智能高效平板硫化机研制

朱开华

(福建省三明市东辰机械制造有限责任公司， 福建 沙县 365500)

橡胶V带硫化设备包括鼓式硫化机、硫化罐和平板硫化机三种，一般采用燃煤锅炉生产饱和水蒸汽来进行硫化。其中，平板硫化机以工作压力大、硫化质量优和硫化模具投资小而成为V带硫化首选，目前平板硫化机一次可同时硫化条数极限是40条。随着我国环保政策日趋严格，对燃煤锅炉加以限制，而用生物燃料或液化气锅炉生产饱和水蒸汽进行硫化的燃料成本极大。

为解决上述问题，研制了一种节能、高效、操作方便的大型V带平板硫化机，并将一次硫化40条的极限提升至C型60条、B型80条，并实现带长2 550~3 000 mm的V带2次硫化。

1 设备主要结构及其工作原理

1.1 设备主要结构

本硫化机由主机部份、左机身部份、右机身部份、蒸汽管路系统、冷却水管路系统、液压系统、气动系统、电气控制系统等组成。左机身部份由左机身、伸张装置、转带装置、摆轮装置、双工位平移装置、水冷装置、风冷装置、自动润滑装置等组成，右机身部份在左机身部份基础上增加了转带电机。

1.2 硫化工作原理

硫化工作原理为将V带胚安装在左、右机身部份的槽轮，并随槽轮移动，使V带胚在主机上分段硫化和在装、卸带工位进行冷却定型。其动作过程为槽轮在装、卸带工位时液压打开后连板，手工装入V带胚，后连板闭锁，液压拉伸V带胚，V带胚移入硫化工位、压杆整型V带胚，柱塞缸顶起承压板、热板、槽板合模，开始硫化计时，硫化时间到，柱塞缸落下脱模，压杆动作使V带与槽板、盖板脱模，PLC自动计算V带胚移动位移，槽轮转动移动V带胚，重新合模、整型、硫化，第2回硫化到时后，重复以上脱模动作，V带胚移出装、卸带工位，冷却装置动作进行风冷、水冷V带胚冷却定型，冷却到时打开后连板并声光报警并通知人工卸带[1]。

2 智能高效平板硫化机的开发

2.1 主要技术性能参数

主要技术性能参数如下所示：

主机合模力：3.6E+06N

V带总拉伸力：5.0E+04N

柱塞缸规格：Ф200×160 6个

油泵输出压力：≤20 MPa

热板规格（宽×长）：1 610 mm×950 mm

槽轮直径：118 mm

拉伸油缸规格 ： Ф125×100 各 2 个

拉伸伺服电机：JSMAMB20ABK01

2.2 主要结构与性能特点

2.2.1 主机部份

主机部份由主机架、柱塞缸、下承板、下热板、盖板、中热板、上热板等组成。主机架为前、后立柱和油缸座安装在底盘上，悬臂梁安装在前、后立柱上，连接箱与悬臂梁和前立柱连接，各零件通过螺栓连接而成，各零件组合后接合面进行焊接。由于硫化V带的条数增加了一倍，采用双立柱和悬臂梁力学结构，可通过加大悬臂梁的支点距离和合理的悬臂梁与底盘高度以满足主机架的强度要求。这种结构与普通C型主机结构比较可减轻主机的重量。这种力学结构虽不如龙门式结构力学优越，但其操作空间不受设备限制，方便利用叉车更换模具和操作人员装、卸V带操作，也便于今后产品升级拓展。

2.2.2 左（右）伸张装置

伸张装置由导架底板、螺母、丝杆、左（右）机身、油缸、支座、伺服电机、减速机、直线导轨等组成。伸张装置左、右各一套，导架底板上安装转带机构。伸张装置的移动可通过转带机构上的槽轮拉紧或放松橡胶V带。在开机触摸屏输入V带长度设定值后，伺服电机通过减速机带动丝杆转动，经螺母将导架底板在直线导轨上移动装带位置。装入V带胚后，油缸收回，拉伸V 带胚伸长到设定长度。

2.2.3 双工位平移装置

双工位平移装置由安装在导架底板上的直线导轨、油缸、横移导架等组成，在左、右伸张装置上各一套，两套平移装置用平衡阀调节其同步运动。主要用于两个工位的转换，当油缸伸长时，横移导架沿着直线导轨向前方移动，安装在槽轮上的橡胶V带一起移动，V带移出主机的模具，此工位用于V带的装、卸。反之亦然，此工位用于V带的硫化。

2.2.4 转带与摆动装置

转带装置由摆线针轮减速机、链轮、链条、连支座、转轴、后连板、支撑臂、座、支撑臂摆动装置、槽轮、连板、连板摆动装置等组成。转带装置左、右各一套，右转带槽轮为主动轮，左转带槽轮为被动轮。转带装置主要用于V带分段硫化及硫化后冷却定型时的V带移动。连支座通过转销与横移导架连接，方便摆动控制V带胚在槽轮上的内、外侧等长。连板转动装置由导向套筒、导杆、销轴、滚轮轴承、油缸等组成，可驱动连板的开合，方便V带在槽轮上的装卸。

2.2.5 冷却装置

冷却装置包括风冷和水冷装置，主要由安装在冷却架上的风机调整座、轴流风机、水管、雾化喷头等组成，可在导轨上前后移动。橡胶V带硫化完成后，平移装置将V带移动装卸带工位，槽轮转动，雾化喷头喷水，快速冷却V带，冷却后轴流风机工作继续冷却和吹干V带，使硫化后的每条V带长度相等。

设计中将V带的风冷、水冷的定长工序置于V带的装、卸工位，可避免定长冷却中产生的冷风、水雾喷在热板上，引起热能的损失。

2.2.6 控制系统

在自动状态下，操作者根据要硫化带胚的型号及长度在触摸屏上进行设置型号及带长，利用智能化的PLC程序可自动依据每次硫化的长度计算出一组V带的硫化次数。按运行按钮后，硫化机自动按以下步骤顺次执行：开始移动伸缩装置到预设位置→人工进行装带→带胚平移→按起动按钮→液压拉伸带胚→辊下压→转带→合模→设定压力→压辊上抬→硫化计时→硫化到时开模→压辊下压脱模→第二次硫化（步骤：转带→压辊下压脱模）→计算的硫化次数完成→风机运行→雾化冷却→停止雾化冷却→风机停止→液压缩回→报警→人工卸带。

2.2.7 智能化功能

（1）通信、数据采集分析功能：该设备采用西门子S7-200 SMART系列的CPU ST40作为设备的核心控制，拓展了TC、AQ及I/O功能模块。CPU集成了1个RS485和1个以太网口，利用RS485口实现和人、机交流界面（HMI）的通信，现场操作人员通过HMI可实时掌握设备的当前状态。

（2）自感知功能：系统通过分布在各处的传感器反馈信号，实时检测感知设备的实时状态。硫化压力的控制是通过压力变送器和AQ压力模块的配合完成，实时检测感知当前压力。当发现压力异常时，可根据设定的参数自动对压力进行调整。硫化温度的控制是通过热电偶及TC温度模块的配合，实时检测感知当前温度。

（3）自诊断功能：由于设备复杂、动作多、自我保护条件多，当设备某部分发生故障或不满足运行条件时，控制系统发出警告并禁止执行相关的运行命令。这时系统能对设备各部分的状态进行实时自我诊断，比如当伺服系统发生故障时，系统会根据伺服回送到CPU的信号状态立即发出声光报警。

（4）自适应功能：以导架的自动定位动为例，在设备刚投入使用时，设备配合精度高，各部分包括丝杆的紧密度相对较好，自动定位时，可能从某点到某点的相对脉冲数是准确的，但当使用一定时间后，由于缺乏保养等原因，设备运动部分的配合精度降低，这时，原来某点到某点的相对脉冲数就不能准确反应出实际的位移了。当这种状况发生时，只要命令系统对当前设备状况进行一次移动学习，系统就能根据当前的设备状态自动适应，从而又能准确的执行其的自动定位功能了。

3 样机测试

3.1 主机鄂口变型量测试

测试主机的鄂口变型量采用百分表，将百分表磁性座固定在地面的支座上，分别测量连接箱的上、下位移和前立柱的前后位移量，测量值如下，说明主机在不同合模力下线性变型满足设计要求，如表1所示。

表1 主机身鄂口变型力学试验数据表

3.2 热板平行度

采用5条长度1 500 mm的8号熔断丝，以14 MPa工作压力的检测力加压，待盖板与槽板压合后，保压3 min，取长被压扁的熔断丝，用1级外径千分尺分别测量每条熔断丝a、b、c、d、e、f点处的厚度，视最大厚度与最小厚度之差作为平行度误差的实测值。平行度误差为0.05 mm，满足设计要求。

3.3 硫化后V带长度测量

样机到生产厂家后采用80条B型2 700 mm的V带胚在设备上进行硫化生产，经硫化冷却定型后，测量80条V带内周长最大误差为6 mm，符合要求。

4 结束语

研制了一种智能高效的平板硫化机，通过人机界面设置加工目标参数后，启动电源即可自动运行，硫化加工出B型与C型橡胶V带，且可一次硫化加工出80条B型橡胶V带或60条C型橡胶V带，具有安全可靠、节能高效、智能化水平高的特点。这一创新性突破，将引领橡胶V带硫化设备的发展方向，为行业带来更多机遇。