平台。图10为设备的整体控制方案图。

图7 新控制方案

图8 1 mm尼龙冠带

图9 10 mm尼龙冠带

图10 设备整体控制系统

图10 中的SYSMAC平台包括高速运动控制(NJ系列)、高性能总线伺服系统(1S系列)、薄片式设计远程IO(NX系统)、总线型变频系统（MX2系列）、功能丰富的HMI系统（NA系列）和多样化的传感系统(光纤、光电、接近等)。

小到一个传感器、大到主控制器和电机等，在这个设备的任何角落你都可以发现OMRON产品的LOGO，OMRON强大的SYSMAC平台可以完美应对各种功能需求。

基于SYSMAC平台以及相关产品的丰富功能和强大性能，使得OMRON能够在瞬息万变的市场大环境下，作出快速的方案应对和实施，协助客户短时间内完成摩托车子午线轮胎二段成型机的研发。

同时不仅在硬件产品上协助客户完成了设备的研发，OMRON利用全球技术共享和行业经验在软件应用上也为客户提供了最新控制理念和控制技术去满足不断变化的行业课题和需求。较目前市场主流的子午线轮胎二段成型机，新研发的摩托车子午线轮胎二段成型机提出了新的技术需求，OMRON在第一时间进行了课题研究和对应，快速满足新的技术需求，确保了设备短时间内顺利研发成功。

5 未来发展技术展望

摩托车子午线轮胎二段成型机业已顺利研发成功，该设备填补了国内10″～18″ 摩托车子午线轮胎成型机市场的空白。同时在研发过程中我们也在不断与设备制造商探讨该设备未来发展的趋势，并根据这些趋势提出了OMRON在控制技术上假设性提案。

（1）设备未来发展趋势一：多类型曲面的冠带缠绕技术需求

目前设备采用单伺服排线（一个旋转伺服），如果排线伺服与轮胎弧面无法轨迹吻合就会对排线效果产生较大影响，因此将单伺服排线升级为三伺服排线（水平轴、旋转轴和升降轴），同时配合全新的传感技术，通过智能学习等功能，实现缠绕曲面轨迹自学习，这将是该设备未来的一个技术发展趋势。

（2）设备未来发展趋势二：曲面成型鼓涨缩鼓技术升级需求

曲面成型鼓采用A、B瓦涨缩鼓（气动）形式完成，气动元件的稳定性和机械结构的精度都会对涨缩鼓的可靠性产生很大影响，因此未来通过优化机械结构，导入伺服等高精度的电控方案，利用伺服等高精密电机以及运动控制器的同步算法可以大大提高涨缩鼓的效果和稳定性。