印铁机烘房的关键技术研究开题报告

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1、南京理工大学硕士研究生 学位论文开题报告 姓 名： 洪孝伟 学 号： 111010042 学 科： 机械制造及自动化 所在院系： 机械工程学院 指导教师： 王栓虎 2012 年 9 月 18 日填 1 一、一、 拟选定学位论文的题目名称拟选定学位论文的题目名称 印铁机烘房的关键技术研究 二、二、 选题的科学意义和应用前景选题的科学意义和应用前景 印铁烘房生产线是一种金属包装印刷机械装备，主要用于铁制品的印刷、烘干工艺过 程。印铁工艺与印纸工艺有相似之处，又有较大的不同。纸张的印刷烘干过程具有涂料易 吸附、干燥迅速的特点，其烘干工艺过程较简单。铁皮的烘干工艺过程存在涂料不易吸附、 烘干时间较长等

2、特点，涂料品种不同，要求的烘干工艺温度和烘干时间也不同，烘干时间 一般要求 510 分钟，而烘房的长度也受限，与印纸工艺的平铺烘干不同，印刷铁皮要通 过进铁装置竖直进入烘房，每张铁皮占有独立的位置不能重叠，这样既能保证烘干的工艺 温度，又能保证烘干时间1。印铁工艺流程如图 1.1 所示。 图 2.1 印铁工艺流程 根据硬件设备组成划分，印铁烘房生产线主要由印铁机和烘房生产线两大部分组成， 它们分别完成如图 2.1 中的虚线框部分和实线框部分所示的工艺过程。根据印铁机完成功 能的复杂程度不同，一般分为单色印铁机和多色印铁机。单色印铁机只能在背景色上印刷 一种颜色的文字与图案，国内已经具备独立设计

3、、制造双色印铁机的能力。多色印铁机可 以在单色印刷的基础上，通过增加机组的数量而在背景色的基础上印刷更多颜色的文字与 图案，国产双色印铁机如图 2.2 所示。 图 2.2 国产双色印铁机 烘房生产线主要完成铁皮的烘干工艺过程，其由输送带、前传动上料装置、烘房本体、 2 前排风装置、加热室、后排风装置、冷却装置、卸料装置、堆积装置、自动输送滚道、同 步传动控制系统、温度控制系统以及电气设备开关控制系统等部分组成，如图 2.3 所示。 图 2.3 烘房生产线 从产业结构上看，本课题的产品处于金属包装行业的起始端。通过本课题的实施，可 以大大提升金属包装产品的生产装备水平，为金属包装行业远远拓展到其

4、他领域。如装饰 材料、窗帘等家居用品，电冰箱、洗衣机外壳、厨具等家用电器等。另外烘房生产线的产 业化将大量引入相关产业的技术产品，如精密导向与定位装置、数控装置及配套产品等， 不仅为印铁机烘房相关产品提供了广阔的市场，同时还促进了其他技术的更新发展。 资料显示，国内外包装市场对印铁成套设备的需求巨大，年需求量约在 800 台以上， 并且以每年 10%的速度增长。其次，目前我国金属包装行业的印铁技术装备普遍存在技术 落后、能耗大、污染严重、生产效率低和劳动环境差等问题，严重制约了行业的发展。另 外，金属印品的应用领域的拓展也成为烘房生产线的应用提供了广阔的市场。本课题的实 施将攻克高速、环保、可

5、靠等多项技术难题，解决我国金属印涂装备的发展瓶颈，打破国 外企业的技术和市场垄断，显著提升我国金属印涂的技术水平。 课题将从实际项目出发，对印铁机烘房的铁皮的上料及精度控制、恒温区温度控制进 行深入研究，从而找出制约印铁机烘房送料速度的环节和影响恒温区温度稳定的原因，并 进行结构改进和优化，提高烘房的加热效率和铁皮的烘干质量,为了提高能源利用效率， 同时还对烘房废气处理及回收热进行相关研究，使烘房生产线能够高效环保、低能耗的效 果。 3 三、三、 背景科研项目情况简介背景科研项目情况简介 本课题来源于南京理工大学、江苏华宇印涂设备集团有限公司江苏省科技成果转化 项目。 精密高速多色环保型金属薄

6、板印涂柔性成套生产线装备，属于印涂行业高端设备，体 现了金属印刷的发展方向，由上料、印铁、涂布、烘干、出料、堆码、废弃处理与回用组 成，可以实现从原材料输入到成品输出的印铁过程自动化，且能满足一定材料宽度、厚度 以及不同图案印刷的使用要求，是一种高效、高柔性的金属薄板印涂成套设备。 科研项目研究对带动我国印铁设备的发展，促进金属包装的产业升级，提升我国食品、 饮料、化工罐装盒自主生产能力，具有深远意义。 四、学位论文主要研究内容四、学位论文主要研究内容 通过本课题来源项目的分析，结合合作企业的实际情况，确定本课题的研究内容主要 包括以下方面： (1)烘房上料机构 印铁机烘房是印铁机的一个重要组

7、成部分，而烘房的上料机构是烘房的一个重要环节， 上料机构决定了烘房的速度，所以印铁机烘房上料机构的发展方向是高稳定性、高速度。 （a）印品在印铁机和烘房之间高速输送（印张速度达到 6000p/h），高速运行的铁 皮在脱离输送带时必然由于惯性的作用，仍然会有很高的速度，如果不采取相应的措施， 铁皮必然会以后很高的速度撞击花铁架上，造成铁皮损伤。如何避免高速传输和防止铁皮 撞伤之间的问题就是本论文的第一个研究内容。 （b）印品在传送带上传输时，要求有一定的精度，与烘房的花铁架之间的步调配合 问题，使其可以平稳、高效的送料，是为本论文又一个研究内容。 （2）烘房的废气处理 印铁涂层在固化过程中会释放

8、出一定量的含有机溶剂（甲苯、二甲苯等)的气体，这 种烘房废气如果直接排放，必然会对大气造成污染。解决废气处理的效率，使有害气体处 理率98%，从而达到国家规定的排放标准。本论文希望通过对各种废气处理方法进行研 究分析命，提高废气处理的净化率。而且烘房恒温区排放的废气温度一般较高，如果没有 经过处理就排放，必然会造成热量的浪费。通过研究热回收与废气处理排放管道流程和热 风烘道空气对流机理，实现催化燃烧过程中的热量的有效回用。 （3）烘房恒温区温度均匀性 图 4.1 烘房侧视图 如图所示，通常烘房分为入口气封区、升温区、保温区、出口气封区和冷却区，只 要通过空气对流达到烘干的目的7。由于烘房是通过

9、空气对流实现加热烘干的，空气在 对流时不能确保每个铁皮的各个部位的接触温度都是相同的，就会造成烘烤不足或者过 烘烤，而且不容易使烘房的保温区保持在特定的恒温状态，必然影响印刷铁皮的质量5。 对于这种情况，论文主要研究如何设计烘房的风道入口位置、分布问题，风道的角度以 及大小和热风的风速和热量情况，使整个烘房内的温度能够尽量的均匀，提高铁皮的烘 干质量。 4 五、五、 预期解决的主要问题预期解决的主要问题 问题一：烘房送料机构的结构设计 印铁机烘房是一个连续的烘干铁皮的设备，对于其送料机构就必然要求做到快速、连 续、准确、稳定的目的。由于印刷铁皮的厚度一般很薄（0.160.50mm），而上料的速

10、度 很快（每分钟 6000 张），这就使铁皮上料时由于惯性的作用，在触碰到花铁架时容易发 生碰撞变形。所以这就要求铁皮上料时在传送带上的传送速度很快，但是在铁皮进入烘房 花铁架时要降低合适的速度，不至于使铁皮碰坏发生变形。针对此种情况，从实际情况出 发，结合相关理论知识，初步设想了一套解决方案：此种情况，在传送带上安装一定磁性 的装置，这样处理以后，就可以有效避免铁皮在高速离开传送带时仍然具有很高的速度， 其次可以采用高频吸附装置，使离开传送带的铁皮缓冲减速，最后需要吸风缓冲定位，防 止印品与花铁架撞击而卷边、撞伤，对于以上的相关措施，利用 ansys 有限元的动力学分 析和 Adams 进行

11、高速运动学仿真分析。 动力学分析是高速运动结构件的关键分析阶段。铁皮在高速输送过程中可能会发生振 动、位置的偏移、冲击和噪声等问题，要使其能够在高速的条件下保持平稳的运行，传统 的做法是经过反复的实验，然后得出最佳的运动初始条件。然而，这样做虽然能够得到一 定的理想效果，但是会花费大量的人力、物力和财力，从经济上来讲是极其不划算的。 问题二：烘房废气处理和余热回收 印铁烘房生产线烘房前部排出废气成分复杂味臭浓度大、温度高、排气量也大。只有 从源头采用静电喷涂机器人、中低压喷枪、高固体分涂料或水性涂料等技术提高涂装效率， 才是减少恒温区废气排放有效、可行的途径7。恒温区排出的废气一般都含有油烟，

12、且属 于中高浓度、高温废气，适合采用燃烧的方法处理，使有机污染物转换成无害的 CO2与 H 2O。 本课题需要结合相关知识和实际情况选择并设计一种有效的废气处理方式，所示使烘 房的废气经过处理以后，有害气体的处理率98%，完全达到国家有关规定的排放标准。 问题三：保持烘房恒温区温度的稳定 印铁机烘房恒温区温度的稳定与均匀性好坏决定了铁皮的烘干质量，对于整个印铁机 生产线都有着至关重要的作用。由于印铁机烘房采用的是热空气对流的加热方式，如果对 流热空气热量不能很好地传送到每张铁皮的每个位置，也就是温度分布不均匀，必然会造 成铁皮的某些位置过烘烤，而有些位置烘干不足，进而造成的结果必然是生产出的印

13、制铁 皮不能满足要求。 针对这种情况，本论文初期设想是改造烘房的对流热空气的输入管道。使用很多较小 的输入管道替代一个大的输入管道，这样在可以是流入的热空气热量均匀的传送到各个铁 皮的不同位置。利用 Matlab 软件合理设计管道的位置，利用 ansys 对热量进行热力学分 析，利用 fluent 对流场进行分析，以确定合适的管道数量大管口大小和结构布局，必要 时可以改造管口的空气流入角度和管口的形状。然后利用 ansys 相关仿真软件对流体进行 仿真，确定实验方案。根据分析和仿真的结果，最后确定最合适的结构方案，使其可以满 足烘房恒温区温度稳定性的要求。 六、开题条件六、开题条件（包括学术条

14、件、设备条件、经费概算及其落实情况） 1学术条件 利用本校图书馆和电子资源，查阅了印铁机烘房设计的相关问题。对印铁行业的发展 方向，印铁相关技术，大型印铁机烘房的一般设计方法与理论，设计特点以及存在般问题 有了初步的了解。 2设备条件 本教研室有较充分的 CAD/CAE 软件支持,如 Solidworks、 、UG、Matlab、Ansys、Adams 等。并长期与江苏华宇印涂集团有限公司合作， 5 江苏华宇印涂集团有限公司对印铁机的设计制造有丰富的经验和较完善的制造设备，为本 课题的研究提供坚实的后盾。 3经费概算和落实情况 经费由江苏华宇印涂集团有限公司提供，现已落实到位。 七、文献综述七

15、、文献综述（通过对文献的整理和归纳，对应“学位论文主要研究内容”一栏所列出的问题，介 绍国内外学者对这些问题的研究结果及对其前景的看法。 ） 1.1 印铁设备的技术现状 纵观国内外金属印刷设备的应用先状，国际上一些知名企业在高速多色印铁设备的制 造和研发能力上，都处于领先水平。如日本的富士公司，英国的确立公司，德国的 BAUER+KUNZI 公司等将自动化技术引入到设备的生产和控制中，大大地提高了设备的生产 效率和质量7。其中，德国的 BARER+KUNZI 公司经过几十年的摸索和经验积累，在近 几年里退出了 METASTAR 2 新型印铁设备，它是在 METASTAR 1 的基础上进行多处改

16、 进而制造出来的，相对于传统印铁机的设备有许多改进和提高的地方8。同时在关键技术 方面，如印张的速度，铁皮传输过程中的定位、套印准度、印刷压力等方面也取得了新的 发展。 目前具备高速多色印铁生产能力的企业并不是很多，比较有名的是德国的 KBA 公司， 而其他企业主要是停留在单机生产上面。下表列出了国内外同类产品主要性能指标的比较。 表 1 国内外同类产品主要性能比较 技术性能指标 日本富士 彩印机 英国确丽 彩印机 台湾九伦 彩印机 德国 KBA 彩 印生产线 本课题产品 印张速度（P/h） 60006000480060006000 印张规格（mm） 1145*9651145*9651016*8651145*9651145*965 套 色双色双色双色多色多色 十字线套印误差 （mm） 0.050.050.080.060.06 我国的印铁设备的发展史比较漫长，但是发展速度缓慢。解放前期，印铁技术非常落 后，设备简陋、环境恶劣，基本上都是手工小作坊式的