轮胎成型机供料架气动系统的改进
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定中精 度。但 是摆架 式供料 架结构简单 ，只需
的制造成本 、设计成本和维修成本 。下面详细
介绍该部 分气动原理 的改进 。 最 早 的摆 架 式 供 料 架 的 气 动 原 理 十 分 简 单 ，仅通过 １ 个双电控二位五通电磁阀来控制
要 １只气缸就可 以了 ，而伸缩式供料架的结构 就很复杂 了 ，为 了保证伸 缩架运动的平稳性 ， 一般需要 ２只气缸 并列在伸 缩架 的 ２侧 ，而且 还需要采用直线导轨或直线轴承来保证伸缩架
在设备调试过程中 ，发现这个回路存在严 重的问题 。按照前面的叙述 ，这种 气动原理 必 然存在摆架的冲击和回弹现象 ，只是表现得是
否 明 显 而 已 。 由于 我们 设 计 的摆 架长 度 较长 （ ０ ｍ ，所以冲击现象非常明显。为了降低 １ ０ ３ ｍ） 摆架的冲击 ，所 以将 单向节流阀的节流调节 的
均假定压缩空气压力为 ０５ ＭＰ ） ．９ ａ ，气缸的推力
２ ＳＴＣ Ｔ Ｃ ＯＬ Ｉ Ａ Ｂ ＥＲ Ｐ Ａ Ｉ Ｓ Ｅ ＨＮ ＯＧＹ ＮＤ ＱＵＩ ＭＥＮＴ Ａ Ｅ Ｐ
７ ２ ５ Ｎ ５
图２ 气缸在不同状态下的受力情况
４ ５ ３ Ｎ １ 、压力最低时的３ Ｎ和压力平衡时的 ７６ ７
排气量开始小于气缸 活塞对前腔空气的挤压量 ， 气缸 前腔 的压 力又开始升 高 ，直至达到与后腔
位置 ，因此选用了锁紧气缸 ，并增加了一个专 供锁紧缸供气用的二位五通电磁阀 ，这个回路
的原 理见图 ３ 。由于锁紧 气缸在 锁紧时要 求活
塞两端的压力应该平衡 ，所以在本回路中必须
采用三位五通 电磁阀 。 在 回路 里 ，摆架升降是通过 １个 中泄式三
缩空气通过单向节流阀和气控单向阀进入气缸 前腔。由于气缸后腔的气控单向阀控制气来自
第０ ３Ｎ
第２ 第期 ３卷 １
司荡 ， ＂ｈ 型９｝群架 仃对索麦 改述 考！ Ｗ Ａ ｈ 夕
甲 弊葬 覃 畴 ； 黔 科邻 烤ｗ ； 翻脚绷甲 洲．曰．．．甲甲．．．．．．．．．．．曰．曰．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
摆架的升降 ，其气动原理如图 １ 所示。图中摆 架 的自重对气缸施加的外力 以 Ｆ表示 ，而且这 个外力是自始至终都存在的。由于这个外力 Ｆ 的存在 ，所以气缸的受力是不均衡 的。当摆架
上升时 （ 气缸前腔充气 ） ，压缩空气产生的推力
运动平稳 ，这样不仅结构复杂 ，也造成了制造 成本的增加和 以后维修养护的不方便。在伸缩 架 ２侧排列气缸虽然可以平衡负载 ，如果 ２只 气缸的进气或排气管路的长度不同的话 ，同样
位五通电磁阀来控制的，和图 １ 所示不同，还 增加了 ２个气控单向阀。气控单向阀分别接在 气缸的前、后腔 ，前腔气控单向阀的控制气来 自气缸后腔 ，后腔气控单向阀的控制气来自气 缸前腔。其工作原理为 ：摆架上升时 （ 气缸前
腔充气 ） ，三位五通电磁阀的左侧线包通电 ，压
前腔的压力分为 ３个阶段 ：电磁阀换向ｗ间的
方 面的探讨和摸索 ，对该 回路的原理再次进行
图３ 第一次改进的气动原理图
了｛ 改 ，见图 ４ Ｉ ａ ０ 在这个回路里 ，取消了中泄式双 电控三位 五通电磁阀 ，以 ２个单电控二位五通电磁阀代
气缸前腔，因此气缸后腔的气控单向阀被打开， 气缸后腔的空气可通过气控单向阀、单向节流
阀 、三位五通 电磁阀排入大气 。此时由气缸后 腔的单 向节流阀来调节气缸速度 。反之摆架下
已经存在 的背压就会起作 用。 因此 ，所述回路
替 ，并增加 了一只精密减压阀。这个精密减压 阀与普通减压阀的不同之处在于普通减压阀是
不能逆 向通气 的 ，严格地说是逆 向排气量非常 小几乎可 以认为是不能逆 向通气 。而这次所 采 用的精密减压阀可 以逆 向通气 ，从结构 上说可 以认为是一个普通减压Ｉ和一只单向阀的并联 。 ｌ
压力的平衡 （ 即活塞 ２端的压力差为 ０ ，此时 ） 随着单向节流阀排气开始均匀地降低气缸前腔 压 力 ，气缸活塞 ２端的压力差保持在一个稳 定
的数值 ，气缸才开始平稳地运动。这一过程通 过图 ２ 表示。图 ２ 所示的是气缸在整个运动期间 的３ 个状态 ，从上至下分别是气缸初始启动、气
缸 前腔压 力最低 时 、压 力平衡 时。从 图中可 以 看出，气缸后腔的压力始终是 ７ ２ ，而气缸 ５ Ｎ ５
慢 （ ２ 第 运动过程 ） ；达到第 ３ 状态之后 ，气缸
于电磁阀换向后 ，气缸前腔已经接通大气，此 时活塞左侧与大气的压力差为 ４ Ｎ，而活塞 ３ 巧
右侧与左侧的压力差为 （ ５２ ４ ） ２７ ７ － ３５ ＝ ３ Ｎ ５ １ ３ ｏ
才开始平稳的运行 （ ３ 第 运动过程） 。第 １ 运动 过程就表现为摆架的冲击现象 ，而在第 ２运动 过程时 ，摆架就表现出回弹的现象 ，这个现象 是否明显和气缸单向节流阀调节的节流大小有
升高。从上面的数据可以看出 ，气缸左侧由于
排气造成压 力降低 的速度远远大于活塞运动对
气缸左侧空气挤压造成压力升高的速度 ，这种
排气过程一 直持续到气缸 前后 腔的压 力差等 于
供料架的结构也作了修改 ，对摆架的功能有 了 新的要求 ，即要求摆架下落时能够停止在任意
气缸前腔与大气的压力差为止。随着气缸活塞 的运动 ，由于单向节流阀的作用 ，气缸前腔的
会造成伸缩架的偏斜 ，严重 时会导致伸缩架的
作者简介：司伟 （ ９ １ ， 高级工程师， ９２ １７－） 男， １９ 年毕业于 郑州工业学院机械系， 现主要从事成型机设计与调试工作， 已发 表论文 ５ 篇。 收稿 日 ２０ － ０ １ 期： ０ ５ １－ ２
克服外力Ｆ推动摆架上升 ； 摆架下降时 （ 气缸
降时 （ 气缸后腔充气 ）也是如此。从这点看，这 个回路和图 １ 的回路没有什么区别 。但是这 ２ 个 回路的不同之处在于三位五通电磁阀断电时的
工作 情况 。
由于采用了中泄式三位五通电磁阀 ，电磁 阀断电时，阀芯处于中间位置 ，此时气缸的前
腔和后腔都没有压缩空气 。 由于没有压力的存
在 ，气缸前后腔的气控单向阀都会关闭 ，这样 气控单 向阀就会 把压缩 空气封 闭在气缸 中 ，形
有负载不均衡的工况。本文详细阐述了摆架部分多种气动原理及其改进刃法。 、 关健词：成型机；摆架；冲击；负载；均衡；气动 中图分类号： Ｑ ３ ． Ｔ ３０ ６ ４ 文献标识码： Ｂ
１０ ３ ） ００９
摘要：通过对轮胎成型机中带束层供料架摆架气动回路的修改，解决了以往摆架在下落时的冲击现象。此原理适用于所
非常大 ，这样虽然改善了冲击现象 ，但并没有
消除冲击 ，随之又带来 ２个 问题 ：首先是摆架 的回弹现象很明显 ；其次是 由于节流很大 ，在
摆架需要平稳运行时 ，速度极慢 ，无法满足生 产效率的要求。在这里 ，已经无法通过调整节 流来找到一个摆架冲击和摆架下落速度的平衡 点了。因此必须对气动原理进行改进 。经过多
可ｆ 老脂成型扰群拜梁 仃动索窦夕改｝ ｒ ，・ 夕 Ｌ ＊
州 裂 霎 暴戮 愁缴溯踢翔翻熟烈然麟圈曰．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
司伟
（ 北京橡研院机电 技术开发有限公司， 北京
摆架需要上升时 ，电磁阀 Ａ通电 ，电磁阀 Ｂ断电。此时压缩空气进入气缸前腔 ，气缸后 腔的空气通过精密减压阀排出 ，通过调整单向
也可以取消 ，因为摆架下落的速度可以通过精 密减压阀调整气缸压力差来实现。但在实际工
节流阀节流的大小来调整摆架上升的速度。摆 架需要下降时 ，电磁阀 Ａ和 Ｂ同时通电，此时
气缸 前后腔都有作用力 ，这 时只 需要调整精 密 减压阀 的压力 ，使 气缸后腔 的压力和摆架自重 之和大 于气缸 前腔 的压 力 ，这样摆架就可 以下 降了 ，其值当气源压力 ０ ５ ． ９ ａ ＭＰ ，气缸直径 ０１ ０ ０ ｍｍ，气缸活塞杆直径０２ ｍｍ，精密减压 ５
伸缩式 。人们 一般认 为伸缩 式供料 架的定中精
度较高 ，有利于轮胎的动平衡。笔者认为伸缩 式供料架的最大优点是运动平稳 ，由于它的运
空间 ，这样就增加 了整个供料架的复杂程度。
所 以如果能彻底解决摆架式供料架 的冲击问题 ， 那 么在 保证精度的前提下 ，将会大大降低设备
动平稳才提高了定中精度。对于摆架式供料架 由于摆架自身的重量造成负载的不均衡 ，当摆 架下落时冲击现象很明显 ，不仅降低了设备的 安全性 ，而且在一定程度上也影响了供料架的
后腔充气 ） ，此时气缸活塞所受的力就是压缩空 气 的推力和外力 Ｆ之和 。 以我公 司所设计 的带束层供料架为例 ，摆
架自重约 ６ ｋ ， ０ 将摆架重量按照力臂比例转换 ｇ
到气缸上 ，气缸所受拉力大约为 ２ ２ ；气缸 ９ Ｎ ４ 的缸径为 ０１ ０ ０ ｍｍ，气压为 ０５ ＭＰ 下文中 ．９ ａ（
关 。这就 是摆架下 落时会有冲击现象 的原 因。 在实际 工作中 ，如果单向节流阀调整合 适、摆 架本身 自重不大时 ，这种 冲击现 象表现得不是 很明显 ，一般来说 还是 可 以接受的 。 随着轮胎 生产 工艺 的改变 ，我们对 带束层
气缸前腔压力变化受 ２个因素影响，第 １ 个因
素是气缸排气造成压 力的降低 ，第 ２个因素是 由于活塞运动对 气缸前腔空气挤压造成压 力的
文章编号：１０－９Ｘ ２０）１ ０９０ ０９７７ （０ ６０ － ２ －４ ０
轮 胎成 型机带束层供料架的物料输 送架一
憋死 。此外 ，由于伸缩架的运动是一种平移运
动 ，在伸缩架的下位和上位 时 ，物料 的长度变 化 比较大 ，因此在结构设计上必须有一 个储料
般来说有 ２种形式 ，一种是摆架式 ，另一种是
７ Ｎ ５２ ５ ｏ 图 １ 摆架式供料架原气动原理图
约为 ４６ ０Ｎ。这样 ，摆架下降时气缸活塞的下 １
通过上面的论述 ，气缸在第 １ 状态和第 ２ 状 态期间的运动速度是很快的 （ １ 第 运动过程 ） ； 在第 ２和第 ３ 状态期间 ，气缸的运动速度开始减
的制造成本 、设计成本和维修成本 。下面详细
介绍该部 分气动原理 的改进 。 最 早 的摆 架 式 供 料 架 的 气 动 原 理 十 分 简 单 ，仅通过 １ 个双电控二位五通电磁阀来控制
要 １只气缸就可 以了 ，而伸缩式供料架的结构 就很复杂 了 ，为 了保证伸 缩架运动的平稳性 ， 一般需要 ２只气缸 并列在伸 缩架 的 ２侧 ，而且 还需要采用直线导轨或直线轴承来保证伸缩架
在设备调试过程中 ，发现这个回路存在严 重的问题 。按照前面的叙述 ，这种 气动原理 必 然存在摆架的冲击和回弹现象 ，只是表现得是
否 明 显 而 已 。 由于 我们 设 计 的摆 架长 度 较长 （ ０ ｍ ，所以冲击现象非常明显。为了降低 １ ０ ３ ｍ） 摆架的冲击 ，所 以将 单向节流阀的节流调节 的
均假定压缩空气压力为 ０５ ＭＰ ） ．９ ａ ，气缸的推力
２ ＳＴＣ Ｔ Ｃ ＯＬ Ｉ Ａ Ｂ ＥＲ Ｐ Ａ Ｉ Ｓ Ｅ ＨＮ ＯＧＹ ＮＤ ＱＵＩ ＭＥＮＴ Ａ Ｅ Ｐ
７ ２ ５ Ｎ ５
图２ 气缸在不同状态下的受力情况
４ ５ ３ Ｎ １ 、压力最低时的３ Ｎ和压力平衡时的 ７６ ７
排气量开始小于气缸 活塞对前腔空气的挤压量 ， 气缸 前腔 的压 力又开始升 高 ，直至达到与后腔
位置 ，因此选用了锁紧气缸 ，并增加了一个专 供锁紧缸供气用的二位五通电磁阀 ，这个回路
的原 理见图 ３ 。由于锁紧 气缸在 锁紧时要 求活
塞两端的压力应该平衡 ，所以在本回路中必须
采用三位五通 电磁阀 。 在 回路 里 ，摆架升降是通过 １个 中泄式三
缩空气通过单向节流阀和气控单向阀进入气缸 前腔。由于气缸后腔的气控单向阀控制气来自
第０ ３Ｎ
第２ 第期 ３卷 １
司荡 ， ＂ｈ 型９｝群架 仃对索麦 改述 考！ Ｗ Ａ ｈ 夕
甲 弊葬 覃 畴 ； 黔 科邻 烤ｗ ； 翻脚绷甲 洲．曰．．．甲甲．．．．．．．．．．．曰．曰．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
摆架的升降 ，其气动原理如图 １ 所示。图中摆 架 的自重对气缸施加的外力 以 Ｆ表示 ，而且这 个外力是自始至终都存在的。由于这个外力 Ｆ 的存在 ，所以气缸的受力是不均衡 的。当摆架
上升时 （ 气缸前腔充气 ） ，压缩空气产生的推力
运动平稳 ，这样不仅结构复杂 ，也造成了制造 成本的增加和 以后维修养护的不方便。在伸缩 架 ２侧排列气缸虽然可以平衡负载 ，如果 ２只 气缸的进气或排气管路的长度不同的话 ，同样
位五通电磁阀来控制的，和图 １ 所示不同，还 增加了 ２个气控单向阀。气控单向阀分别接在 气缸的前、后腔 ，前腔气控单向阀的控制气来 自气缸后腔 ，后腔气控单向阀的控制气来自气 缸前腔。其工作原理为 ：摆架上升时 （ 气缸前
腔充气 ） ，三位五通电磁阀的左侧线包通电 ，压
前腔的压力分为 ３个阶段 ：电磁阀换向ｗ间的
方 面的探讨和摸索 ，对该 回路的原理再次进行
图３ 第一次改进的气动原理图
了｛ 改 ，见图 ４ Ｉ ａ ０ 在这个回路里 ，取消了中泄式双 电控三位 五通电磁阀 ，以 ２个单电控二位五通电磁阀代
气缸前腔，因此气缸后腔的气控单向阀被打开， 气缸后腔的空气可通过气控单向阀、单向节流
阀 、三位五通 电磁阀排入大气 。此时由气缸后 腔的单 向节流阀来调节气缸速度 。反之摆架下
已经存在 的背压就会起作 用。 因此 ，所述回路
替 ，并增加 了一只精密减压阀。这个精密减压 阀与普通减压阀的不同之处在于普通减压阀是
不能逆 向通气 的 ，严格地说是逆 向排气量非常 小几乎可 以认为是不能逆 向通气 。而这次所 采 用的精密减压阀可 以逆 向通气 ，从结构 上说可 以认为是一个普通减压Ｉ和一只单向阀的并联 。 ｌ
压力的平衡 （ 即活塞 ２端的压力差为 ０ ，此时 ） 随着单向节流阀排气开始均匀地降低气缸前腔 压 力 ，气缸活塞 ２端的压力差保持在一个稳 定
的数值 ，气缸才开始平稳地运动。这一过程通 过图 ２ 表示。图 ２ 所示的是气缸在整个运动期间 的３ 个状态 ，从上至下分别是气缸初始启动、气
缸 前腔压 力最低 时 、压 力平衡 时。从 图中可 以 看出，气缸后腔的压力始终是 ７ ２ ，而气缸 ５ Ｎ ５
慢 （ ２ 第 运动过程 ） ；达到第 ３ 状态之后 ，气缸
于电磁阀换向后 ，气缸前腔已经接通大气，此 时活塞左侧与大气的压力差为 ４ Ｎ，而活塞 ３ 巧
右侧与左侧的压力差为 （ ５２ ４ ） ２７ ７ － ３５ ＝ ３ Ｎ ５ １ ３ ｏ
才开始平稳的运行 （ ３ 第 运动过程） 。第 １ 运动 过程就表现为摆架的冲击现象 ，而在第 ２运动 过程时 ，摆架就表现出回弹的现象 ，这个现象 是否明显和气缸单向节流阀调节的节流大小有
升高。从上面的数据可以看出 ，气缸左侧由于
排气造成压 力降低 的速度远远大于活塞运动对
气缸左侧空气挤压造成压力升高的速度 ，这种
排气过程一 直持续到气缸 前后 腔的压 力差等 于
供料架的结构也作了修改 ，对摆架的功能有 了 新的要求 ，即要求摆架下落时能够停止在任意
气缸前腔与大气的压力差为止。随着气缸活塞 的运动 ，由于单向节流阀的作用 ，气缸前腔的
会造成伸缩架的偏斜 ，严重 时会导致伸缩架的
作者简介：司伟 （ ９ １ ， 高级工程师， ９２ １７－） 男， １９ 年毕业于 郑州工业学院机械系， 现主要从事成型机设计与调试工作， 已发 表论文 ５ 篇。 收稿 日 ２０ － ０ １ 期： ０ ５ １－ ２
克服外力Ｆ推动摆架上升 ； 摆架下降时 （ 气缸
降时 （ 气缸后腔充气 ）也是如此。从这点看，这 个回路和图 １ 的回路没有什么区别 。但是这 ２ 个 回路的不同之处在于三位五通电磁阀断电时的
工作 情况 。
由于采用了中泄式三位五通电磁阀 ，电磁 阀断电时，阀芯处于中间位置 ，此时气缸的前
腔和后腔都没有压缩空气 。 由于没有压力的存
在 ，气缸前后腔的气控单向阀都会关闭 ，这样 气控单 向阀就会 把压缩 空气封 闭在气缸 中 ，形
有负载不均衡的工况。本文详细阐述了摆架部分多种气动原理及其改进刃法。 、 关健词：成型机；摆架；冲击；负载；均衡；气动 中图分类号： Ｑ ３ ． Ｔ ３０ ６ ４ 文献标识码： Ｂ
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摘要：通过对轮胎成型机中带束层供料架摆架气动回路的修改，解决了以往摆架在下落时的冲击现象。此原理适用于所
非常大 ，这样虽然改善了冲击现象 ，但并没有
消除冲击 ，随之又带来 ２个 问题 ：首先是摆架 的回弹现象很明显 ；其次是 由于节流很大 ，在
摆架需要平稳运行时 ，速度极慢 ，无法满足生 产效率的要求。在这里 ，已经无法通过调整节 流来找到一个摆架冲击和摆架下落速度的平衡 点了。因此必须对气动原理进行改进 。经过多
可ｆ 老脂成型扰群拜梁 仃动索窦夕改｝ ｒ ，・ 夕 Ｌ ＊
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（ 北京橡研院机电 技术开发有限公司， 北京
摆架需要上升时 ，电磁阀 Ａ通电 ，电磁阀 Ｂ断电。此时压缩空气进入气缸前腔 ，气缸后 腔的空气通过精密减压阀排出 ，通过调整单向
也可以取消 ，因为摆架下落的速度可以通过精 密减压阀调整气缸压力差来实现。但在实际工
节流阀节流的大小来调整摆架上升的速度。摆 架需要下降时 ，电磁阀 Ａ和 Ｂ同时通电，此时
气缸 前后腔都有作用力 ，这 时只 需要调整精 密 减压阀 的压力 ，使 气缸后腔 的压力和摆架自重 之和大 于气缸 前腔 的压 力 ，这样摆架就可 以下 降了 ，其值当气源压力 ０ ５ ． ９ ａ ＭＰ ，气缸直径 ０１ ０ ０ ｍｍ，气缸活塞杆直径０２ ｍｍ，精密减压 ５
伸缩式 。人们 一般认 为伸缩 式供料 架的定中精
度较高 ，有利于轮胎的动平衡。笔者认为伸缩 式供料架的最大优点是运动平稳 ，由于它的运
空间 ，这样就增加 了整个供料架的复杂程度。
所 以如果能彻底解决摆架式供料架 的冲击问题 ， 那 么在 保证精度的前提下 ，将会大大降低设备
动平稳才提高了定中精度。对于摆架式供料架 由于摆架自身的重量造成负载的不均衡 ，当摆 架下落时冲击现象很明显 ，不仅降低了设备的 安全性 ，而且在一定程度上也影响了供料架的
后腔充气 ） ，此时气缸活塞所受的力就是压缩空 气 的推力和外力 Ｆ之和 。 以我公 司所设计 的带束层供料架为例 ，摆
架自重约 ６ ｋ ， ０ 将摆架重量按照力臂比例转换 ｇ
到气缸上 ，气缸所受拉力大约为 ２ ２ ；气缸 ９ Ｎ ４ 的缸径为 ０１ ０ ０ ｍｍ，气压为 ０５ ＭＰ 下文中 ．９ ａ（
关 。这就 是摆架下 落时会有冲击现象 的原 因。 在实际 工作中 ，如果单向节流阀调整合 适、摆 架本身 自重不大时 ，这种 冲击现 象表现得不是 很明显 ，一般来说 还是 可 以接受的 。 随着轮胎 生产 工艺 的改变 ，我们对 带束层
气缸前腔压力变化受 ２个因素影响，第 １ 个因
素是气缸排气造成压 力的降低 ，第 ２个因素是 由于活塞运动对 气缸前腔空气挤压造成压 力的
文章编号：１０－９Ｘ ２０）１ ０９０ ０９７７ （０ ６０ － ２ －４ ０
轮 胎成 型机带束层供料架的物料输 送架一
憋死 。此外 ，由于伸缩架的运动是一种平移运
动 ，在伸缩架的下位和上位 时 ，物料 的长度变 化 比较大 ，因此在结构设计上必须有一 个储料
般来说有 ２种形式 ，一种是摆架式 ，另一种是
７ Ｎ ５２ ５ ｏ 图 １ 摆架式供料架原气动原理图
约为 ４６ ０Ｎ。这样 ，摆架下降时气缸活塞的下 １
通过上面的论述 ，气缸在第 １ 状态和第 ２ 状 态期间的运动速度是很快的 （ １ 第 运动过程 ） ； 在第 ２和第 ３ 状态期间 ，气缸的运动速度开始减
