轮胎胎面缠绕控制方法 【技术领域】
本发明涉及轮胎技术领域，特别涉及一种轮胎胎面缠绕控制方法。
背景技术
胎面缠绕作为轮胎成型的技术已经具有悠久的历史，但是在轮胎胎面的缠绕过程中却很少对其缠绕效果进行模拟仿真，这就难以控制胎面的缠绕过程，容易影响轮胎质量。为了较好地控制轮胎质量，目前使用的较多的是利用在机器上的测厚装置，检测缠绕厚度，到达厚度后机头就往后行走，从而对轮胎胎面的缠绕进行控制，但是这种方式的缺点是：由于需要检测厚度，并根据厚度决定机头的行走速度，这样对测厚装置的精度及稳定性要求很高；同时为了找到测厚基准，需要对胎坯进行扫描，耗时且精度不够，使得其缠绕效果不稳定，机器维修率也高。而目前对于缠绕效果的模拟仿真，一般都只能实现在x轴上对缠绕机的速度进行调节，而无法实现在其它两个坐标轴上的调节，因此缠绕效果的模拟仿真还有待开发。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轮胎胎面缠绕方法，该方法很好地实现了对胎面缠绕过程的模拟仿真，同时对缠绕机机头行走的轨迹和速度进行实时调整，大大提高了轮胎的胎面缠绕质量。
本发明通过以下技术方案实现：一种轮胎胎面缠绕控制方法，包括以下步骤：
(1)工控机模拟仿真在胎面螺叠过程中胶片的变形；
(2)根据胶片变形后的形态以及设定的胎面效果形态，工控机模拟仿真螺叠过程中胎面内各胶片的排列分布情况，并得到各胶片之间的螺距；
(3)根据设计好的胎坯面形态，工控机计算好缠绕机在胎面各圈弧线段的虚拟圆心坐标及半径，然后将这些数据输送给PLC；
(4)根据得到的各胶片之间的螺距，工控机分别对胎面弧线段各圈与弧度的对应关系参数、胎面直线段各圈与横坐标的对应关系参数以及对应的理论速度进行计算，然后将形成的数据表输送给PLC；
(5)PLC根据接收到的数据表对缠绕机各圈的理论速度进行调整，得到对应的实时速度；
(6)PLC根据缠绕机各圈的虚拟圆心坐标、半径及实时速度，计算得出缠绕机在xyz三轴对应的轨迹坐标数据；然后根据得到的轨迹坐标数据控制缠绕机进行胎面缠绕。
以上所述步骤(1)具体为：
按照设定的宽度，先将各胶片细分成多个等份；然后将各胶片进行螺叠，相邻两个胶片之间产生变形；工控机模拟仿真两个胶片之间的变形情况，观察此胎面的缠绕效果；此过程中，细分后的胶片每等份的宽度越细，模拟的精度也就越高。
所述步骤(2)具体为：
(2-1)按照设计的胎面形状，采用积分法从右到左计算胎面的面积，计算时为每往左移0.1～1毫米累加一次；
(2-2)当累积的胎面面积等于胶片面积的1/3～2/3时，在胎面的累积起点处对应放置第一片胶片；
(2-3)将已累积的胎面面积清零，除去被胶片覆盖的胎面面积，从胎面右边开始重新累积计算胎面面积，当累积的胎面面积等于胶片面积的一半时，在胎面的累积起点处对应放置下一片胶片；
(2-4)按照从右到左的顺序，重复步骤(2-3)，直至此胎面的胶片螺叠结束，最后得到螺叠过程中胎面内各胶片的排列分布情况，同时得到各胶片之间的螺距。
步骤(4)中所述胎面弧线段各圈的弧度通过公式
c＝na+b
计算得到，其中c为弧度，n为圈数，a为斜率，b为截距；
式中a＝(c2-c1)/(n2-n1)，b＝c2-a·n2，c1为本次起始圈对应的弧度，c2为下一起始圈对应的弧度，n1为本次起始圈值，n2为下一起始圈值；
然后形成圈数-弧度对应数据表，数据表中同一圈的数据组均包括该圈地起始圈数、斜率、截距和缠绕机理论速度，且同一圈内的圈数n的取值范围为本组数据的起始圈数与下一组数据的起始圈数之间；
所述胎面直线段各圈的横坐标通过公式
x＝na+b
计算得到，其中x为胎面直线段的横坐标；
式中，a＝(x2-x1)/(n2-n1)，b＝x2-a·n2，x1为本次起始圈对应的横坐标，x2为下一起始圈对应的弧度，n1为本次起始圈值，n2为下一起始圈值；
然后形成圈数-横坐标对应数据表，数据表中同一圈的数据组均包括该圈的起始圈数、斜率、截距和缠绕机理论速度，且同一圈内的圈数n的取值范围为本组数据的起始圈数与下一组数据的起始圈数之间。
所述步骤(5)中PLC对胎面弧线段的缠绕机理论速度的调整具体为：
PLC根据接收到的数据表上各圈理论速度以及实时的弧度差计算缠绕机机头在z轴上的速度Δp，然后根据xyz三轴的速度匹配方程
ΔX＝R·sinα·Δp，ΔY＝R·cosα·Δp
分别计算得到缠绕机在x轴的速度ΔX和y轴的速度ΔY。
所述步骤(6)中PLC对缠绕机在胎面弧线段各圈的轨迹坐标数据的计算具体为：
根据工控机设定的胎面弧线段的半径R及其虚拟圆心坐标(X0，Y0)，PLC根据圆弧方程
X＝X0+R·cosα，Y＝Y0+R·sinα
分别计算缠绕机在胎面弧线段上各运动轨迹点的横坐标X和纵坐标Y，其中α为缠绕机机头方向与水平方向的夹角。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在运动轨迹和缠绕速度上均实现了xyz三轴的实时配合，使得缠绕机机头时刻都与胎坯保持良好的垂直度，对胶条与胎坯的紧密粘合以及排掉空气有很大的好处。
2、本发明通过对各胶片进行多等份细分，为胶片螺叠过程的模拟仿真提供了数据结构上的准备；而胶片螺叠形成胎面的面积采用积分算法，胎面累积的匹配面积为单个胶片面积的一半，使得胶片的排列为渐变式，因此不会出现螺距突变的现象，使得缠绕后胎面的表面平滑度好，从而也提高了轮胎的硫化效果；同时，由于胶片螺叠过程采用的是面积匹配的方法，所以各胶片的累积面积与胎面的设计面积相等，这就保证了使用的胶量与设计的胶量相差较小。
3、本发明通过模拟仿真胶片的螺叠过程后将形成的数据表输送给PLC，实现PLC对缠绕机速度的实时调整，并将仿真效果转变为真实效果，提高了缠绕机的缠绕精度。
【附图说明】
图1是本发明的缠绕机机头在胎面的运动轨迹示意图。
图2是图1中缠绕机机头位于胎面弧线段的轨迹坐标计算示意图。
图3是本发明中胶片螺叠变形前的结构仿真示意图。
图4是本发明中胶片螺叠变形后的结构仿真示意图。
图5是本发明中胶片螺叠成胎面的结构仿真示意图。
【具体实施方式】
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例一种轮胎胎面缠绕控制方法，包括以下步骤：
(1)工控机模拟仿真在胎面螺叠过程中胶片的变形；
(2)根据胶片变形后的形态以及设定的胎面效果形态，工控机模拟仿真螺叠过程中胎面内各胶片的排列分布情况，并得到各胶片之间的螺距；
(3)根据设计好的胎坯面形态，工控机计算好缠绕机在胎面各圈弧线段的虚拟圆心坐标及半径，然后将这些数据输送给PLC；
(4)根据得到的各胶片之间的螺距，工控机分别对胎面弧线段各圈与弧度的对应关系参数、胎面直线段各圈与横坐标的对应关系参数以及对应的理论速度进行计算，然后将形成的数据表输送给PLC；
(5)PLC根据接收到的数据表对缠绕机各圈的理论速度进行调整，得到对应的实时速度；
(6)PLC根据缠绕机各圈的虚拟圆心坐标、半径及实时速度，计算得出缠绕机在xyz三轴对应的轨迹坐标数据，缠绕机在胎面的运动轨迹如图1所示，图中虚线4为机头的运动轨迹，实线5为胎面；；然后根据得到的轨迹坐标数据控制缠绕机进行胎面缠绕。
以上步骤(1)具体为：
按照设定的宽度，先将各胶片细分成多个等份；然后将各胶片进行螺叠，相邻两个胶片之间产生变形，其变形前后的胶片形态如图3和图4所示；工控机模拟仿真两个胶片之间的变形情况，观察此胎面的缠绕效果；此过程中，细分后的胶片每等份的宽度越细，模拟的精度也就越高。
如图5所示，步骤(2)具体为：
(2-1)按照设计的胎面形状，采用积分法从右到左计算胎面3的面积，计算时为每往左移0.1～1毫米累加一次；
(2-2)当累积的胎面面积7等于胶片面积的1/3～2/3时，在胎面的累积起点处对应放置第一片胶片1；
(2-3)将已累积的胎面面积清零，除去被胶片覆盖的胎面面积，从胎面右边开始重新累积计算胎面面积，当累积的胎面面积6等于胶片面积的一半时，在胎面的累积起点处对应放置下一片胶片2；
(2-4)按照从右到左的顺序，重复步骤(2-3)，直至此胎面的胶片螺叠结束，最后得到螺叠过程中胎面内各胶片的排列分布情况，同时得到各胶片之间的螺距。
步骤(4)中胎面弧线段各圈的弧度通过公式
c＝na+b
计算得到，其中c为弧度，n为圈数，a为斜率，b为截距；
式中a＝(c2-c1)/(n2-n1)，b＝c2-a·n2，c1为本次起始圈对应的弧度，c2为下一起始圈对应的弧度，n1为本次起始圈值，n2为下一起始圈值；
然后形成圈数-弧度对应数据表，数据表中同一圈的数据组均包括该圈的起始圈数、斜率、截距和缠绕机理论速度，且同一圈内的圈数n的取值范围为本组数据的起始圈数与下一组数据的起始圈数之间；
胎面直线段各圈的横坐标通过公式
x＝na+b
计算得到，其中x为胎面直线段的横坐标；
式中，a＝(x2-x1)/(n2-n1)，b＝x2-a·n2，x1为本次起始圈对应的横坐标，x2为下一起始圈对应的弧度，n1为本次起始圈值，n2为下一起始圈值；
然后形成圈数-横坐标对应数据表，数据表中同一圈的数据组均包括该圈的起始圈数、斜率、截距和缠绕机理论速度，且同一圈内的圈数n的取值范围为本组数据的起始圈数与下一组数据的起始圈数之间。
步骤(5)中PLC对胎面弧线段的缠绕机理论速度的调整具体为：
PLC根据接收到的数据表上各圈理论速度以及实时的弧度差计算缠绕机机头在z轴上的速度Δp，然后根据xyz三轴的速度匹配方程
ΔX＝R·sinα·Δp，ΔY＝R·cosα·Δp
分别计算得到缠绕机在x轴的速度ΔX和y轴的速度ΔY。
步骤(6)中PLC对缠绕机在胎面弧线段各圈的轨迹坐标数据的计算具体为：
如图2所示，根据工控机设定的胎面弧线段的半径R及其虚拟圆心坐标(X0，Y0)，PLC根据圆弧方程
X＝X0+R·cosα，Y＝Y0+R·sinα
分别计算缠绕机在胎面弧线段上各运动轨迹点的横坐标X和纵坐标Y，其中α为缠绕机机头方向与水平方向的夹角。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。