轮胎直压定型硫化机旋转抓胎机械手的设计及运动控制研究
近年来，轮胎品牌的选择及质量的好坏成为客户购车的一个重要标准，配置优良的汽车轮胎不仅在舒适性、降噪性以及经济性等方面具备明显的优势，而且也极大保障了汽车的行驶安全性。 硫化是加工制造轮胎的最后一道工序，与传统的轮胎硫化技术相比，新型的轮胎直压定型硫化技术凭借其金属内模具的使用和电磁感应加热技术的运用将轮胎生产制造业推向了一个更高的水平。在轮胎实际生产过程中，由于胎坯的定型工艺缺陷(比如成型接头)和硫化模具(活络模)的成型缺陷，使得硫化后的成品胎会产生一定的不均匀性，影响正常使用。为解决这种硫化缺陷，轮胎生产企业提出定点硫化解决方案，即在送入硫化模具前，对胎坯的周向位置进行定位，使得在周向上，胎坯的定型工艺缺陷位置与硫化机活络模缺陷补偿位置对齐，从而减小胎坯定型时工艺缺陷对最终成品胎不均匀性的影响。 轮胎直压定型硫化机是轮胎直压硫化技术的主要实现设备，其中完成装胎和卸胎工序的机构是硫化机抓胎机械手，但当前普遍使用的抓胎机械手仅能实现简单的胎坯搬运动作，功能性和自动化程度较低。本文基于轮胎直压定型硫化机，提出了用于轮胎胎坯定点硫化功能的旋转抓胎机械手，新设计的机械手增加了机械手手部抓胎前后周向旋转的自由度，不仅实现了抓胎过程中胎坯周向位置的自动控制定点，完成周向定位，而且为机械手增加了轮胎编码识别功能，将轮胎生产信息的数据采集和传输在轮胎直压定型硫化机上得以实现。本课题主要研究内容如下: (1)为实现更有效的轮胎胎坯定点硫化，提出三套可用于轮胎直压硫化机的旋转抓胎机械手设计方案，并对设计的机械手进行运动可行性分析计算和电机、气缸等驱动装置的选型，利用设计的旋转抓胎机械手，在硫化机上实现了定点硫化，让胎坯周向定位更加精准可控，并可实现轮胎数据扫码采集及数据传输，便于轮胎仓库内的信息化管理; (2)对设计的旋转抓胎机械手进行三维模型建立，利用UGNX12.0软件运动仿真模块对旋转抓胎机械手进行运动学仿真，分析了旋转抓胎机械手的运动可行性，排除解决可能存在的干涉问题，对机械手的运动精度及稳定性进行分析; (3)根据机械手实际工况，利用ABAQUS建立力学分析模型，合理的分析机械手的受力情况，有限元分析机械手整体以及关键部位的应力和位移变化，确保机械手能够满足正常工况下的强度和精度要求; (4)对旋转抓胎机械手进行控制系统设计，设计机械手运动控制流程图，使用西门子S7-300PLC进行控制系统的下位机设计，其中包括使用STEP7软件进行I/O口设计、硬件组态和编写机械手运行程序，并使用S7-PLCSIM对程序逻辑性进行仿真检验;基于Fameview组态软件对控制系统的上位机设计，设计机械手运动监测系统，使得轮胎定型硫化机抓胎机械手的运动过程能够得到实时监测控制。
机械手;轮胎硫化机;静力学分析;运动控制;有限元分析
北京化工大学
硕士
机械工程
王永涛
2021
中文
TP241.2
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）