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1、东北大学专 科 毕 业 设 计 （论 文）薄胶片鼓冷却装置的设计题 目 _盛忠起指导教师_辅导教师_刘江涛学生姓名_学生学号_1机电一体化黄金学院_院（部）_专业_班2013720_年 _月 _日摘 要文章选择薄胶片鼓冷却装置的设计作为本课题探讨的核心，在结合研究背景与综述的基础上，对其装置的工艺流程与常用设备架式垂直回转型薄胶片鼓冷却装置进行了分析，确定了总体方案结合客户的技术要求，选用高架式垂直回转型薄胶片鼓冷却装置，确定了总体方案，并按工艺流程对其主要装置进行一一阐述。为了提高整机的自动化程度，在机械整体方案进行了细致的分析，对其结构和工作过程作了一定的说明。并对薄胶片鼓冷却装置中挂胶装
2、置的速度同步控制进行了研究，采用高精度检测装置编码器，设计了基于PLC的PID控制器来实现接取提升装置和挂胶装置工作节拍的一致。该控制理论和设计方法应用在薄胶片鼓冷却装置中，不仅能够满足更多客户对速度的要求，提高了设备的自动化水平，而且对同类设备的发展具有一定的参考价值。关键词：胶片鼓；冷却；装置；工艺目 录1绪论11.1研究背景与综述11.1.1水浸泡式冷却11.1.2喷淋式冷却11.1.3 风冷却式冷却21.1.4 鼓式冷却21.2本设计的内容研究22薄胶片鼓冷却装置的设计方案32.1薄胶片鼓冷却装置装置的驱动原理及其示意图32.1.1薄胶片鼓冷却装置32.1.2 悬挂式薄胶片鼓冷却装置4
3、2.1.3薄胶片鼓冷却装置的示意图52.2 薄胶片鼓冷却装置总体方案设计62.3薄胶片鼓冷却装置的齿轮计算参考公式73薄胶片鼓冷却装置的控制113.1 控制的基本方法113.2 总体设计113.3 薄胶片鼓冷却装置检测系统的实现123.3.1 PLC高速脉冲输出功能123.3.2 光电编码器抖动干扰处理和测量精度的提高173.3.2.1 光电编码器及其输出信号和位移检测原理173.4 PID 控制器在薄胶片鼓冷却装置中的应用203.4.1 控制算法213.4.2 控制器的调节原理223.4.3 控制算法在PLC上的实现25参考文献291.绪论1.1研究背景与综述随着国民经济的发展，塑料橡胶制品
4、的需求量越来越大，并且广泛应用于国民经济各部门且与人民生活息息相关的橡胶制品也数不胜数。在这塑料橡胶工业中，无论是通过开炼机、锥形双螺杆辊筒机头挤出机制成片状的混炼胶，还是通过压延机、挤出机片状机头成型的半成品片材，都离不开胶片冷却装置。冷却装置的主要目的：一是进行应力松弛，减少内应力作用和胶片收缩率；二是增加胶片的挺性、便于储存供下到工序使用。胶片冷却装置可分为以下几种基本形式：水槽式浸泡冷却、喷淋式冷却、风冷式冷却和鼓式冷却。1.1.1水浸泡式冷却水浸泡式冷却是将胶片通过水槽进行冷却。该冷却装置的特点是结构简单，冷却后的胶片表面含水，需要吹干作业，适用于中小企业。1.1.2 喷淋式冷却喷淋
5、式冷却是将水喷洒到胶片表面进行冷却，如图1-1所示。该冷却装置的特点是冷却效果好，冷却后的胶片表面也含水，需要吹干作业。夹持输送带将胶片送往喷淋输送带上，在喷淋输送带上往返四次，然后落入水槽中进一步冷却。图1-1 喷淋式胶片冷却装置1.1.3 风冷却式冷却风冷却式冷却是将胶片通过通过吹风进行冷却，如所示。风冷却有悬挂式和输送带式两种。风冷却式的特点结构简单、使用维护方便、冷却效果好，并且冷却后的胶片表面不含水，无需风吹干装置。图1-2 悬挂式胶片冷却装置悬挂式冷却装置的结构有多种形式，根据挂胶运输链的布置形式分有两种类型:垂直回转型和水平回转型。目前多数使用垂直回转型，垂直回转型的特点是设备宽
6、度较小，但长度较长。夹持输送带将胶片送往挂胶冷却装置，胶片在其内由环形输送链被彼此间隔、迂回折垂、悬挂在系列挂赶上。挂胶的间隔距离，若大间距则为200mm左右，若小间距则为100mm左右，小间距挂胶可增加挂片容量。挂胶冷却输送装置的一侧设有若干个轴流鼓风机，对着悬挂的胶片吹风冷却。1.1.4 鼓式冷却鼓式冷却是把胶片包裹在几个速度相同的转动的辊筒表面，通过辊筒内冷却通道的介质将热量带走的冷却方式。该冷却方式的特点是冷却后的胶片表面不含水，适用于厚度较薄的胶片。1.2 本设计的内容研究设计一个三鼓式薄胶片冷却装置。包括：设计方案确定；有关力学、运动学计算；总装配图和零部件图绘制；设计说明书撰写等
7、。2.薄胶片鼓冷却装置的设计方案2.1 薄胶片鼓冷却装置装置的驱动原理及其示意图薄胶片鼓冷却装置的用途是将塑炼胶及混炼胶经压片机(开炼机或螺杆挤出压片机)压出的胶片进行涂隔离剂、冷却和切割(或折叠)叠片存放，以供下道工序使用。薄胶片鼓冷却装置的完善与否影响到炼胶工段的劳动强度，且其结构受车间工艺条件的影响。控制方案选择过程中，要充分考虑到用户的需求和与本系统机械部分的配合需求，在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与易用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于操纵的智能化设备。在设计控制系统之前，首先了解设备的组成及其生产工艺。目前，国内外有多种结构形式的胶片冷却装置，择其主要
8、介绍如下。2.1.1薄胶片鼓冷却装置1.结构简介简易式薄胶片鼓冷却装置主要由隔离剂水槽、电热切刀和递棍挂胶装置组成。在隔离剂水槽和安装切刀的机架上装有宽为650mm的橡胶输送带，输送带的速度根据压片机的前辊速度来决定。调节无级变速器可改变输送带速度的快慢。从压片机出来的薄胶片鼓连续通过隔离剂水槽，涂上隔离剂后进入切割装置，由切刀在输送带上按一定长度切断，切断后的胶片由输送带继续往前输送，至输送带端头时下垂，挂于递棍挂胶装置的小棍上。操作人员将挂上胶片的棍子依次推移到挂胶小车上，直到一车料挂完为止。而后，把挂片小车推至鼓风机附近进行吹干冷却。这种薄胶片鼓冷却装置结构简单，价格低廉，适用于胶种多变
9、，用胶量不大的中小型工厂2.主要零部件结构（1）隔离剂水槽和切断装置隔离剂水槽由普通钢板焊接制成，槽内可设有喷吹压缩空气的管子，在采用滑石粉及陶土等水浊液作为隔离剂时作搅拌用。在采用油酸钠液等作为隔离剂时，则可不装此压缩空气喷吹管子。利用螺杆可上下调整压在水槽中上层输送带上的槽辊的位置。槽辊表面开有沟槽，以防胶片从槽辊和橡胶输送带之间通过时打滑。槽辊后面设有弧形挡板，用于防止胶片从槽辊导出后翘起来包卷在槽辊上而影响操作。切刀用于将胶片按一定长度切断。当切刀转到下面时，由于胶片及输送带下方的托辊和弹簧的支承将胶片切断。切刀可用 45 号钢制造，刃部热处理，硬度HRC4045，刀宽 620mm。切
10、刀装有电热装置。切刀轴上设有凸轮和限位开关，用于控制递辊挂片装置的动作。凸轮的位置可用元宝螺母调整。（2）递辊挂片装置设于机架上的贮棍箱由倾斜底板和挡棍架组成。贮棍箱两侧分别装有按一定间距设有挂钩的挂胶棍链条。当薄胶片鼓从切断装置输送带端头下垂到一定程度时，挂棍链条即启动运行，将挂胶棍提升并运到一定高度时，胶片即挂于棍上，再用人工推移到挂胶小车上。2.1.2 悬挂式薄胶片鼓冷却装置 悬挂式薄胶片鼓冷却装置具有结构简单，使用维护方便，冷却效果好和机械化程度高等特点，适宜于和大型密炼机配套使用。 1.结构简介 悬挂式薄胶片鼓冷却装置的结构有多种形式，其主要区别在于胶片冷却方式、胶片挂架结构形式以及
11、胶片冷却后的处理方式。目前，根据挂胶运输链的布置形式分有两种类型:垂直回转型和水平回转型。但目前多数使用垂直回转型。垂直回转型的特点是设备宽度较小，但长度较长，多数挂胶辊处于空载状态，其利用率约为,且宜用于单一胃.种胶料连续生产。水平回转型的设备宽度较大，长度较短，适用于胶料.胃.种多变的场合，挂胶辊利用率达80%以上。 垂直回转型有高架式和普通式两种，高架式薄胶片鼓冷却装置将胶片冷却挂架架离地面，下方留出空间，可方便车间内的交通，但高度增大。普通式胶片冷却装置的胶片冷却挂架就地安装，安装使用较方便，高度也较小。 2.主要零部件结构 (1)涂隔离剂装置 胶片涂隔离剂有两种方法:浸泡法和喷淋法。
12、浸泡法用隔离剂水槽，喷淋法用几根钻有喷淋小孔的管子。浸泡法所用的隔离剂水槽通常用钢板焊接接承，设有接取输送带，用以将胶片引入水槽内，由直流电机经蜗轮减速器及链条传动。在接取输送带上而有一气动压辊，用以将胶片接头压紧。工作时，水槽内存放油酸钠隔离剂或其他隔离剂，用以浸泡胶片，使胶片冷却；涂上隔离剂。油酸钠液可循环使用。在接取输送带将胶片送入水槽之前的部分，在胶片两而装有喷淋隔离剂的管子，将胶片先喷上一层隔离剂，防止胶片浸入隔离剂水槽前接触粘在一起。胶片在引出水槽后进入夹持提升输送带前，胶片两侧设有压缩空气喷管，用于将胶片上的水分吹掉。在靠近夹持提升输送带处，在水槽的上部设有安全装置，当水槽中没有
13、胶片时，控制夹持提升输送带停车。 （2）挂胶冷却输送装置 这是冷却胶片的主要工作部分，主要由挂胶环形输送链、机架和鼓风机等组成。机架由型钢焊接而成，轴流鼓风机设置在机架的一侧，对着,挂的胶片吹风冷却。 输送链上的挂胶杆的间距目前有两种，一种是大间距，为200-220mm,另一种是小间距，为100-120mm，在同样设备长度条件下，小间距挂杆可增加挂片容量，增加冷却时间，提高胶片冷却程度。 （3）切断摆胶叠片装置 其结构形式众多，但功能一样，完成胶片冷却后的切断(或不切断)摆胶叠放。2.1.3薄胶片鼓冷却装置的示意图 设备的研制包括功能方案确定、机械结构设计、电气原理设计和软件编程四个方面内容。 本课题中如皋轮胎厂提出的主要技术规格如下: 用途:本装置用于对挤出机排下的（1200mm宽、2mm厚）薄胶片进行冷却、叠放等功能。由于薄胶片鼓冷却装置生产线占地面
