石峰，郑杰

(贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008)

近年来，轮胎企业进入智能化时代，许多轮胎厂对轮胎的品质质量，生产效率、降低成本提出了新的要求。我公司在原有的胎圈包布缠绕机上创新性采用磁铁缠绕包布方案，提高产品的生产效率，实现无人化操作，成功满足设计要求和技术指标。

1 胎圈包布缠绕机包布缠绕装置

通常情况下，轮胎的胎圈主要包括裸胎圈和缠绕在裸胎圈上的胶料条带，胶料条带是通过胎圈包布缠绕至裸胎圈上。而原有的胎圈包布缠绕一般都使用的是齿轮传动，噪音较大。为了解决这个问题，作者从电机的工作原理中得到灵感，通过利用磁铁运行效率高、噪音小的特点，准备把用磁铁齿轮取代原来的齿轮并应用在胎圈包布缠绕中。

新结构缠绕环由伺服电机驱动，通过四个小磁铁轮磁铁磁力驱动缠绕盘转动，将储料轮上的胶料缠绕到胎圈上。由于采用伺服电机驱动，使胎圈包布缠绕精度更高，缠布尺寸均匀美观，还有缠绕盘回原点准确。旧结构中存在齿轮传动噪声大导致工人操作环境恶劣，齿轮制造工艺复杂、需要定期进行润滑、振动冲击大等问题。新结构中采用磁铁齿轮传动替代齿轮传动，解决了生产过程中噪音大，零件磨损等问题。磁铁齿轮在运行过程中相对齿轮传动效率更高，因为没有相互磨损，运行更平稳，可靠性更高，使用寿命更长。磁铁齿轮使用中过载时不会损坏电机和减速机，起到过载保护作用。

图1 胎圈包布缠绕机包布缠绕装置结构简图

图1为胎圈包布缠绕机包布缠绕装置的结构简图，主要包括以下几个机构：磁铁储料装置、缠绕环结构、伺服电机组合、压圈进退机构等。下面具体来介绍一下，前面提到的磁铁储料装置主要包括可以同步转动的储料轮、磁铁盘以及第一同步轮，磁铁盘可以设置在远离缠绕环结构的最外侧，储料轮可用于接收定长后的胶料条带，并将储料轮、磁铁盘、第一同步轮三者同轴设置。当然，储料轮、磁铁盘以及第一同步轮也可以非同轴或者以其他结构组合，只要三者能够同步转动即可，具体形式可以根据需要灵活改动。另外，磁铁储料装置可以倾斜地设置在缠绕环结构的端壁上，也就是说，磁铁储料装置的轴线与缠绕环结构的端壁所处的平面呈现一锐角，该角度的大小可以是在20～70 ℃之间。在缠绕时，可以同时转动缠绕环结构和裸胎圈，这样就能实现将胶料条带螺旋式的缠绕在裸胎圈上。

此外，在前面提到的磁铁盘具体也可以包括一个收纳盘，这个收纳盘带有一个底面和侧壁，底面与侧壁可以构成一个凹槽结构，另外在所述侧壁上开一个第一固定孔；再将若干磁铁块放置在上面的收纳盘内；一个磁铁盖，盖在所述收纳盘内的磁铁上方，并且在磁铁盖侧面开一个第二固定孔；然后再利用螺丝贯穿所述第一固定孔、第二固定孔将上面提到的收纳盘、磁铁、还有磁铁盖锁紧固定成一个整体结构。但需强调的是，上面说的收纳盘和磁铁盖必须是非铁磁材料制成，比如可以是不锈钢的收纳盘、不锈钢的磁铁盖、或者是铝制的收纳盘、铝制的磁铁盖，或者是上面提到的非磁材料的随意组合。另外还要说明一下，上面所说的磁铁可以是偶数个扇形磁铁块构成的中部镂空的环形磁铁结构，此外偶数个扇形磁铁块的侧面为N极与S极要相互交替的设置；同时在所述收纳盘底面上设置了与所述环形磁铁中空部分相对应的一个凸起结构，同时将凸起的形状与环形磁铁的中空部分的形状相匹配。

另外，上面提到的缠绕环结构必须要开一个一缺口，在立板上也设同样的缺口，并让缠绕环结构的缺口和立板上的缺口基本重合，这样可以方便将裸胎圈放置在待缠绕区域内。而缠绕环结构还可以包括环状的第一内衬结构、设置在第一内衬结构外侧的环状第二内衬结构以及设置在夹设在第一内衬结构和第二内衬结构之间的多个滚动轮，第二内衬结构可以相对第一内衬结构转动，再将一个密封板设置在第二内衬结构端部，以形成缠绕环结构的端壁。另外，还在上面的缠绕环结构外侧设置了多个传动辊，而且在每个传动辊的圆周壁上设置了多个第一磁铁块，相邻的第一磁铁块的极性要不相同。同样地，在缠绕环结构内衬的圆周壁上也设置有多个第二磁铁块，相邻的第二磁铁块的极性也要不相同，每个传动辊上的多个第一磁铁块和第二内衬结构上的多个第二磁铁块要靠近设置，这样伺服电机组合输出的动力可以通过传动带来带动多个传动辊的同步转动，进而通过布置在传动辊外表面的第一磁铁块与布置在第二内衬结构外表面的第二磁铁块的相互作用。具体而言是通过利用磁铁的同性磁力相斥的原理来带动缠绕环结构转动，也就是说缠绕环结构会在磁力的作用下同步旋转。这种利用磁铁的磁性来驱动的方式相较于使用传统的齿轮刚性啮合方式，会大幅降低啮合的噪音，并延长器件的使用寿命。

所述压圈进退机构，主要用于压紧或释放裸胎圈，为常规技术，在此不赘述。

1.1 磁铁储料装置

磁铁储料装置通过伺服电机带动同步带轮旋转，左磁铁盘与右磁铁盘中磁铁通过磁铁磁力同步旋转，进而在储料轮上储料。如图2所示。伺服电机定位精度高，可以准确在储料轮上储满一个胎圈需要料卷的长度。新设计的磁铁储料装置解决了以前设备人工上料卷的问题，节省了生产时间，还有以前料卷在不够一个胎圈缠绕长度时扔掉浪费的问题，减少料卷的浪费，节省了生产成本。

图2 磁铁储料装置结构简图

另外，为了进一步提高缠绕时的稳定性和缠绕后的缠绕质量，我们还可以在磁铁储料装置上设置一个用于定位胶料条带料头的定位针，与此同时，还可以预先设定磁铁储料装置是处于初始位置，这样在胶料条带料头被输送至磁铁储料装置上转动缠绕半圈时，定位针插入至带条的料头，就可以防止胶料条带在磁铁储料装置上打滑，或者折叠等，可以有效提高胶料条带缠绕的稳定性和缠绕后的质量。需说明一下，磁铁储料装置初始位置的确定，我们是通过在磁铁储料装置的侧壁上粘贴一个反光件，同时在磁铁储料装置的上方安装一个光电传感器，并且把光电传感器与伺服电机的控制器电性连接。磁铁储料装置初始位置的确定动作步骤为：光电传感器朝向磁铁储料装置的圆周面发射光线，当光电传感器发出的光线照射到反光部件上并反射至光电传感器的接收端后，光电传感器的电信号就被触发，光电传感器会朝向伺服电机的控制器发送控制信号，以控制其停止转动，最终实现了磁铁储料装置的定位。

1.2 包布缠绕张力控制机构

在胎圈包布缠绕过程中，储料轮上胶料缠绕在胎圈上。储料轮通过同步带轮与磁阻尼器连接在一起，保证胶条在缠绕中张力恒定，胎圈缠绕更紧致。如图3所示。

图3 包布缠绕张力控制机构

本文中所说的磁阻尼器是通过同步带、同步带轮实现与储料轮的同步转动。下面我们具体介绍一下，上面提到的同步带轮包括与磁铁储料装置同轴设置的第一同步轮以及与磁阻尼器的输出轴同轴设置的第二同步轮，同时第一同步轮与第二同步轮通过同步带进行连接。此外，我们还可以将第二同步轮的直径设定为小于第一同步轮的直径，这样设计的目的在于可以保证输出较大的张力，进而避免采用张力调节范围大的磁阻尼器而导致的体积、重量较大的问题。另外，上面所说的磁阻尼器可以是张力可调的永磁磁滞器，其磁力最大可调范围在20 N以内。通过设置磁阻尼器可以保证由磁铁储料装置的胶料条带缠绕至裸胎圈时，具有恒定的张力输出，避免了因胶料条带张力不稳定带来的气泡等问题，进而提高缠绕质量；并且，由于胶料条带缠绕张力可调，本设计可以更大范围的适应不同宽度或厚度的胶料条带，通用性较高，最终达到保证胶条在缠绕中的张力恒定，胎圈缠绕更紧致的缠绕效果。

通过上面的阐述，我可以非常容易的得出一个结论：本文所讲述的胎圈包布磁铁缠绕技术是通过巧妙的融合了特定结构的磁铁块，同时改造了现有的缠绕环结构，以及充分利用张力控制机构，共同构建了一个全新的胎圈包布磁铁缠绕技术方式。通过利用特定结构磁铁块以及相邻磁铁间同性相斥、异性相吸的原理，实现了磁铁齿轮完美的替代现有的齿轮并对钢丝圈进行缠绕，以达到噪音小、结构轻巧、寿命长，钢丝圈包布缠绕生产质量稳定的目的；同时，通过利用在缠绕环结构的端壁上设置有辊组件，并通过结构设置实现张力器与辊组件的同步转动，当胶料条带缠绕至裸胎圈时，胶料条带已经具有基本恒定的张力，进而避免了因胶料条带张力不稳定导致的缠绕时有气泡产生的问题等，提高了缠绕质量；并且，由于胶料条带缠绕张力可调，以更大范围的适应不同宽度或厚度的胶料条带，通用性较高。

利用本文介绍的胎圈包布磁铁缠绕技术十分便于进行半自动化或全自动化的改造，适合多种生产条件，且全程无材料浪费，缠绕稳定性高，生产效率高，十分有利于产业化发展。

2 结语

本次创新性采用磁铁齿轮传动方式包布缠绕属世界首例。合理布局磁铁轮的位置，使缠绕运行平稳，可靠，对降低设备噪音起到重要作用。包布缠绕装置提高了产品的生产效率，降低了生产成本。使用伺服电机驱动保证胎圈包布缠绕精度更高。