基于PLC開(kāi)煉機(jī)輥筒及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

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4、 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 論文（設(shè)計(jì)）題目：基于PLC開(kāi)煉機(jī)輥筒及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 院

5、 系 專(zhuān) 業(yè) 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 2014年5月20日 . 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 第1張 緒論 3 1.1引言 3 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4 1.3 課題研究的重點(diǎn)與基本內(nèi)容 6 第2章 開(kāi)煉機(jī)的基本機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)方式 7 2.1開(kāi)煉機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 7 2.2開(kāi)煉機(jī)的潤(rùn)滑 8 第3章 開(kāi)煉機(jī)部分零部件設(shè)計(jì) 9 3.1輥筒 9 3.1.1材料與技術(shù)要求 9 3.1.2 輥筒直徑與輥筒長(zhǎng)度 9 3.1.3輥距的確定 9 3.1.4輥筒

6、工作速度 10 3.1.5輥筒速比 10 3.1.6輥筒橫壓力分析 11 3.1.7物料對(duì)輥筒作用力 11 3.1.8 橫壓力基本概念 13 3.1.9橫壓力影響因素 14 3.1.10橫壓力計(jì)算與確定 15 3.2輥筒結(jié)構(gòu)形狀與各部分尺寸 15 3.2.1輥筒外形結(jié)構(gòu) 15 3.2.2輥筒受力分析 16 3.2.3速比齒輪的作用力 17 3.2.4溫度應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響 18 3.2.5輥筒的總體尺寸確定 18 3.3軸承的選擇 18 3.3.1 軸承的類(lèi)型 19

7、 3.3.2 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)尺寸 20 3.3.3軸承與軸勁間隙確定 21 3.3.4滑動(dòng)軸承的總體尺寸確定 22 第4章 開(kāi)煉機(jī)的電氣部分設(shè)計(jì) 24 4.1開(kāi)煉機(jī)的制動(dòng)裝置 24 4.1.1開(kāi)煉機(jī)主要的幾種制動(dòng)形式 24 4.1.2 開(kāi)煉機(jī)反接啟動(dòng)及制動(dòng)控制電路 25 4.2 傳動(dòng)電機(jī)的選擇 26 4.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)系列 26 4.2.2 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 27 4.3 開(kāi)煉機(jī)的調(diào)距裝置 28 4.3.1 電動(dòng)調(diào)距裝置的基本結(jié)構(gòu) 29 4.3.2 調(diào)距裝置控制電路 29 4.3.3調(diào)距

8、裝置電機(jī)的選用 30 4.3.4安全片的選擇 30 第5章 開(kāi)煉機(jī)電氣控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì) 32 5.1開(kāi)煉機(jī)控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 32 5.1.1 PLC的選擇及所選PLC的性能簡(jiǎn)介 32 5.1.2接觸器的選擇 34 5.1.3 其他按鈕的選取 36 5.1.4 開(kāi)關(guān)的選擇 36 5.1.5 指示燈的選取 37 5.1.6 熱繼電器的選擇 38 5.2系統(tǒng)的規(guī)劃 39 5.2.1操作面板的設(shè)計(jì) 39 5.3系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì) 40 5.3.1主回路原理圖設(shè)計(jì) 40 5.3.2 PLC的

9、輸入和輸出原理圖設(shè)計(jì) 41 5.4控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 43 5.4.1開(kāi)煉機(jī)工作流程圖 43 5.4.2開(kāi)煉機(jī)控制系統(tǒng)程序梯形圖 44 第6章 總結(jié) 52 參考文獻(xiàn) 53 致謝 54 摘 要 開(kāi)煉機(jī)是橡膠、塑料機(jī)械中最常用、最基本的設(shè)備之一，主要用于生膠的塑煉、膠料的混煉、混煉膠的熱煉等。 本設(shè)計(jì)首先對(duì)開(kāi)煉機(jī)輥筒進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)，其次對(duì)開(kāi)煉機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了繼電器設(shè)計(jì)，最后對(duì)開(kāi)煉機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了PLC改造。繼電器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了控制的自動(dòng)化，PLC的改造使得開(kāi)煉機(jī)的工作性能更加穩(wěn)定，可靠。調(diào)距更加精準(zhǔn)與快速。 關(guān)鍵詞：開(kāi)煉機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

10、PLC。 ABSTRACT The mixing machine which used commonly in rubber, plastics machinery is one of the most basic equipment,and mainly used in rubber, plastic, rubber mixing, mixing rubber thermal refining, etc. Firstly,this design folio mill roller for the mechanical design, secondly relay is design

11、ed for split refining machine control system, finally split refining machine control system of PLC. Relay design has realized the automation control, transformation of PLC is mixing mill work performance is more stable, reliable, controllable pitch more accurately and rapidly Key words: Mixing Ma

12、chine， Frmanwork Design, PLC。 第1章 緒論 上橡膠制品的品種與規(guī)格都己超過(guò)了十萬(wàn)種，橡膠用量和橡膠工業(yè)的總產(chǎn)值還在逐年增加。 橡膠機(jī)械行業(yè)是為橡膠制品提供加工裝備的。隨著世界橡膠產(chǎn)業(yè)，尤其是輪胎工業(yè)不斷向現(xiàn)代制造業(yè)的方向發(fā)展，橡膠機(jī)械工業(yè)出現(xiàn)了不少新的氣象。目前，全球橡膠機(jī)械的銷(xiāo)售額已超過(guò)28億美元，年均增長(zhǎng)達(dá)到1496以上。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，由于橡膠產(chǎn)業(yè)相繼進(jìn)入新一輪設(shè)備更新和技術(shù)創(chuàng)新時(shí)期［1］。 1.1引言 橡膠行業(yè)是一個(gè)非常重要且產(chǎn)量非常巨大的行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界可能延長(zhǎng)一段時(shí)間并將會(huì)繼續(xù)呈現(xiàn)同步向前的發(fā)展勢(shì)態(tài)。

13、 開(kāi)放式煉膠機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)煉機(jī)，是橡膠制品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種設(shè)備，至今己有一百多年歷史了。它隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，已成為橡膠工業(yè)中加工橡膠、塑料的常用設(shè)備之一，也是基本設(shè)備之一。據(jù)初略統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年生產(chǎn)各種開(kāi)煉機(jī)約2000臺(tái)，其規(guī)格型號(hào)約有50余種。在開(kāi)煉機(jī)的產(chǎn)量、品種、結(jié)構(gòu)和性能方面取得了很大發(fā)展。除滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)橡膠工業(yè)發(fā)展需要外，每年還有一定數(shù)量的開(kāi)煉機(jī)出口到東南亞及其他有關(guān)國(guó)家。開(kāi)煉機(jī)將在我國(guó)得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。 開(kāi)煉機(jī)主要由輥筒、軸承、機(jī)架、壓蓋、調(diào)距裝置、傳動(dòng)裝置、潤(rùn)滑裝置、輥溫調(diào)節(jié)裝置、緊急停車(chē)裝置及制動(dòng)裝置等組成。此外，還設(shè)有擋膠板、切膠片及膠片輸出等輔助裝置。

14、它的兩個(gè)輥筒并行排列，由裝在兩側(cè)機(jī)架滑槽內(nèi)的滑動(dòng)軸承支撐。兩側(cè)機(jī)架安裝在底座上，上部用橫梁連接。后輥固定不調(diào)距，其軸承體固定在機(jī)架窗口內(nèi)也不移動(dòng)，上軸承體上方由機(jī)架定位;前輥軸承體在機(jī)架窗口內(nèi)移動(dòng)，其兩側(cè)有平行滑動(dòng)面。和機(jī)架窗口構(gòu)成動(dòng)配合，輥筒兩端軸承體與調(diào)距裝置連接，利用調(diào)距裝置可使輥筒的軸承體作水平移動(dòng)來(lái)調(diào)整輥距的大小。輥筒為表面鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)。設(shè)有加熱冷卻裝置，輥筒滑動(dòng)軸承由手動(dòng)潤(rùn)滑裝置進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油為油脂。 開(kāi)煉機(jī)工作時(shí)，兩個(gè)錕筒以不同的線(xiàn)速度相向回轉(zhuǎn)。集中投放于錕筒上方的堆積物料由于錕筒表面的摩擦和黏附作用而被帶入輥隙（roll gap）之內(nèi)，逐漸形成楔型斷面的料條，輥隙內(nèi)

15、物料受到強(qiáng)烈的擠壓、剪切。因?yàn)闃O大的機(jī)械撕裂作用，同時(shí)伴隨著高分子材料分子鏈的氧化裂解，物料得以塑化；剪切使物料產(chǎn)生的形變，增加了各組分之間的界面，從而使其分布混合；足夠大的剪切應(yīng)力也使物料分散開(kāi)來(lái)。經(jīng)輥隙而后排出的物料，由于兩個(gè)輥筒的線(xiàn)速度和表面溫度的差異而包覆于前輥筒上并重返回兩輥筒之間，周而復(fù)始。一定時(shí)間后，經(jīng)多次機(jī)械作用并因巨大的剪切形變所釋放的能量，物料便逐漸趨于塑化并均勻混合［2］。 。 圖1 開(kāi)煉機(jī)工作原理圖 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)煉機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能有了很大的改進(jìn)。在新式開(kāi)煉機(jī)中，采用液壓馬達(dá)作為動(dòng)力傳動(dòng)裝置，使傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲降低;同時(shí)調(diào)距裝置也采用液壓結(jié)構(gòu)，具有過(guò)載

16、保護(hù)功能，調(diào)距方便，并可指示工作橫壓力值。開(kāi)煉機(jī)的一系列改進(jìn)，使其在技術(shù)上達(dá)到了一個(gè)新的水平。 1. 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 目前，在國(guó)內(nèi)橡膠機(jī)械生產(chǎn)廠制造的各種規(guī)格、型號(hào)的開(kāi)煉機(jī)中，仍然采用傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)距裝置，在操作方式上分為手動(dòng)和電動(dòng)兩種。安全裝置連接在調(diào)距裝置絲杠的頂端。安全片是安全裝置的核心零件，其材料為灰口鑄鐵。因?yàn)殍T鐵有延展性差、不耐剪切的特點(diǎn)，安全片在受到一定壓力的情況下會(huì)發(fā)生斷裂，使整個(gè)設(shè)備卸載，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。但這種結(jié)構(gòu)有一個(gè)非常大的缺點(diǎn)，即安全片破裂之后，更換比較麻煩影響安全生產(chǎn)進(jìn)度，且每個(gè)安全片的耐壓能力都不完全相同，因此在對(duì)設(shè)備的保護(hù)上有一定的

17、局限性。 如圖2所示為手動(dòng)調(diào)距裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，通過(guò)蝸輪蝸桿和螺桿螺母帶動(dòng)前輥軸承前后移動(dòng)。這種調(diào)距裝置的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，適用于中、小型規(guī)格開(kāi)煉機(jī)［3］。 1-前后輥承;2-安全片:3-安全片座:4球面座;5一調(diào)距螺桿:6調(diào)距螺母; 7一機(jī)架;8一蝸輪;9一刻度盤(pán)；10-蝸桿；11-指針；12-手輪 圖2 手動(dòng)調(diào)距裝置結(jié)構(gòu)圖 如圖3所示為電動(dòng)調(diào)距裝置，電機(jī)通過(guò)減速器，和蝸輪5、蝸桿6減速后，再經(jīng)螺母、螺桿帶動(dòng)前輥前后移動(dòng)。這種裝置的特點(diǎn)是操作方便，工作可靠，缺點(diǎn)是構(gòu)較復(fù)雜。一般為大規(guī)格開(kāi)煉機(jī)所普遍采用。 1一電機(jī);2一擺線(xiàn)減速器;3-螺

18、桿:4-螺母;5一蝸輪:6-蝸桿 圖3電動(dòng)調(diào)距裝置結(jié)構(gòu)圖 在國(guó)外，尤其是在歐洲的同類(lèi)設(shè)備中，隨著液壓技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，液壓調(diào)距廣泛使用。液壓式調(diào)距裝置以其液壓系統(tǒng)動(dòng)作平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)和安全可靠等特點(diǎn)彌補(bǔ)了機(jī)械式調(diào)距裝置的缺點(diǎn)和不足。雖然它在成本上比機(jī)械式調(diào)距式有所增加，但能夠有效地保證生產(chǎn)的連續(xù)性，而且設(shè)備使用廠不必再經(jīng)常到設(shè)備生產(chǎn)廠訂購(gòu)安全片。例如，西班牙GUMIX公司生產(chǎn)的開(kāi)煉機(jī)就采用計(jì)算機(jī)控制的液壓自動(dòng)調(diào)距機(jī)構(gòu)。它可根據(jù)煉膠工藝條件所制定的程序自動(dòng)放大或縮小輥距，在輥距操作上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，并有利于安全操作，保護(hù)機(jī)器免受過(guò)載損壞。這類(lèi)調(diào)距機(jī)構(gòu)取消了常用的安全墊片。因此總體來(lái)

19、說(shuō)，液壓式調(diào)距裝置為用戶(hù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益比機(jī)械式要大得多［4］。 1.3 課題研究的重點(diǎn)與基本內(nèi)容 橡膠制造業(yè)中廣泛應(yīng)用的開(kāi)煉機(jī)，是橡膠產(chǎn)品制造個(gè)流程中最重要的設(shè)備之一，生產(chǎn)實(shí)際中塑料、橡膠制品加工的質(zhì)量、工作效率及使用的可靠性，都對(duì)開(kāi)煉機(jī)的不斷完善和更新有著決定性的要求。開(kāi)煉機(jī)一般都由電機(jī)、減速機(jī)和工作機(jī)構(gòu)組成的。由于不同型號(hào)的開(kāi)煉機(jī)工藝范圍、設(shè)備性能要求等不盡相同，因此每一型號(hào)的開(kāi)煉機(jī)總體結(jié)構(gòu)和所需元件等方面都有自己的特點(diǎn)。 本課題主要體現(xiàn)開(kāi)煉機(jī)的機(jī)械構(gòu)成，以及開(kāi)煉機(jī)的滾筒設(shè)計(jì)，和開(kāi)煉機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)距控制系統(tǒng)基于PLC的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。 第2章 開(kāi)煉機(jī)的基本機(jī)構(gòu)以及

20、傳動(dòng)方式 開(kāi)煉機(jī)的主要工作部件是前后輥筒，前后兩個(gè)輥筒由輥筒軸承支撐安裝在左、右兩個(gè)機(jī)架上；壓蓋由螺栓固定在機(jī)架頂部；壓緊后輥軸承，而與前輥軸承保留一定間隙，使其能夠在機(jī)架上前后滑動(dòng)，以便調(diào)節(jié)輥距；調(diào)距裝置安裝在機(jī)架的前側(cè)；傳動(dòng)裝置帶動(dòng)前、后輥筒以一定的速比相對(duì)回轉(zhuǎn)，機(jī)架和傳動(dòng)裝置安裝在底座上；潤(rùn)滑裝置是保證輥筒軸承潤(rùn)滑的；在兩輥筒的上方操作者最容易接觸到的地方設(shè)有緊急停車(chē)裝置，以避免事故的發(fā)生；在前輥筒軸承的前端裝有安全裝置，以保護(hù)開(kāi)煉機(jī)主要零件在機(jī)器超負(fù)荷或發(fā)生故障時(shí)不受損壞；輥溫調(diào)節(jié)裝置用以加熱或冷卻輥筒，以滿(mǎn)足工藝要求。 2.1開(kāi)煉機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 本課題以整體式開(kāi)煉機(jī)

21、XK-450為基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)安裝在輥筒下方，減速器的傳動(dòng)齒輪安裝在右機(jī)架內(nèi)部，整個(gè)機(jī)器安裝在整體的鑄鐵底座上。 整體式開(kāi)煉機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，質(zhì)量小，安裝方便，外形美觀。缺點(diǎn)是維護(hù)、檢修不便，驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪仍為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，壽命短。 目前，國(guó)產(chǎn)整體式開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格有、、等。 XK-450開(kāi)練機(jī)的傳動(dòng)方式為整體式傳動(dòng)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。缺點(diǎn)是維護(hù)檢修不方便，開(kāi)始齒輪壽命短［5］。 圖4開(kāi)煉機(jī)傳動(dòng)圖 開(kāi)煉機(jī)根據(jù)不同的工作狀況，也有不同的輔助裝置。其主要的輔助裝置由翻膠裝置、擋膠裝置、膠片切割與冷卻裝置組成。 1、急速

22、器； 2、右調(diào)距裝置； 3、安全裝置； 4、昨調(diào)距裝置； 5、潤(rùn)滑系統(tǒng)； 6、加熱冷卻裝置 圖5開(kāi)煉機(jī)外形圖 2.2開(kāi)煉機(jī)的潤(rùn)滑 本機(jī)設(shè)有噴浴潤(rùn)滑和一般干油潤(rùn)滑點(diǎn)。潤(rùn)滑的好壞，不僅關(guān)系著機(jī)器的正常工作，而且直接影響到機(jī)?器的壽命，必須給予充分的注意。開(kāi)車(chē)前各潤(rùn)滑點(diǎn)應(yīng)加足潤(rùn)滑油，經(jīng)常檢查油量和清潔度，及時(shí)補(bǔ)充和更換潤(rùn)滑油［6］。 第3章 開(kāi)煉機(jī)部分零部件設(shè)計(jì) 3.1輥筒 3.1.1材料與技術(shù)要求 輥筒一般采用冷硬鑄鐵。輥筒在澆鑄成型時(shí)，工作表面使用金屬模，其他部位使用砂模，內(nèi)腔使用砂芯。與金屬模接觸的工作表面迅速冷凝生成堅(jiān)硬、耐磨的白口鐵，其他部位則緩慢冷凝生成

23、灰口鐵。所以冷硬鑄鐵輥筒具有工作表面硬度高、耐磨、耐腐蝕而內(nèi)部及軸頸韌性好、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性好、造價(jià)低的特點(diǎn)。 試驗(yàn)用小規(guī)格開(kāi)煉機(jī)輥筒也有采用中碳鋼制造的。 冷硬鑄鐵輥筒分為普通冷硬鑄鐵輥筒（標(biāo)記代號(hào)LTG-P）和合金冷硬鑄鐵輥筒（標(biāo)記代號(hào)LTG-H）兩種。輥筒經(jīng)機(jī)械加工后，白口深度及表面硬度應(yīng)符合下表的規(guī)定。白口太淺影響輥筒的使用壽命，白口太深則降低輥筒的強(qiáng)度［7］。 3.1.2 輥筒直徑與輥筒長(zhǎng)度 輥筒直徑與輥筒長(zhǎng)度是指輥筒工作部分的直徑與長(zhǎng)度，單位多以毫米（mm）表示。開(kāi)煉機(jī)輥筒的這兩個(gè)數(shù)據(jù)一般應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)注系列的規(guī)定。因此XK-450型開(kāi)煉機(jī)的輥筒的工作直

24、徑: =Ф450mm,輥筒的工作長(zhǎng)度：=1200mm。 輥筒直徑與輥筒長(zhǎng)度影響著機(jī)臺(tái)的捏煉容量（加工能力）、受力狀態(tài)及能量消耗。輥筒直徑與輥筒長(zhǎng)度越大，開(kāi)煉機(jī)的加工能力、所承受的作用力及能量消耗也越大。 捏煉容量是指開(kāi)煉機(jī)的一次投料量，該值的確定是否合理，不僅僅影響開(kāi)煉機(jī)的生產(chǎn)能力，而且也關(guān)系著捏煉物料的質(zhì)量。合理的捏煉容量是根據(jù)物料在全部包覆于前輥筒表面后、并在兩輥筒上方還存有適量的堆積料來(lái)確定的，一般可按經(jīng)驗(yàn)公式予以計(jì)算［8-9］ 式中 —— 一次

25、加料量， ； —— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，＝0.0065～0.0085 ； —— 輥筒直徑，cm ； —— 輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm 。 所以，將數(shù)據(jù)代入上式，XK-450開(kāi)煉機(jī)的捏煉容量為： L 3.1.3輥距的確定 兩輥筒工作表面之間的最小距離稱(chēng)之為輥距，單位以毫米（mm）表示。輥距的大小對(duì)開(kāi)煉機(jī)的捏煉效果、一次加料量、承受載荷及能量消耗都有影響，所以這是一個(gè)重要的操作變量。 輥速與速比一定時(shí)，較小的輥距會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力和擠壓力。輥距越小，開(kāi)煉機(jī)的捏煉效果越好，與此同時(shí)又因料片薄所致冷卻的改善而使其機(jī)械捏煉效果又

26、進(jìn)一步的提高。另外輥距越小，亦會(huì)加快物料混合時(shí)的分散速度；但是，過(guò)小的輥距也加大了生熱與升溫速度，并使堆積物料量增加，散熱困難，反之也影響了物料的混合分散的效果；而且還使物料通過(guò)輥距的速率減緩并加大了機(jī)臺(tái)的負(fù)荷與能量消耗。所以，輥煉時(shí)隨著配料劑的不斷加入，物料容量增多，輥距也應(yīng)逐步的很大，以保持輥筒上方存料的適量并改善機(jī)臺(tái)的受力狀況［10］。 XK-450開(kāi)煉機(jī)的大小應(yīng)根據(jù)物料的特性、工藝要求并隨操作過(guò)程的 進(jìn)行由專(zhuān)用的調(diào)距裝置來(lái)調(diào)節(jié)。生膠塊在破膠時(shí)輥距保持在2～2mm；橡膠在塑煉時(shí)的輥距在1 mm以下，包輥分段塑煉時(shí)的輥距為1.5～5mm；混煉時(shí)輥距為3～8mm。 3.1.4輥筒工作速度

27、 輥筒工作速度（roll line speed）常以輥筒表面回轉(zhuǎn)的線(xiàn)速度V（m/min）或輥筒轉(zhuǎn)數(shù)n（r/min）來(lái)表示，并多以前輥筒的輥速為標(biāo)記。增大輥速可有效地提高剪切速率并有利于提高生產(chǎn)能力，但機(jī)臺(tái)受到的作用力及功率消耗也隨著增大，并致使摩擦生熱與料溫升高。 開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作速度的大小取決與輥筒規(guī)格的大小，機(jī)器附屬設(shè)施的完善程度及工藝加工的需要等因素。一般地說(shuō)，較大規(guī)格輥筒、具備較為齊全附屬設(shè)施的開(kāi)煉機(jī)，輥筒工作速度亦較大；不同用途的機(jī)臺(tái)輥筒工作速度亦不同。 開(kāi)煉機(jī)的機(jī)械性能本身及其附屬設(shè)施都有了很大的發(fā)展。因此，其輥筒的工作速度也有了相應(yīng)的提高，開(kāi)煉機(jī)的輥

28、筒直徑為Ф450mm，其工作速度可達(dá)22m/min。 3.1.5輥筒速比 由上面的敘述可知，開(kāi)煉機(jī)的兩輥筒的速度一般是不同的，則定義兩輥筒線(xiàn)速度之比為速比，其表達(dá)式為 （1） ——速比 ——后輥筒線(xiàn)速度，m/min ； ——前輥筒線(xiàn)速度，m/min ； 在輥距處，假定輥筒表面物料的流動(dòng)速度即為輥筒線(xiàn)速度，那么物料沿輥距e的平均速度梯度（velocity gradient）(見(jiàn)圖2－1)為

29、 （2） 式中 ——速度梯度， ； ——輥距mm。 可見(jiàn)，速度梯度隨速比的增大和輥距的減小而增大，而且僅當(dāng)速比f(wàn)>1時(shí)增大輥筒線(xiàn)速度才可能有效地提高速度梯度。速度梯度越大，則物料受剪切的作用及機(jī)械的動(dòng)力消耗也越大，因此物料內(nèi)部的摩擦加劇致使生熱與料溫亦隨之加大。 開(kāi)煉機(jī)的速比主要根據(jù)其規(guī)格、機(jī)械化水平，同時(shí)參考橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)表2-4，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際水平，前輥速度為23m/min。參考橡膠機(jī)械設(shè)手冊(cè)，選用速比=1.27。 3.1.6輥筒橫壓力分析 根據(jù)流體捏煉理論，將位于兩輥筒間隙內(nèi)被捏煉物料視為不可壓縮的牛頓型流體，其通過(guò)輥隙時(shí)

30、呈現(xiàn)黏性流體的流動(dòng)狀態(tài)，且流態(tài)物料對(duì)輥筒作用有正壓力。開(kāi)煉機(jī)在工作過(guò)程中，輥隙內(nèi)物料對(duì)輥筒正壓力的大小及其分布直接關(guān)系到物料在輥隙中流動(dòng)時(shí)的速度分布、剪切應(yīng)力分布［11］。 3.1.7物料對(duì)輥筒作用力 由流體動(dòng)力理論的研究得知，當(dāng)物料的輥筒直徑相等（）、輥距相等（）、輥距為兩輥筒間隙中沿著輥隙（無(wú)量綱坐標(biāo)，）方向著一維等溫流動(dòng)（滿(mǎn)足潤(rùn)滑近似的假定）時(shí)（見(jiàn)圖6），物料對(duì)輥筒徑向壓力的分布如圖6中曲線(xiàn)所示?？梢?jiàn)，物料在輥隙范圍內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中，其壓力分布是不均等的。 （1）在物料初入輥隙的吃料看口（），物料尚未承受輥筒壓力，故壓力。 （2）在輥距前方近處（），物料壓力達(dá)到最大值。

31、 （3）在輥距處（），壓力，減至最大壓力的一半。 （4）在物料脫輥處（），物料壓力恢復(fù)至正常壓。 圖6 輥隙中壓力分布 輥筒間物料的流速分布與上述輥筒間物料壓力的變化密切相關(guān)。速度分布如圖7（a）所示。以壓力最大值的位置為界，將輥筒間的流道分為兩個(gè)區(qū)域，得到如下分析結(jié)果。 （1）在區(qū)域內(nèi)（出料區(qū)），壓力梯度，表示沿流道力逐 漸減小，壓差作用向前，形成正向壓力流。物料在輥筒拖曳與壓力作用下流動(dòng)，流道內(nèi)各層物料的流速均大于輥筒表面線(xiàn)速度，速度沿流道呈“超前速度分布” 。 （2）在輥距處，超前現(xiàn)象尤為明顯，在中心流層（=0）處物料的最大流速遠(yuǎn)大于輥筒表面線(xiàn)速度。 （3

32、）在區(qū)域內(nèi)（進(jìn)料區(qū)），壓力梯度，表示沿流道壓力逐漸加大，形成反壓力流，流道內(nèi)各層物料的流速均小于輥筒表面線(xiàn)速度，速度沿流道呈“滯后速度分布” 。 （4）在“滯后速度分布”區(qū)內(nèi)，隨著的減小，流道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一駐點(diǎn)，其中心流層（）處物料的流速等于零。 （5）在區(qū)域內(nèi)，物料的流速較為復(fù)雜。位于輥壁附近物料的流速為正，而中心流層附近物料的流速為負(fù)，從而形成物料旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（渦流）。在積料處的這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)促進(jìn)物料的均勻混合是有益的。 （6）在±處，即壓力極大值處和物料脫輥處，因?yàn)?，所以各層物料的流速均等于輥筒表面線(xiàn)速度。 （7）當(dāng)兩個(gè)輥筒工作速度不同（≠）時(shí)，物料在輥隙中的流速分布則與上述輥速相等

33、時(shí)的速度分布不同[見(jiàn)圖7（b）]，即物料的流線(xiàn)與輥隙中心呈“非對(duì)稱(chēng)性”分布，渦流區(qū)域減小并偏向低速輥筒一側(cè)。 （a）v1=v2時(shí) 輥隙中的速度分布 （b）v1≠v2時(shí) 輥隙中的速度分布 圖7 輥隙中的速度分布 根據(jù)上面輥筒間物料的流速分析，可以進(jìn)而得知輥隙中物料速度梯度分析（見(jiàn)圖8）。 （1）沿流道的各處截面，其中心流層的速度梯度為零，即；而在輥表面處物料的速度梯度皆為最大。 （2）在±處，即壓力極大值和壓力極小值（物料脫輥）處，截面任意部的速度梯度為零，即。 （3）沿流道的不同截面，在輥筒表面位置的速度梯度有所不同，其極大值位于區(qū)間的兩截面處。

34、 （4）當(dāng)兩個(gè)輥筒工作速度不同時(shí)（≠）時(shí)，沿流道的各處截面上的速度梯度均不為零。 （5）提高輥距速度、減小輥距可以相應(yīng)增大速度梯度。 圖8 輥隙中的速度梯度分析 3.1.8 橫壓力基本概念 將物料在輥隙范圍內(nèi)對(duì)輥筒的徑向總合壓力稱(chēng)之為橫壓力，因其具有將配對(duì)輥筒分離的趨勢(shì)，故又稱(chēng)之為分離力。橫壓力是開(kāi)煉機(jī)工作時(shí)所承受的主要負(fù)荷之一，其量值的大小影響到機(jī)器工作的安全可靠性能、使用壽命及輥筒能量的消耗。 圖9 橫壓力計(jì)算 由上述物料壓力曲線(xiàn)分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)量可以近似求得橫壓力作用位置。橫壓力作用線(xiàn)與水平線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)之為合力角。根據(jù)物料種類(lèi)、工作溫度、輥距值等因素的變化，一般在范

35、圍之內(nèi)，橫壓力可以分解為水平橫壓力和垂直橫壓力，橫壓力計(jì)算如圖9所示。 若把輥筒工作部分縱長(zhǎng)1cm 上的橫壓力稱(chēng)為單位橫壓力（horizontal separating force per unit length）,并以表示，那么總的橫壓力為 （3） 式中

36、 ——橫壓力，N ； ——水平橫壓力，N ； ——垂直橫壓力，N ； ——合力角 ； ——單位橫壓力，N/min ； ——輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm 。 開(kāi)煉機(jī)在實(shí)際捏煉物料的過(guò)程中其橫壓力的數(shù)值是變化的。在開(kāi)始的幾分鐘橫壓力達(dá)到最大值。其后由于膠溫提高、膠料變軟，橫壓力隨之而下降，當(dāng)膠料的可塑度均勻后，橫壓力的變化也就不大了。 3.1.9橫壓力影響因素 輥筒所受橫壓力的大小受多種因素的影響，主要取決于物料的性質(zhì)、加工溫度、輥距、輥筒線(xiàn)速度與速比和輥筒的規(guī)格等。 （1）物料性質(zhì) 物料越硬、橫壓力越大，例如硬膠料的混煉與熱煉較天然膠塑煉的橫壓力要大。

37、 （2）加工溫度 物料溫度越低，橫壓力越大，例如冷破膠比預(yù)熱到后再破膠，橫壓力要大10％～15％。 （3）輥距 輥距越小，橫壓力越大。 （4）輥筒工作速度與速比 這兩個(gè)參數(shù)對(duì)橫壓力的影響比較復(fù)雜。從流變學(xué)的觀點(diǎn)分析，輥速與速比越大，物料在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大的變形，橫壓力會(huì)相應(yīng)增加；但在此同時(shí)，物料溫度亦會(huì)升高，使橫壓力相對(duì)減小，兩方面有相互抵消的作用，故橫壓力增加不大。 （5）輥筒規(guī)格 同樣的加工狀況，在不同規(guī)格的開(kāi)煉機(jī)上所得的橫壓力值則不同。開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格越大，被加工的物料量越多，橫壓力就越大。 3.1.10橫壓力計(jì)算與確定 根據(jù)流體動(dòng)力理論中奈維·斯托克斯（Navier S

38、toker）方程式，在上述已定的基本假設(shè)條件下可以近似獲得物料對(duì)輥筒的單位橫壓力如方程所示： （4） 式中 ——單位橫壓力，N/cm ； ——輥筒直徑，cm ； ——速比； ——剪切系數(shù)，N/。 根據(jù)開(kāi)煉機(jī)的被加工物料、工藝過(guò)程、輥筒速度、輥距等因素的影響，將數(shù)據(jù)代入上式，開(kāi)煉機(jī)的單位橫壓力為 。 3.2、輥筒結(jié)構(gòu)形狀與各部分尺寸 3.2.1輥筒外形結(jié)構(gòu) 開(kāi)煉機(jī)的典型結(jié)構(gòu)形狀如圖10所示，整個(gè)輥筒分為三部分。即直徑為D的工作部分，稱(chēng)為輥筒體；直徑為的支持部分稱(chēng)為輥勁；直徑為的

39、傳動(dòng)部分。 圖10 輥筒形狀與各部尺寸 開(kāi)煉機(jī)的輥筒尺寸是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料確定的，一般以工作部分的直徑D為基礎(chǔ)而得出。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輥筒的尺寸大小為： 輥筒工作長(zhǎng)度為：=1200mm， 輥筒內(nèi)徑：=（0.55～0.62）D=0.6450=270mm 輥頸直徑：=（0.65～0.7）D=0.67450=300mm 輥頸長(zhǎng)度：=（1.0～1.2）=1.07300=320mm 輥筒傳動(dòng)部分直徑：=（0.85～0.95）=0.87300=260mm 輥筒傳動(dòng)部分長(zhǎng)度：=（1.06～1.10）=1.077260=280mm 3.2.2輥筒受力分析 開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作時(shí)受有較大的橫壓力、

40、摩擦力、溫度應(yīng)力、大小驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的作用。由于膠料橫壓力的作用，輥筒要受彎曲應(yīng)力，由于膠料的摩擦你和軸承的摩擦你作用，輥筒要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可見(jiàn)輥筒實(shí)際上是受有彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。 由于輥筒內(nèi)外溫度差而引起的溫度應(yīng)力和冷硬鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力都對(duì)輥筒強(qiáng)度有影響，在精確計(jì)算時(shí)都應(yīng)考慮。但是內(nèi)應(yīng)力因計(jì)算困難，一般在安全系數(shù)中考慮即可。 輥筒在工作狀態(tài)的負(fù)荷如圖11所示。 圖11 輥筒應(yīng)力分析 膠料對(duì)輥筒的橫壓力 （5）

41、 （6） （7） 式中 ——總橫壓力，N ； ——單位橫壓力，N ； ，——橫壓力的水平分力，垂直分力，N 。 帶入數(shù)值得， 3.2.3速比齒輪的作用力 在開(kāi)煉機(jī)煉膠時(shí)前輥筒的扭矩是通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的。前速比齒輪很小時(shí)，可近似認(rèn)為：兩輥筒的扭矩相等。所以前、后輥筒扭矩為：

42、 （8） 式中 、——前、后輥筒扭矩，N.mm ； 、——前、后輥筒消耗功率，KW ； 、——前、后輥筒轉(zhuǎn)速，。 帶入數(shù)據(jù)得： N/mm 圓周作用力： （9） 式中 ——后輥筒速比齒輪節(jié)圓直徑，mm 。 帶入數(shù)據(jù)得： N 3.2.4溫度應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響 輥筒的溫度應(yīng)力是由于內(nèi)外表面的溫度差異產(chǎn)生的。機(jī)械應(yīng)力和溫度應(yīng)力同時(shí)作用于輥筒。若此兩部分應(yīng)力疊加超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)輥筒就會(huì)產(chǎn)生破壞。故考慮溫度應(yīng)力對(duì)輥

43、筒的強(qiáng)度的影響時(shí)，其強(qiáng)度條件應(yīng)符合： 式中 ——輥筒的機(jī)械應(yīng)力，N/mm ； ——輥筒的溫度應(yīng)力，N/mm ； ——輥筒材料的許用應(yīng)力，N/mm 。 3.2.5輥筒的總體尺寸確定 輥筒基本要求如下及基本尺寸見(jiàn)圖12所示。 (1)輥筒φ450表面白口深度4～22，φ450表面硬度HS68～75，φ300表面硬度HS35～48； (2)輥筒不允許存在裂紋,輥筒非工作區(qū)范圍內(nèi)允許有直徑2以下的砂眼氣孔,其數(shù)量不超過(guò)3個(gè),輥筒軸項(xiàng)表面不允許有氣孔、砂眼、縮

44、松等缺陷；在安裝齒輪處允許有直徑3以下氣孔、砂眼,其數(shù)量不超過(guò)3個(gè)； (3)輥筒灰口部分抗拉強(qiáng)度不得低于180MPa，抗彎強(qiáng)度不得低于360MPa。 (4)輥筒軸頸表面與不加工內(nèi)表面同軸度誤差不大于10mm 圖12 輥筒具體尺寸 3.3 軸承的選擇 輥筒軸承的工作條件：轉(zhuǎn)速低、負(fù)荷大、溫度較高。主要采用滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩種形式。 3.3.1 軸承的類(lèi)型 （1）滑動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承由軸承體和軸瓦（軸襯）兩部分組成，如圖3-8所示。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低。軸承體為灰鑄鐵件，軸襯材料有兩種：鑄錫青銅（ZQ8-12 或）和填MC尼龍。

45、 與銅軸瓦相比，尼龍軸瓦的優(yōu)點(diǎn)是：具有良好的自潤(rùn)滑性和儲(chǔ)油能力；耐磨性能好，壽命長(zhǎng)；抗沖擊，吸震，消音；密度小，質(zhì)量輕；摩擦系數(shù)?。ㄇ嚆~的摩擦系數(shù)為0.27，填充MC, 尼龍則為0.12），發(fā)熱少，節(jié)能效果顯著；機(jī)械加工容易，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：導(dǎo)熱性差，熱膨脹大。 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑，按油質(zhì)分為干油潤(rùn)滑和稀油潤(rùn)滑兩種。 干油潤(rùn)滑有兩種形式：油杯手動(dòng)潤(rùn)滑和干油泵自動(dòng)潤(rùn)滑。 稀油潤(rùn)滑是采用油泵將潤(rùn)滑油注入各軸瓦，軸瓦出來(lái)的油流回油箱，經(jīng)過(guò)濾循環(huán)使用。稀油潤(rùn)滑系強(qiáng)制潤(rùn)滑，其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑效果好、軸瓦散熱快、采用稀油潤(rùn)滑的軸承體設(shè)進(jìn)油口、出油口和油道，兩端有密封圈，如圖

46、13所示。 (a) (b) 1-軸承體；2-軸襯；3-固定螺絲；4-壓蓋；5-螺釘；6-密封圈；7-進(jìn)油口； 8-導(dǎo)油管 圖13 滑動(dòng)軸承 輥筒軸頸與軸瓦的間隙是保證開(kāi)煉機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要參數(shù)。間隙過(guò)大，降低精度和使用壽命；間隙過(guò)小，易卡住和燒瓦。確定適宜的間隙應(yīng)考慮下列因素： （1）保證運(yùn)轉(zhuǎn)的間隙； （2）軸頸溫度升高的膨脹值； （3）制造公差帶和安裝精度偏差面； 輥筒軸頸與軸瓦的最小間隙： 最大間隙：

47、 （2）滾動(dòng)軸承 近年來(lái)，在大型開(kāi)煉機(jī)上采用了雙列向心球面滾子軸承，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-9所示，其特點(diǎn)是摩擦損失小，使用壽命長(zhǎng)，電能消耗少，安裝方便，容易維護(hù)，與滑動(dòng)軸承相比潤(rùn)滑油消耗減少75%，但造價(jià)高。 根據(jù)輥筒的工作條件：轉(zhuǎn)速低，負(fù)荷大，溫度較高。以及輥筒軸頸與軸瓦的間隙可以保障輥筒的正常工作，所以軸承選用滑動(dòng)軸承。 1-軸承座；2-雙面向心球面滾子軸承；3-定距套 圖14 滾動(dòng)軸承 3.3.2 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)尺寸 軸承體選用鑄鐵HT200，軸襯材料主要有用青銅和尼龍兩種，由于尼龍軸襯的導(dǎo)熱性能差，熱膨脹較大，因此選用青銅軸襯ZCuSn10Pb1，

48、參考橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)： 軸承體內(nèi)孔直徑： 鑄型尼龍軸襯結(jié)構(gòu)尺寸選擇，壁厚的選擇參見(jiàn)表1所示。 表1 尼龍軸襯壁厚 單位：mm 軸襯內(nèi)徑（d） 軸襯壁厚 軸襯內(nèi)徑（d） 軸襯壁厚 100～150 4.5～7 300～400 12～16 150～200 7.5～10 ＞400 15～20 200～300 10～13 根據(jù)XK-450開(kāi)煉機(jī)的設(shè)計(jì)工作情況，且軸襯內(nèi)徑＝300mm,所以取軸襯壁厚： 軸承體高度： ，取35可得H=300+35=335mm 軸襯長(zhǎng)度： 。軸頸長(zhǎng)度為320mm,取40可計(jì)算得軸襯長(zhǎng)

49、度mm。 3.3.3軸承與軸勁間隙確定 軸承與軸勁間隙對(duì)開(kāi)煉機(jī)的影響：間隙過(guò)大，影響精度和使用壽命；間隙過(guò)小，容易卡住和燒瓦。一般兩者間的間隙選擇是在保證具有良好的潤(rùn)滑條件下取小值。 各規(guī)格開(kāi)煉機(jī)的輥筒軸勁與軸承之間的間隙取值可參見(jiàn)表5－4所示。 表2 輥筒軸勁與軸承之間的徑向間隙 單位：mm 開(kāi)煉機(jī)型號(hào) XK-160 XK-250 XK-360 XK-400 XK-450 XK-550 銅軸瓦間隙 0.2～0.4 0.3～0.55 0.3～0.55 0.3～0.6 0.3～0.6 尼龍軸瓦間隙 0.4～0.6

50、 0.6～0.8 0.7～1.0 0.8～1.1 0.9～1.4 1.1～1.4 間隙選擇時(shí)應(yīng)考慮： （1） 軸勁的熱膨脹 （10） 式中 ——軸勁線(xiàn)膨脹系數(shù)（） ——軸承最大工作溫度（） ——室內(nèi)氣溫（） 帶入數(shù)據(jù)得： mm （2）保證運(yùn)轉(zhuǎn)的間隙 按配合的最小間隙選取 mm （3）制造公差和安裝精度 最小公差帶0.1mm。安裝精度0.15/1000,則mm （4）軸承體熱膨脹 由于溫度不高，可不考慮。 所以，最小間隙：mm； 最大間隙：

51、mm 綜合考慮以上的因數(shù)，及輥筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的必要間隙和輥筒與軸承端面的不垂直度等，XK-450開(kāi)煉機(jī)的間隙確定為：mm。 3.3.4滑動(dòng)軸承的總體尺寸確定 根據(jù)滑動(dòng)軸承的實(shí)際情況進(jìn)行一些工藝改進(jìn)；軸承內(nèi)表面不得有砂眼，氣孔，疏松等鑄造缺陷。 圖15 滑動(dòng)軸承零件圖 輥筒基本要求如下及基本尺寸見(jiàn)圖15所示。 第4章 開(kāi)煉機(jī)的電氣部分設(shè)計(jì) 4.1 開(kāi)煉機(jī)的制動(dòng)裝置 當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，拉動(dòng)緊急停車(chē)裝置，切斷主機(jī)電源，制動(dòng)裝置立即剎車(chē)。要求空運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)后，前輥筒繼續(xù)回轉(zhuǎn)不得超過(guò)1/4轉(zhuǎn)。制動(dòng)方式有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。 4.1.1開(kāi)煉機(jī)主要的幾種制動(dòng)形式

52、1. 機(jī)械制動(dòng)在主電機(jī)" 減速器的聯(lián)軸節(jié)上安裝電磁制動(dòng)器，這是普遍采用的制動(dòng)力式，具有簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)。電磁制動(dòng)器有通電制動(dòng)和斷電制動(dòng)兩種，開(kāi)煉機(jī)多采用通電制動(dòng)［13］。 制動(dòng)器通電與斷電是由緊急停車(chē)裝置控制的行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。 2.電氣制動(dòng)電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)、自勵(lì)發(fā)電制動(dòng)和電機(jī)反接制動(dòng)三種方法。 （1）能耗制動(dòng)其原理是在需要停機(jī)時(shí)切斷主電機(jī)電源，同時(shí)通直流電入電機(jī)定子繞組，便產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。直流電由硅整流器供給。能耗制動(dòng)已在各種規(guī)格開(kāi)煉機(jī)上應(yīng)用。其缺點(diǎn)是制動(dòng)發(fā)熱量大，約是電機(jī)啟動(dòng)發(fā)熱量的4倍。 圖16 自勵(lì)發(fā)電制動(dòng) （2）自勵(lì)

53、發(fā)電制動(dòng)是利用異步電機(jī)轉(zhuǎn)子剩磁和旋轉(zhuǎn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)的方法。其原理如圖16所示，在線(xiàn)路接觸器KM1斷開(kāi)的瞬間，制動(dòng)接觸器KM2 閉合接上電阻—電容電路，從而形成自勵(lì)發(fā)電制動(dòng)。這種制動(dòng)方法無(wú)需外供能量，電路簡(jiǎn)單，制動(dòng)效果良好，可在含有大量粉塵的環(huán)境中使用。但不適用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特別大的機(jī)械。接入電阻、電容的恰當(dāng)量值的確定較為困難 (3) 電機(jī)反接制動(dòng)是改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)電源相序，使電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原來(lái)的轉(zhuǎn)矩相反，從而快速制動(dòng)。由于反接制動(dòng)時(shí)電機(jī)電流很大，需在主回路中接入限流電阻。使用這種方法應(yīng)在電機(jī)軸上連接一個(gè)速度繼電器，當(dāng)轉(zhuǎn)速降100r/min時(shí)，速度繼電器斷開(kāi)電源，避免電機(jī)反轉(zhuǎn)。反接制

54、動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，制動(dòng)迅速，調(diào)整方便。缺點(diǎn)是制動(dòng)沖擊大，準(zhǔn)確度不高。開(kāi)煉機(jī)中廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)最終采用電機(jī)反接制動(dòng)，來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)煉機(jī)的制動(dòng)裝置。 4.1.2 開(kāi)煉機(jī)反接啟動(dòng)及制動(dòng)控制電路 圖17 開(kāi)煉機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)控制電路 開(kāi)煉機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)控制電路如圖17所示。 啟動(dòng)控制電路的工作過(guò)程是：主電路為M為繞線(xiàn)電機(jī)串電阻分級(jí)啟動(dòng)。按下SB2，線(xiàn)圈KM1自鎖，線(xiàn)圈KT1得電，KM1主觸頭吸合。KT1計(jì)時(shí)時(shí)間T結(jié)束后，KT1延時(shí)閉合按鈕閉合，KM2線(xiàn)圈得電，KT2得電，KM2常閉點(diǎn)斷開(kāi)，KT1復(fù)位，KM2主觸頭吸合，短路第一級(jí)電阻，KT2計(jì)時(shí)T結(jié)束后KT2的延時(shí)閉合按鈕閉合，KM3

55、先群得掉，時(shí)間繼電器KT3得掉，KM3主觸頭閉合每段劫第二級(jí)電阻，KM3常閉斷開(kāi)，復(fù)位KM2和時(shí)間繼電器KT2，KT3時(shí)間T后延時(shí)閉合按鈕，KM4線(xiàn)圈得電，短接所有啟動(dòng)電阻，全壓?jiǎn)?dòng)。 制動(dòng)控制工作過(guò)程，當(dāng)啟動(dòng)后，按下按鈕SB1,線(xiàn)圈KM1失電，主觸頭KM1斷開(kāi)，線(xiàn)圈KM5得電，主觸頭KM5吸合，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 4.2 傳動(dòng)電機(jī)的選擇 開(kāi)煉機(jī)工作時(shí)負(fù)荷變動(dòng)較大，又考慮到有時(shí)需要負(fù)載啟動(dòng)?；鞜捙c壓片時(shí)粉狀配合劑飛揚(yáng)易引起電動(dòng)機(jī)短路，故對(duì)開(kāi)煉機(jī)用電機(jī)的要求主要有： （1）啟動(dòng)扭矩要大； （2）具有超負(fù)荷特性，要求倍以上； （3）能夠正反轉(zhuǎn)動(dòng)； （4）轉(zhuǎn)速要恒定； （5）

56、制動(dòng)性能要好； （6）電機(jī)應(yīng)才用封閉型。 常用電機(jī)為三相異步交流電動(dòng)機(jī)，一般選用鼠籠式轉(zhuǎn)子封閉自扇冷式異步電機(jī)，也可選用擾線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)。后者啟動(dòng)性能比前者好，但可靠性差，價(jià)格高。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防塵啟動(dòng)性能雖然不如擾線(xiàn)型異步電機(jī)來(lái)得大，但是由于開(kāi)煉機(jī)多是空車(chē)啟動(dòng)的，故啟動(dòng)性能可以滿(mǎn)足開(kāi)煉機(jī)的要求。 4.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)系列 按工作要求以及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。 在煉膠過(guò)程中，傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率消耗是不均勻的，在煉膠開(kāi)始很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大值。其值常為工作數(shù)分鐘后電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的2～3倍。這是由于煉膠機(jī)開(kāi)始時(shí)膠料為塊狀，彈性與硬度都較高，故必然消

57、耗較大功率，隨著煉膠時(shí)間的加長(zhǎng)、膠料升溫并變軟，功率消耗下降。 按滾筒旋轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)功率： 輥筒旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的阻力矩有兩個(gè)，一個(gè)是克服膠料變形的阻力矩，另一個(gè)是克服摩擦阻力矩。而總阻力矩M=+ 公斤·厘米 式中 M——輥筒旋轉(zhuǎn)的總阻力矩，公斤·厘米 ； ——克服膠料變形的阻力矩，公斤·厘米 ； ——克服軸承摩擦的阻力矩，公斤·厘米 。 克服膠料變形的阻力矩：= 公斤·厘米 （11） 式中 ——橫壓力水平分力，公斤 ； D——輥筒直徑，厘米 ； ——橫壓力合力角，取10°。 代如數(shù)據(jù)求得=900×120×45×0.1736=84

58、3930 公斤·厘米； 克服軸承摩擦的阻力矩：=（P+G） 公斤·厘米 （12） 式中 P——橫壓力，公斤 ； G——滾筒重力，公斤 ； d——輥頸直徑，厘米 ； ——軸承摩擦系數(shù) 。 代入數(shù)據(jù)可求得=（105416+1630）×30×0.05=160569 公斤·厘米。 若兩個(gè)輥筒平均轉(zhuǎn)速為n（轉(zhuǎn)/分），傳動(dòng)效率為，則電動(dòng)機(jī)的功率為： N= 千瓦 （13） 式中 n——兩輥平均轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分； ——機(jī)械傳動(dòng)效率，按照經(jīng)驗(yàn)取0.9。 將數(shù)據(jù)代入上式，可求得電機(jī)功率N==95 千瓦 根據(jù)

59、橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)，在實(shí)際選擇電動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，應(yīng)比上述計(jì)算值小1.5～2倍。 4.2.2 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 已知主軸軸轉(zhuǎn)速為：減速系統(tǒng)的傳動(dòng)比為36，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為： 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速由得出有三種適用的常用電動(dòng)機(jī)型號(hào)如表3所示： 表3 常用電機(jī)型號(hào) 型號(hào) 功率（kw） 轉(zhuǎn)速（r/min） 280M 55 1000 315S 55 750 215M 55 600 圖18 電動(dòng)機(jī)基本參數(shù) 綜合考慮到生產(chǎn)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性與合理性，參照經(jīng)驗(yàn)選擇，選Y280M-6型電動(dòng)機(jī)來(lái)提供輥筒動(dòng)力。 電動(dòng)機(jī)315S的主要外形和安裝尺寸如表4所示。 表4 Y280M-

60、6電機(jī)外形尺寸 中心高 外形尺寸 L（AC/2+AD）HD 底腳安裝 尺寸AB 地腳螺栓直徑K 軸伸尺寸DE 裝鍵部位尺寸FGD 280 815685645 457368 24 80170 2286 4.3 開(kāi)煉機(jī)的調(diào)距裝置 根據(jù)不同生產(chǎn)類(lèi)型的工藝要求，輥距需要進(jìn)行調(diào)整。其調(diào)整量大小與開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格和用途有關(guān)，開(kāi)煉機(jī)的調(diào)整量的大小為0.110毫米之間。 常用的調(diào)距裝置按動(dòng)力形式不同，可分為；手動(dòng)式、電動(dòng)式、手-電動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式。手動(dòng)式和電動(dòng)式的調(diào)距裝置操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。但手動(dòng)式的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且不能在負(fù)荷下調(diào)節(jié)。電動(dòng)式的準(zhǔn)確程度較差。手動(dòng)

61、-電動(dòng)式的克服了各自的缺點(diǎn)，保留了原有的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。液壓傳動(dòng)式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但操作可靠性差，價(jià)格較高。綜合現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際，選用電動(dòng)調(diào)距裝置［14］。 4.3.1 電動(dòng)調(diào)距裝置的基本結(jié)構(gòu) 1一電機(jī);2一擺線(xiàn)減速器;3-螺桿:4-螺母;5一蝸輪:6-蝸桿 圖19 電動(dòng)調(diào)距裝置結(jié)構(gòu)圖 4.3.2 調(diào)距裝置控制電路 調(diào)距控制工作過(guò)程：推上刀開(kāi)關(guān)QS啟動(dòng)，按下開(kāi)關(guān)SB3，KM6線(xiàn)圈得電，接觸器KM6主觸頭閉合，KM6常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)通電啟動(dòng)，滾間距增大。松開(kāi)SB3，KM6線(xiàn)圈失電，接觸器KM6斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)KM6吸合，電機(jī)停止。按下開(kāi)關(guān)SB4線(xiàn)圈KM7得電，接觸

62、器KM7吸合，常閉觸點(diǎn)KM7斷開(kāi)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。松開(kāi)開(kāi)關(guān)SB4，KM7線(xiàn)圈失電，借出去KM7斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)KM7吸合，電機(jī)停止。正轉(zhuǎn)撞上安全片上時(shí)，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)SQ1，SQ1常閉斷開(kāi)，線(xiàn)圈KM6失電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合指示燈點(diǎn)亮,反轉(zhuǎn)撞上安全片時(shí)，觸發(fā)形成開(kāi)關(guān)SQ2，SQ2常閉斷開(kāi)，線(xiàn)圈KM7失電，SQ1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合指示燈點(diǎn)亮。 安全控制工作過(guò)程：推上刀開(kāi)關(guān)QS啟動(dòng)，按下開(kāi)關(guān)SB3，KM6線(xiàn)圈得電，接觸器KM6主觸頭閉合，KM6常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)通電啟動(dòng)，滾間距增大。松開(kāi)SB3，KM6線(xiàn)圈失電，接觸器KM6斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)KM6吸合，電機(jī)停止。按下開(kāi)關(guān)SB4線(xiàn)圈KM7得電，接觸器KM7吸合，常閉

63、觸點(diǎn)KM7斷開(kāi)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。松開(kāi)開(kāi)關(guān)SB4，KM7線(xiàn)圈失電，借出去KM7斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)KM7吸合，電機(jī)停止。正轉(zhuǎn)撞上安全片上時(shí)，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)SQ1，SQ1常閉斷開(kāi)，線(xiàn)圈KM6失電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合指示燈點(diǎn)亮,反轉(zhuǎn)撞上安全片時(shí)，觸發(fā)形成開(kāi)關(guān)SQ2，SQ2常閉斷開(kāi)，線(xiàn)圈KM7失電，SQ1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合指示燈點(diǎn)亮。 圖20 調(diào)距裝置控制電路 4.3.3調(diào)距裝置電機(jī)的選用 三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用非常廣泛，因而正確的選擇電動(dòng)機(jī)顯得極為重要。三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇包括它的功率、種類(lèi)、方式、電壓和轉(zhuǎn)速等。合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率是運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)的可靠保證。所選電動(dòng)機(jī)的功率是由生產(chǎn)機(jī)械所需的。

64、此次設(shè)計(jì)選擇Y132S-84三相交流異步電機(jī)，額定功率為1.5KW，額定電流為，額定轉(zhuǎn)速為。由于開(kāi)煉機(jī)的調(diào)距范圍在0.1-0.15之間，而該電機(jī)啟動(dòng)后傳動(dòng)螺桿進(jìn)行調(diào)距，，功率不需太大，轉(zhuǎn)速不需要太高。。此次設(shè)計(jì)選擇的三相異步電機(jī)的型號(hào)為Y132S-8，其額定功率為2.2KW，額定電流為，額定轉(zhuǎn)速為。 4.3.4安全片的選擇 為保證安全墊片對(duì)機(jī)臺(tái)起到的過(guò)載保護(hù)作用，對(duì)安全墊片的技術(shù)規(guī)格：安全墊片材料選用鑄鐵HT150，要求厚度均勻，加工光滑，厚度誤差不大于0.05毫米，而且需要每批做實(shí)際試驗(yàn)后最總確定其厚度；安全墊片的破壞載荷為每個(gè)軸承最大水平橫壓力的1.5倍。 具體的安全墊片的規(guī)格見(jiàn)

65、表5。 表5 安全墊片尺寸及破壞載荷 開(kāi)煉機(jī)規(guī)格 mm×mm 安全墊片厚度 mm 安全片破壞直徑mm 破壞載荷 KN 18 70 750 20 85 750±20 23 95 1100±30 19 95 900±30 17 108 1000±20 根據(jù)表5所示的數(shù)據(jù)選擇開(kāi)煉機(jī)的安全墊片的厚度為20mm，直徑為85mm。 第5章 開(kāi)煉機(jī)電氣控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì) 5.1開(kāi)煉機(jī)控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 5.1.1 PLC的選擇及所選PLC的性能簡(jiǎn)介 1、PLC的選擇 根據(jù)以上要求，系統(tǒng)出設(shè)備啟動(dòng)與緊急停止通過(guò)強(qiáng)

66、電控制線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)外，其余都可用PLC控制，因此，PLC的輸入輸出可統(tǒng)計(jì)如下。 PLC輸入點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)輸入11點(diǎn)，操作面板輸入8點(diǎn)，共計(jì)19點(diǎn)。全部為觸點(diǎn)的呼入信號(hào)。 PLC輸出點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)輸出4點(diǎn)，操作面板輸出12點(diǎn)，共計(jì)16點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)輸出中，3點(diǎn)為AC220V交流接觸器線(xiàn)圈；1點(diǎn)為DC24V電磁閥；其余均為DC24V指示燈。 本此設(shè)計(jì)的要求較簡(jiǎn)單，很多PLC都可滿(mǎn)足要求。三菱系列PLC是日本三菱的產(chǎn)品，是在工業(yè)領(lǐng)域使用比較廣泛的PLC品種之一，此次設(shè)計(jì)采用其中的-48MR-001型，其功能強(qiáng)大，有較高的性?xún)r(jià)比。其輸入模塊為24點(diǎn)DC24V輸入，輸出模塊為24點(diǎn)DC30V/AC250V,2A繼電器輸出。 2、所選PLC的性能簡(jiǎn)介 （1）三菱PLC的一般技術(shù)指標(biāo)［15］。 PLC的一般技術(shù)指標(biāo)如表6所示。 表6 PLC的一般技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng) 目 性能指標(biāo) 注 釋 操作控制方式 反復(fù)掃描程序 有邏輯控制器LSI執(zhí)行 I/O刷新方式 批處理方式（在END指令執(zhí)行時(shí)成批刷新） 有