摘 要

伴随着我国汽车工业的快速发展，使得市场对子午线轮胎的需求逐年增加，带动了轮胎子午线产业的迅猛发展。与此同时，市场对轮胎子午线的质量要求也越来越高。外绕机是生产轮胎子午线工艺的重要设备，它的作用是在成绳的轮胎子午线的外层缠绕一根钢丝，这样就可以增加轮胎子午线的强度、粘合性，提高其使用寿命。衡量一台外绕机的好坏主要就看它对残余扭转应力控制的好坏。残余扭转应力在很大程度上决定了轮胎子午线的质量。

本文在充分研究了外绕机工艺流程，对外绕机残余应力的产生原理和其危害有了深入了解，在此基础上学习了几种不同的残余应力控制方式。从残余应力检测设备和消除设备的机械结构和工作原理入手，通过把检测设备的检测到的残余应力转换成模拟量信号输入给PLC作为控制依据，控制伺服电机带动消除设备完成系统控制。综合学习了控制系统的设计原则和步骤，结合外绕机的工艺流程，做了控制算法的建模，同时根据系统的控制要求完成了硬件选型和软件编程的工作。在老师的指导和自己的不懈努力下最终完成了残余应力控制系统。

通过本文的研究我们发现外绕机的残余应力控制是整个设备的核心，本文的特色在于采用了分段曲线补偿的控制思想，可以适用于多种不同规格帘线的外绕工作。

关键词：轮胎子午线；残余扭转应力；外绕机

ABSTRACT

With the rapid development of our country's automobile industry, the market demand for radial tires is increasing year by year, it led to the rapid development of radial tire industry. At the same time, radial tire market quality requirements are also increasing. Winding outside machine is an important equipment in the production of radial tire technology , its role is winding a wire on the radial tire outside after it into a rope, so that you can increase the strength, adhesion of the radial tire , improve its service life. Measure a winding outside machine is good or bad depends on its residual torsion stress control is good or bad. Residual torsion stress largely determines the quality of the tire meridian.

The paper based on the full study of the winding outside machine process, the produce principle of winding machine's residual stress around the machine and have a thorough understanding of the harm, based on this study several different residual stress control way. From the residual stress testing equipment and eliminating equipment's mechanical construction working principle， by residual stress testing equipment detected is converted into an analog signal as a control basis input to the PLC ，then control servo motor drive control system complete elimination equipment. Integrated learning design principles and steps of the control system, combined with winding outside machine process, do the modeling of the control algorithm, while according to the control requirements of the system completed the selection of hardware and software programming work. Under the guidance of teachers and my tireless efforts to finalize the residual stress control system.

Through this study we found that the residual stress control of the winding outside machine is the core of the entire apparatus, the characteristics of this paper is using a piecewise curve compensation control idea can be applied to a variety of different specifications of the cords around the outside work.

Keywords: Radial tires；Residual torsion stress；Winding outside machine

目录

第1章 绪论 1

1.1残余扭转应力控制研究目的及意义 1

1.1.1本课题的背景 1

1.1.2 本课题的目的及意义 2

1.2残余扭转应力国内外研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 3

1.3本文主要研究内容及章节安排 4

1.3.1 本文主要研究内容 4

1.3.2 本文章节安排 4

第2章 外绕机工艺流程及残余扭转应力分析 6

2.1 外绕机的工艺流程 6

2.2 残余扭转应力产生的原因 11

2.3 残余扭转应力的危害 11

2.4 本章小结 12

第3章 外绕机残余应力消除控制系统的整体设计 13

3.1 外绕机的控制原理 13

3.2 残余扭转应力消除控制系统原理 13

3.3 残余扭转应力控制方案比较 15

3.3.1 给固定速度的控制方案一 15

3.3.2 自动填表方式的控制方案二 15

3.3.3 带反馈的控制方案三 15

3.3.4 曲线补偿的控制方案四 16

3.4 残余扭转应力控制方案 16

3.5 控制系统的数学建模 16

3.6 本章小结 18

第4章 外绕机残余应力消除控制系统的硬件设计 19

4.1控制系统的硬件选型 19

4.1.1 PLC选型 19

4.1.2 伺服驱动器选型 19

4.1.3 触摸屏的选型 20

4.2 控制系统硬件控制电路设计 20

4.2.1 I/O地址分配 20

4.2.2 PLC控制电路设计 22

4.2.3 伺服驱动器控制电路设计 23

4.3 本章小结 24

第5章 外绕机残余应力消除控制系统的软件设计 25

5.1 PLC控制算法的实现 25

5.1.1 PLC程序的整体框架 25

5.1.2 PLC程序介绍 26

5.2 触摸屏程序设计 30

5.3 本章小结 31

第6章 结论 32

6.1 总结 32

6.2 展望 33

参考文献 34

附录A 系统设计图 36

附录A1 系统接线图 36

附录A2 控制原理图 37

附录A3 PLC配置图 39

附录B 外绕机控制系统程序 40

致谢 46

第1章 绪论

1.1残余扭转应力控制研究目的及意义

1.1.1本课题的背景

子午线轮胎是轮胎产业跨时代性的产品，世界上第一条子午线轮胎诞生于法国米其林轮胎公司，距今已有半个多世纪了^[1]。在这半个多世纪中，子午线轮胎经历了问世，刚刚起步，推广，然后是大发展，到九十年代的完全子午化的几个阶段^[2]。进入二十一世纪后，轮胎子午化水平进一步提高，同时，子午线轮胎逐渐趋向扁平化、无内胎化、环保化以及高速化^[3]。子午线轮胎具有可高速行驶，不易被刺破，使用寿命长，安全性能更强，低油耗，负载能力大，散热好多个优点^[4]。在这个半个多世纪的发展中，由于上述优点越来越受到人们的广泛关注，已然成为轮胎行业的宠儿，轮胎子午化率已经成为衡量各国轮胎工业发展水平的重要指标。轮胎子午化已经是必然的发展趋势^[5]。

子午线轮胎与斜交轮胎不同，斜交轮胎胎体各层间的帘线彼此交叉排列呈网状，与胎冠中心线周向形成35°至45°的角度^[6]。子午线轮胎胎体的帘线不是相互交叉排列的，它与外胎的断面几乎平行，就像地球子午线一样排列，帘线的角度一般为0°，没有保持胎体帘线之间的交点^[7]。子午轮胎在使用过程中，冠部所受到的应力会增大，向四周伸张，使胎体形成辐射状的裂口^[8]。所以，子午线轮胎采用圆周排列的帘线处理层作为缓冲层，垂直相交于胎体帘线，实际应用中一般是70°到80°，从而形成一条刚性环形带阻止周向伸张，固定整个轮胎，减小轮胎周向变形。整个轮胎60%到70%的内应力由这个缓冲层承受，是子午线轮胎的主要受力部件，被称为带束层^[9]。在斜交轮胎中，帘布层是主要受力部件，承受80%到90%的内应力^[10]。因此，带束层设计对子午线轮胎很重要，带束层要有很好的刚性，可以采用强度高，不易拉伸的纤维材料，比如钢丝或芳纶纤维等^[11]。