智能制造在轮胎装备制造业中的应用研究（二） ——机器人在橡胶机械领域中的自动化应用

吕炜帅

（天津机电职业技术学院，天津 300350）

中国目前已是全球最大工业机器人应用市场，而且市场需求高速增长。在轮胎装备制造业中，以绿色智能工厂构建与橡胶行业转型升级为行业发展背景，机器人凭借其优异的智能感知与人机交互功能在轮胎生产工艺中得到广泛的应用[1]。特别是在搬运、上下料、喷涂以及码垛等环节发挥着重要作用，不仅实现了以机代人，而且让轮胎生产中的各个工艺环节的自动化水平得到有效的贯通，让轮胎生产工艺各个环节间变的更加流畅[2-3]。随着企业转型升级的压力驱动，机器人已成为自动化生产线中带动产业升级发展的重要切入点，推动轮胎工业发展进入全新时代[4-5]。

一、炼胶工艺中胶块自动搬运

在轮胎工艺密炼生产过程中，天然胶与合成胶往往成大块存在，现有技术中一般采用人工搬运投料，劳动强度大，工作效率低；而手工抓拿空间较小、且需弯腰向下操作，危险性极大。此外，固体块状的橡胶原材料在常温下比常见的橡胶成品弹性、韧性都稍差，但仍属 柔软易变形类固体物质，因此抓取难度较大。

通过机器人可以用来抓取并输送胶块的机械设备，将工作者从繁重的劳动中解脱出来。

图1 机器人自动搬胶装置

二、压出线胎面自动翻面与拾取

为更好的满足轮胎胎面挤出联动生产线与轮胎成型过程的有效对接，通常需要在胎面挤出联动生产线中跟成型工艺需求设置胎面翻面装置，在胎面挤出联动生产线中胎面翻面与拾取装置运行过程为：百页车导入→装载胎面→机械手翻百页车页片→导出，在整个过程中控制系统自动完成，实现无人化操作。

对于百叶车的开合，通过机械手的辅助作用，实现了生产线自动化、可视化程度高，系统运行平稳，定位准确，整个过程无需人员操作，完全实现了胎面自动收取摆放。而且特别适用于旧厂房改造，操作简单，维护方便。

图2 压出线胎面翻面与拾取

三、轮胎成型机机械手自动下料

一台机器人可服务于多台成型机，或者一台机器人在同一成型机上能够兼顾多项工艺操作，如胎胚下料与成型钢丝圈装卸。同时，通过机器人的融入此环节

可有效提升系统的下料节拍，提高成型机的开动率。也可实现与后续硫化输送物流对接，实现无人化生产，进一步节省人工。

图3 轮胎成型机下料机械手

四、胎圈芯一体化生产线与轮胎成型自动化

胎圈芯生产线实现了钢丝圈自动缠绕与包布，经机器人协助与三角胶挤出生产线对接，然后由机器人自动放置胎圈芯百叶车中。运输至成型机工艺中的胎圈芯也由机器人自动化搬运，实现轮胎成型的自动化操作。机器人实现了多条生产线间的有效衔接，促进了设备的集成自动化，提高了胎圈芯制品成型胎胚的质量，降低了生产成本，提高了生产效率，同时也催生满足新的生产工艺要求的工装设备。

图4 机器人在胎圈芯生产与轮胎成型中的应用

五、胎胚自动喷涂

由于人工喷涂可靠性差，操作工在工作中容易出现遗漏。机器人喷涂改变了传统工艺人工操作造成喷涂不均，不易管理的难题。机器人喷涂可通过伺服控制，灵活调节喷涂区域，实现优质喷涂，安全可靠，易于维护，生产效率得到极大提升。此外，由于喷涂环节的安全性，工业机器人需要具有防爆能力。

图5 机器人在胎胚喷涂中的应用

六、胎胚自动码垛装运

图6 机器人在成品码垛中的应用

通过机器人码垛，一方面大幅度降低了劳动强度，节省了人工成本。另一方面，通过机器人码垛，可实现最大化的装运，同时又不损伤胎胚，提升码垛的节拍，迅速完成料架的整车码垛。通过与立体仓储结合应用，减少空间应用，提升了产品生产效率，缩短了产品发货周期。

七、机器人在轮胎生产工艺中未来发展方向

在“中国制造2025”和“互联网+”的背景下，工业机器人将与传统轮胎生产工艺中产品生产线进行深入融合，为轮胎行业智能发展提供新的思路与方向。工业机器人是轮胎工业4.0 智能工厂建设的重要元素，提升生产效率与产品质量，降低人工成本与能源消耗将是工业机器人广泛应用的重要落脚点。

1.机器人在橡胶机械领域产品线未来应用中，搬运、码垛、喷涂以及上下料中仍将是主要工作方式；

2.机器人在橡胶领域产品中的应用，在夹具设计与轮胎生产工艺、橡胶的机理特性需更加紧密融合；

3.机器人多台串行应用模式将成为解决当前单一工作节拍效率低，无法满足自动化升级应用的难题，并成为提高轮胎制造业智能化水平，推动产业转型升级的重要手段；

4.机器人与RGV、机器人与AGV、机器人与立体仓储、机器人与输送装置的组合应用，机器人与3D 打印技术的技术融合都将成为未来机器人在轮胎工业中的重要发展方向；

5.柔性化、智能化、复合型机器人是机器人在满足当前轮胎工业自动化应用中角色升级的重要方向。

八、小结

1.机器人作为智能制造的关键部件，有效地解决了传统生产过程中劳动密集与环境恶劣的问题，提升了轮胎制造行业智能自动化水平，有效地推动了轮胎工业的转型升级；

2.机器人在轮胎生产中应根据实际应用环境、负载要求、不同企业轮胎生产工艺特点以及企业生产现状进行选型应用，以橡胶制品内在机理为基础进行结构的合理化设计，最大化的发挥自动化功能；

3.机器人在轮胎生产中的应用，既实现了单一区域产品线的自动化升级，又促进了不同区域间工艺的衔接，为轮胎生产智能物流自动化系统的应用建立了基础；

4.“以机代人”促进了企业的生产与管理以及运营模式，但机器人的智能化发展，特别是升级其控制系统的整体化控制能力，提升工业机器人的整体应用性能，符合轮胎生产工艺性能特点，仍将是提升轮胎工业自动化水平，促进产业升级重要方向；

5.随着轮胎工业自动化水平的提高，3D 打印技术以及信息化、网络化的发展，机器人与传统轮胎生产工艺装备融合以及机器人模块化、批量化的应用模式，未来必将催生新型轮胎生产工艺的诞生。