（机械制造及其自动化专业论文）胎面生产线设计安装及生产实践中的改进.pdf

胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 摘要 胎面生产线是轮胎生产工艺过程中重要的生产设备，贵州轮胎股份有限公司的 胎面生产线经过8 年的生产运行，温控、主机、辅线单条称等设备故障逐年增多， 为此，我分厂提出了整改计划，目的是提高工艺合格率，降低设备故障率，降低备 件成本，减少维修量。 温控装置的元器件长期在高温环境中工作，老化严重，而且备件成本高，不易 购买，每次故障维修的时间都比较长。2 0 0 2 年，更换齿轮、轴承、螺杆的次数就达 8 次之多。这与温控装置的不正常运行也有很大的关系。同时也影响了胎面合格率。 因此，我们重新设计温控装置，使改进后的温控装置备件容易购买，维修简单。 生产线主机允许的最高转速是3 3 r m i n ，操作工通常都是以最高转速生产，主 机转速过高，机械部分的磨损是很大的。另外，操作工在更换口型或者因为坏车停 下主机时，通常都不把电位器调回零位，这样，再次启动主机时，几乎是全压启动， 同样对螺杆、齿轮、轴承等机械设备造成冲击。我们增加了主机限速和零启动，更 好地保护了机筒、螺杆和牙箱等重要机械部件 胎面生产线的单条称的设计不合理，带动单条称的皮带很窄，容易断裂，而且 安装位置很小，每次更换皮带都需要l 2 小时，从而使得维修时问过长。改进后， 单条称扩大了皮带尺寸，增大了安装位置，将原来的直流电机改为交流电机，将直 流调速改为交流变频调速，使得故障减少，维修便利。 关键词：直流调速；变频调速；限速：零启动 贵州大学硕士研究生学位论文 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 a b s t r a c t h et y r es u r f a c ep r o d u c tl i n eo ft r e a di sai m p o r t a n tp r o d u c t i o nf a c i l i t yi nt h et y r e p r o d u c t i o nf l o w d u r i n gt h ec o u r s eo fe i g h ty e a r sp r o d u c t i o n ，t h e r ei sm o r ea n dm o r e p r o d u c t i o nd i f f i c u l t ya b o u tt h ef a c i l i t yo ft e m p e r a t u r ec o n t r o l 、m a i nm a c h i n e 、s i n g l e s t e e l y a r do fa s s i s t a n tl i n e ，a n ds oo n s oo u rf a c t o r yh a sg i v e nan e a t e np l a nt oi m p r o v e t e c h n i c a le l i g i b l el e v e la n dr e d u c et h em a l f u n c t i o nc h a n c ea n dr e d u c et h ec o s to fs p a r e a n dr e d u c et h es e r v i c e b e c a u s et h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l e q u i p m e n t w o r k e di nt h e h i g ht e m p e r a t u r e c i r c u m s t a n c ef o rl o n gt e r m ，i th a sg o ts e r i o u sd e g e n e r a t e ；a n dt h es p a r ec o s tm o r e ，e v e n h a r d l yt ob u y ；a n di ts p e n tm o r et i m em a i n t a i n i n g t h e r ew a se i g h tt i m e sc o u r s ea b o u t r e p l a c i n gg e a r 、a x l e t r e e 、s c r e wo n l yb a s eo no u rs t a t i s t i c i tw a sr e l a t i n gm o r et ot h e u n u s u a lc o u r s eo ft h et e m p e r a t u r ee q u i p m e n t w h a t sm o r e ，i th a sa f f e c t e do ne l i g i b l e a b o u tt y r es u r f a c e s ow eh a v ed e s i g n e dt h et e m p e r a t u r ec o n t r o le q u i p m e n t a g a i nt om a k e t h es e r v i c es i m p l e ra n dt oe a s i l yb u yt h es p a r e t h es i n g l es t e e y a r d sd e s i g n i n gi s7 n o tw i t hr e a s o n t h ed r i v es t r a pi se a s yt op a r tf o ri t i sv e r yn a r r o w a n dt h er e p l a c i n gc o u r s ew i l ls p e n do n em o r eh o u rb e c a u s et h ei n s t a l l p l a c ei st o os m a l l a n di tt u r n e dt h ew h o l es e r v i c et i m el o n g e r a f t e rt h ea m e l i o r a t i o n ，t h e s i z eo ft h es t r a pi se x p a n d e dt oe x p a n dt h ei n s t a l lp l a c e t h ep a s td i r e c tc u r r e n tm a c h i n e c h a n g et ot h ea l t e r n a t i n gc u r r e n tm a c h i n en o w a n dt h ed i r e c tc u r r e n ta d j u s t i n gs p e e d m o d e c h a n g e t o m u l t i p l ef i c q u e n c ya l t e r n a t i n g c u r r e n ta d j u s t i n gm o d e t h e s e a m e l i o r a t i o n sm a k et h em a l f u n c t i o nr e d u c ea n dt h em a i n t a i n i n gt u r nt oe a s i e r t h ef a s t e s tr o t a t i n gs p e e do ft h em a i nm a c h i n ei s3 3 r m i n ，t h eo p e r a t o ru s u a l l yu s e st h e f a s t e s tr o t a t i n gs p e e d t h e r ei sal a r g em e c h a n i s ma b r a s i o nf o rt h ee x o r b i t a n tf a s ts p e e d a n di ft h eo p e r a t o rr e p l a c et h ep o r tt y p eo rs t o pt h em a i nm a c h i n e ，h ew i l lu s u a l l yn o t a d j u s tt h ep o t e n t i o m e t e rt oz e r o s ow h e nt u r no nt h em a i nm a c h i n ea g a i n ，i ta l m o s to n t h ef u l lp r e s s u r e a n di tw i l ld a m a g et h ee q u i p m e n ts u c ha s g e a r 、a x l e t r e e 、s c r e wa n ds o o n w ea d dt h em o d eo fs p e e dl i m i t e dt u r n i n gu pa n dz e r os p e e dt u r n i n gu pa b o u tt h e m a i nm a c h i n et op r o t e c ts o m ei m p o r t a n tp a r t k e yw o r d ：d i r e c tc u r r e n ta d j u s t i n gs p e e d ；m u l t i p l ef r e q u e n c ya d j u s t i n gs p e e d ；s p e e d l i m i t e d ；z e r os p e e dt u r n i n gu p 贵州大学硕士研究生学位论文i i 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 第1 章前言 1 1 轮胎工业发展近况 中国经济的强劲增长，进一步对外开放和经济全球化趋势的持续升温，加速了 国外轮胎厂商向中国转移的步伐。目前，世界排名前1 0 位的跨国轮胎公司，已有普 理司通、米其林、固特异、住友、横滨、韩国、锦湖等8 家公司落户中国。最近， 排名第4 位的德国大陆公司也准备在中国投资建厂。原国家重点轮胎企业已有50 被外资并购：子午线轮胎市场7 0 以上的份额被外资企业占据。据专家预测。再过 几年，国外轮胎公司生产的轮胎将占据中国市场8 0 左右的份额。同时，国外轮胎 公司在中国的战略也随着竞争环境的变化而发生了深刻的变化，这对中国轮胎工业 的发展将产生全局性和长远性的影响。 从外部环境的变化来看，迅速发展的中国轮胎市场已成为国外轮胎公司全球战 略的必争之地【l 】。毫无疑问，在世界传统的轮胎市场趋于饱和的今天，谁在中国这 个最大的新兴轮胎市场取得优势，占据更多的市场份额，谁就将在世界轮胎市场激 烈的竞争中取得主动。另外，中国加入w t 0 以后，改革开放和外资管理政策的变化 为国外轮胎公司的战略调整提供了政策空间。如取消外资控股甚至独资的限制，为 外资轮胎公司扩大在中国的产能和提高整个轮胎产业的控制力提供了有利条件。又 如取消服务贸易领域的限制，使国外轮胎公司可以凭借其雄厚的资本和成熟的营销 经验，实现对中国轮胎市场服务贸易网络的掌控，从生产型控制向生产+ 服务贸易型 的双重控制转变。 从垄断资本发展的内在要求来看，国外轮胎公司要维护资本的集团利益，保持 对市场的高度垄断，分享市场份额和利润。他们欲占据中国轮胎市场7 0 8 0 的市 场份额，并为追求利润最大化，就要不断加强对轮胎产业链的全面控制，使其在中 国的发展符合其长远和整体的经营战略。 贵州大学硕士研究生学位论史1 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 国外轮胎公司在中国的战略变化对中国轮胎工业的影响，既有有利的一面，又 有不利的一面。有利的方面是，有利于中国轮胎产业的结构调整和产品结构调整， 推动中国轮胎工业的发展；有利于促进中国轮胎产业的竞争和提高竞争质量；有利 于提高中国轮胎产业的经济规模；有利于缩小与世界轮胎产业的差距，促进中国轮 胎产业与世界轮胎产业的接轨。不利的方面主要是由于国外轮胎公司在生产开发、 品牌推广、营销服务等方面不断加强控制，致使今后中国轮胎产业民族资本的发展 将更趋艰难。这对培育、壮大中国轮胎产业资本的力量、提高其国际竞争能力是非 常不利的。因此，从长远看，中国轮胎公司一定要提高制造能力和技术研发水平， 发展中国名牌产品，而且需要增强资本实力。 贵州轮胎股份有限公司近年来不断增强自身的开发和生产能力，建立了国家级 轮胎研发中心，去年，还获得了中国橡胶工业协会评比的全国十大全钢子午线轮胎 的民族品牌。公司也意识到，只有增强自身的竞争能力，才能在对中国轮胎产业的 控制方面真正与国外轮胎企业形成有效制衡才能在中国乃至世界轮胎市场上有一 席之地。 工程轮胎作为贵州轮胎股份有限公司的拳头产品，一直在市场上有不错的声誉 和销路。在我国西部大开发和加强基础建设等一系列拉动内需工程的促进下，工程 轮胎也会以较高的增长速度发展 2 1 。我厂于1 9 9 3 年开始了五万套工程轮胎车间的建 设，并于1 9 9 5 年建成投产。在经过几年的生产和运行后，设备状况也因各种条件而 有一定的转变，具体到分厂主要的a 类设备胎面生产线，表现为：温控装置故 障频繁，主机停机时间过多，辅线单条称皮带频繁断裂，更换时间过长。这一系列 的问题促使我们对胎面生产线进行技术改造，目的是提高工艺合格率，降低设备故 障率，降低备件成本，减少维修量。该项目能为我厂带来巨大的经济效益。 贵州人学硕士研究生学位论文 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 1 2 胎面生产线简介 1 2 1 胎面生产线的引进 现在，轮胎行业竞争越来越激烈，我厂也顺应潮流，让工程轮胎的制造再上一 个新的规模，使企业在竞争中处于有利的地位。为此，我厂于1 9 9 3 年开始了五万套 工程轮胎项目的筹备。 胎面生产线是轮胎生产工艺过程中重要的生产设备。国内轮胎生产厂家一般都 是使用天津橡塑机械厂制造的设备，与进口胎面生产线相比，该设备性能稳定，价 格便宜。胎面生产线的主机巾2 0 0 冷喂料销钉挤出机是沈阳橡胶设备厂生产的， 与进口设备相比，同样具有价格优势。 国外的胎面生产线自动化程度较高，在稳定性上优于国内产品，但由于成本高， 备品备件采购不易，所以，国内使用进口胎面生产线的厂家并不多。 就国内的胎面生产线而言，这些年也在不断地改进。例如：速度调节由剐开始 的光电控制改进为模拟开关的线性控制；温控系统也由最初的控制系统和水循环系 统一体改进为现在的分离系统等。 经过性能价格比较，我厂于19 9 4 年引进了天津橡塑设备厂生产的胎面生产线。 1 2 2 胎面生产线的工作流程 天津橡塑设备厂生产的胎面生产线是轮胎制造过程中重要的a 类设备。其特点 为生产线长，关键部位采用西门子直流调速控制，用西门子s 5 1 1 5 u 计算机控制 整条生产线( 图1 ) 。 贵州大学硕士研究生学位论文 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 ， 匿匿 y 蔓要) 叵 图1 胎面生产线示意图 胎面由挤出机挤出后，经接取一强迫收缩一连续称一上坡一喷淋一浸泡1 一浸 泡2 一浸泡3 一干燥一下坡定长一加速一单条称一翻板导出后得到成品胎面。其 中，接取至下坡称为i 线，后面部分称为i i 线。i 线的连续称和i i 线的单条称是为 了称出每米和每条胎面的重量，便于操作工控制胎面质量。喷淋和三段浸泡起到了 冷却胎面的作用。i 线和i i 线可分别单独起停。 胎面由挤出机挤出后，由接取到强迫收缩。强迫收缩这段主要考虑胎面从挤出 机高温挤出到与空气接触迅速降温的过程而取名，胎面在压出中会产生收缩现象 4 1 。 同时为了减少烟气污染，在该段上方设置了一组吸烟装置，吸走胎面在高温状态下 排出的有害气体，又加快了胎面周围气体流动，促进了胎面冷却。胎面收缩后到连 续称，连续称称量的是1 米胎面的动态重量，并且在操作台上显示。操作工看到连 续称的读数后，可以根据工艺数值和自己的生产经验调整生产一线的速度，使得胎 面经过浸泡冷却后仍能达到工艺要求的重量。没有连续称量的提前重量指示，如果 到了裁断才发现胎面重量不满足工艺标准，那么整个生产线上的胎面都将是不合格 品了。 经过连续称后，胎面到达上坡一段。由于胎面线整线过长，只能把三段浸泡和 贵州大学硕士研究生学位论文4 胎面生产线设计安装发生产实践中的改进 喷淋设计到2 、3 层，胎面也只好经过上坡到达喷淋。胎面虽然经过空气的自然冷却， 温度依然很高，这样高温度的胎面经过裁断后在冷却过程中还会收缩变形，长宽等 工艺指标不容易掌握，所以，胎面还要进一步冷却。喷淋一段胎面进出口用辊筒连 接，中间用尼龙棒穿成运输带，全线用一台3 k w 直流电机带动。两个侧面用有机 玻璃做成可拆卸的挡窗，防止水喷出，同时便于维修和检修。顶部通过水管，安装 喷头使水能全面喷到胎面上，达到降温的效果。 喷淋下来是三段浸泡，按顺序称之为浸泡1 、浸泡2 、浸泡3 。三段浸泡的水箱 中所装的水均能覆盖胎面，使其冷却效果达到最佳。每段浸泡中都有测量水温的传 感器，如果水温过高，自动补充冷水，多出的水通过排水口溢出。在上坡的侧面， 安装了一个循环水箱，喷淋和三段浸泡的用水通过水泵打出使用，排出的水也返回 到水箱，达到了节约用水的目的。水箱水使用一段时问后，可以更换。 胎面从浸泡中出来，两侧都有水，如果就这样经定长、裁断，会影响胎面重量。 所以，必须经过干燥。当胎面经过干燥时，挡住了浸泡3 至干燥的光电开关，这时， 干燥处的风机起动，将胎面上的水吹干。胎面放完后，光电开关不再被挡，吹干的 风机这时停止工作。 经过下坡，胎面到达定长。 定长处安装了由上至下的8 个光电开关，用来调节下坡、定长之间的速度。自 动状态下，胎面挡住第一个光电开关时，定长就开始运行；而一旦由于定长过慢， 或者切割导致胎面堆积，挡住最低处的光电开关，经过5 秒的延时，生产一线就停 下。因为这表示一线速度过快或者是定长切割处有故障，便于操作工及时发现和处 理问题。中间的六个光电开关分别指示定长的工作速度，定长速度由慢而快，稳定 运行在3 、4 光电开关之间。其余光电开关的位置决定了定长的快慢。定长用一台 4 k w 直漉电机带动，在直流电机测速发电机的后端，连接了一个光电编码器，检测 胎面的长度，到达设定值时，定长停止运行( 一线继续运行) ，压刷压下，光杠启动， 贵州大学硕士研究生学位论文 5 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 切刀将胎面切断。切断胎面的过程中，为了防止断面摩擦产生的高温导致胶烧，切 刀处安装了水、气的喷头，在切刀运行的过程中工作，也有手动功能。 裁断手动运行时，只需要手动开启切刀和光杠，定长未运行即可。 自动状态下，除了切刀和光杠正常工作外，还必须满足下面的条件：定长未运 行，胎面计数到值，压刷压下到位，光杠处于起始位置。其中，压刷和光杠的位置 通过接近开关指示。切完胎面后，切刀碰到接近开关。光杠抬起并返回到原始位， 同时定长开始运行。 切断的胎面经过加速到达单条称。单条称入口光电开关指示单条称显示读数， 出口处的光电开关有单条称清零和指示翻板工作的作用。加速的目的是让连续的胎 面分离，这样能称取单条的重量。当胎面挡住单条称入口处光电开关的时候，单条 称开始动态称量胎面重量，入口光电开关恢复后经短暂的延时得到胎面显示重量。 这个重量值除了在称上显示，还在操作台上显示，并且在单条称处有5 个指示灯， 分别对应超重不合格、偏重、合格、偏轻、超轻不合格。如果胎面不合格，经过翻 板时电磁阀不动作，胎面则经导出到接废品车上：如果胎面合格( 包括偏轻和偏重， 也就是在工艺允许误差范围内) ，胎面到达翻板时，翻板电磁阀动作，将胎面翻取到 按胎面车上，从而得到成品胎面。 生产线有手动、半自动、自动三种工作方式。手动工作方式是为系统各单元进 行机械电气维修时使用的，可通过各操作箱上的操作开关进行起停操作；半自动方 式是为输入配方数据然后可进行自动工作用的；自动是生产线正常的生产运行方式， 可以分为全线一次起动、和一线、二线分段起动两种。 在胎面段与段的连接处，都安装了光电开关。一线的光电开关主要作用是显示 胎面是否到达，自动运行时胎面挡住光电开关后调节辊电位器才能起调节作用，另 外中途胎面断开时能提醒操作台注意处理。 胎面一线各段之间安装有调节辊电位器，在自动运行的时候，该电位器能调节 贵州大学硕上研究生学位论文 6 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 上一段的速度。 手动运行时，调节辊电位器不起作用。自动状态下，一线各段以计算机给定速 度运行，当该段光电开关被挡住后，电位器根据胎面的拉伸或者是堆积情况调节上 一段的速度。 在生产线发生事故或故障，无法在运行情况下排除时，可以拉动生产沿线的拉 线开关或按各操作箱上的急停开关，也可按操作台上的急停开关，使生产线全线紧 急停车，这时发生闪光及声响信号，通过按操作台上的复位按钮可以消除音响信号， 待拉线开关复原时，闪光信号也停止闪光。在运行过程中，各单元调整的参数值在 急停后即全部小时，待事故或故障排除后，方可再重新起动。系统在运行过程中发 生故障时，在操作台面板上显示出故障代码并发出闪光及音响信号。故障分为两类， 一类故障产生时胎面生产线停机；另一类故障不停止生产线的运行，但也发出闪光 音响信号提醒注意。 贵州大学硕士研究生学位论文 胎碰生产线设计安装及生产实践中的改进 第2 章胎面生产线的速度控制 2 1 胎面生产线速度的差异 一线采用了转速不等、型号不同的几种直流电机，其速度不可能调节得完全相 同，再加上生产过程中不可能全部在一个速度下工作，而各段的速度在同时增加或 减小时，也会产生一定的速度差，所以段与段之间会产生速度差。两段速度即使 只有微小的差别，在长时间的积累下，也会导致胎面的拉伸或堆积，从而影响胎面 质量。 定长处如果出现速度差，不仅影响胎面切割的准确，还会导致生产一线或者二 线的自动停机，影响胎面的生产。 以上问题要求我们解决胎面速度匹配，并保持一致。 2 。2 胎面生产线的速度控制 胎面在生产线上运行的过程中，如果各段速度不同，胎面会发生拉伸和堆积的 现象，从而影响胎面的质量。所以，胎面生产线一线的速度必须调整相同。二线由 于胎面已经切断，相对的拉伸和堆积不严重，但二线各段速度也应该调整得相同。 在最初的生产过程中，我们通过调整给定电压来达到速度的一致。但随后发现 一个问题，那就是整条生产线的速度改变后，各段就会出现速度差。 这是因为通过调整给定电压使速度一致的话，必然导致各段速度的线性不一致， 在生产线速度改变后，各段速度的增减也不一致，线性度高的段速度增加快，线性 度低的段速度增加慢，从而在新的生产线速度下产生了速度差。 我们通过调整各调速板上的给定电压和反馈电压，在给定电压一致的条件下， 调节反馈电压，用测速表测量各段速度，使其速度一致。这样，各段速度的线性一 致，在全线速度增加或者减小时，各段速度线性增加或者减小，保证了速度的相同。 贵州大学硕士研究生学位论文 8 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 在胎面生产线i 线各连接段之间均有一个调节辊电位器调节段与段之间的速 度。当无胎面经过时，该段上的光电开关亮，电位器不起调节作用，该段速度为操 作台上给定速度；胎面经过时，挡住光电开关，此时，电位器才起作用。当上一段 速度过快发生胎面拉伸的情况时，调节辊电位器偏离零点，由电位器输入一个负信 号给计算机，计算机则减小下一段速度；相反，如果上一段速度过慢，胎面产生堆 积，则由电位器输入一个正信号给计算机，计算机增加下一段速度。当两段速度差 异过大或电位器损坏，计算机无法调节时，电位器长时间处于最大或最小电压输出 状态，超过一定时间，计算机给出报警信号，便于操作工及时处理。通过调节辊电 位器的微调作用，生产一线的速度能够保持一致，避免了胎面的拉伸。 定长部位采用西门子直流调速控制。当胎面经过下坡到达定长时，逐个挡住下 坡与定长之间( 称为活套) 的八个光电开关。第一个光电开关被挡住后，定长开始 工作，但输出电压只是设定电压的8 0 ，所以胎面还要继续堆积，定长速度也不 断增加。胎面到达第三、第四个光电开关之间时，定长速度为给定速度的9 5 1 0 5 ， 而这个给定速度就是下坡速度，此时定长速度与下坡速度相当，胎面稳定在活套处。 同时定长直流电机上装有一个光电编码器，定长运行时，电机带动编码器工作，编 码器读数值送到c p u 的高速计数模快。当该值与设定值相等时，定长停止运行，压 刷压下，切刀与光杆电机运行，切断胎面。这期间，i 线继续运行，胎面堆积在活 套处。切刀切断胎面后，碰到接近开关，于是光杆抬起，切刀返回，同时压刷抬起， 定长运行。此时的定长速度大于下坡速度，活套处胎面继续上行直到第三、第四个 光电开关之间时，稳定在活套处。调节西门子直流调速器上的调速电位器可以调节 定长速度，即可以改变胎面在活套处的稳定位置。当定长出现故障时，活套胎面堆 积并挡住第八个光电开关，超过一定时间，i 线停止运行。 胎面经定长切割、加速段至单条称，由质检人员检定后，不合格胎面直接经导 出到回收胎面的小车上，而合格胎面经导出时，翻板翻起，接到百叶车上。 贵州大学硕士研究生学位论文 9 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 第3 章温控装置的技术改进 3 1 温控装置简介 “挤出机使用的是青岛化工学院生产的d b w k 型热水循环温控装置。该装置主 要由热水循环系统、恒温混合器及控制系统三大部分组成” 5 1 。 热水循环系统：该系统由热水循环泵、过滤器、温控对象的水道及水罐组成。 工作时，在循环泵作用下恒温水由泵送出，进入温控对象的水道，然后回到水罐。 如果水温在循环过程中发生变化，则通过感温元件控制系统进行加热冷却，使 循环系统中的介质总是趋于设定的温度。 恒温混合器：恒温混合器由水罐、加热器等组成。水罐内用隔板分成混合舱和 恒温舱两部分，强制进入水罐的循环介质与加热器产生的热量、加入的冷介质在混 合舱内先行混合，然后进入恒温舱，使温度均匀一致。 控制系统：控制系统由控温电路、保安电路、循环泵驱动电路以及相应的执行 元件组成。 操作工在生产前，先将总水源阀门打开，调稳压阀在每平方厘米3 公斤压力上， 打开手动排水阀，排除加热器内的空气。然后打开电源，调整设定温度，开启水泵。 在各通道循环泵启动后，循环泵监控之红色闪烁二极管停止发光，运行指示绿色二 极管点亮，并过一会加热指示橙色二极管点亮，各通道开始加热，由仪表控制分别 进行加热和冷却。当实际温度高于设定温度时，停止加热，进水电磁阀打开，补充 冷水降低加热罐温度：温度降低到设定值时，关闭电磁阀；只有温度进一步降低， 低于设定值下限时，接递加热管，提高加热罐温度。整个生产过程使温度保持在设 定值。 生产过程中水压过大时，水管上的压力继电器切断加热回路；如果加热罐压力 过大，水压冲开加热罐顶部的弹簧保险。这是两个对温控装置必要的保护措施。 贵州大学硕士研究生学位论文 i o 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 3 2 温控装置的技术改进 胎面生产线在使用了8 年后，其设备状况也因各种条件而有一定的转变。在温 控装置上，表现为：电器老化、集成板故障增多、长期高温下电器元件失效等。 首先，由于工作环境的恶劣，在长期高温下，温控系统内部的一些压敏电阻、 直流微型继电器甚至热调、冷调功能等都失效了。其次，集成板电路的故障增多， 由于原厂家已不再生产此种类型集成板，我分厂备件无法得到保障。而且，温控系 统内部的固态继电器长久使用后也陆续失效，而固态继电器的价格较高且采购周期 长。 胎面生产线是我分厂的a 类设备，温控系统的正常工作能保证胎面的合格率。 温控系统如不能正常工作，如温升不够，会造成螺杆、主机牙箱负荷加大；而温升 过高不能控制的话，不仅造成胶料过硫老化，而且对温控器本身也造成不良影响。 上述情况要求我们对胎面温控装置作出改进。 在我们用接触器代替了固态继电器，为电加热管提供电源；集成板则用整流二 极管代替，为温控器面板上的发光二极管提供电源；板上的直流微型继电器用一般 的接触器代替，控制系统升降温及报警。改装后的温控装置比原装置体积小，便于 维修。 改进后的胎面温控装置原理图如下： 贵州大学硕士研究生学位论文 胎匣生产线设计安装及生产实践中的改进 图2 改进后的胎面温控装置原理图 改进后的温控系统，在确定的工艺及现场条件，同样有最佳值，即加热时间最 短。考虑以下情况： a ：同时没有加热、冷却过程：当实际温度刚低于设定值时，加热管此时没有 通电，冷水电磁阀也没有接通；当实际温度刚高于设定值时，加热管此时被切断， 不再通电，冷水电磁阀也处于不工作的状态。 b ：只有加热过程：实际温度低于设定值下限，此时加热管通电，使温度上升， 向控制点靠近。 c ：只有冷却过程：实际温度高于设定温度上限，冷水电磁阀接通，补充冷介 质，使漫度下降，向控制点靠近。 仪表根据测温元件的反馈设定值与测量值比较，进行加热、冷却的控制。实际 调整情况如图3 所示。 贵州大学硕士研究生学位论文 胎面生产线设计安装发生产实践中的改进 图3 温控实际工作示意图 其中t l 为电加热段，t 2 为冷却段，t 0 是系统既不加热也不补充冷却水 的过程，使系统节屯、节水。 改进后的胎面温控装置与原来的相比，有如下好处： 第一，改进后的胎面温恐装置原理图简单易懂，且体积小，便于维修。 原温控图不仅复杂，维修时需检查固态继电器好坏、集成板好坏，这对于车间 跟班电工相对较难，维修时间长：改装后的温控仅由接触器、整流装置以及温度调 节仪和一些开关、保险、发光二极管组成，占用体积小，方便维修。 第二，改装后的温控装置所需备件易于购买且成本较低。 改装后的温控装置舍弃了固态继电器、集成板、直流微型继电器、压敏电阻等 元件，仅采用接触器、整流二极管，后者相比之下，成本低且易于购买，方便了车 间备件的储存与管理。 第三，改装后的温控装置与原装置相比，在稳定性上相差无己。 温控装置的温度控制主要是由温度调节仪来完成，这与改进部分并无冲突，所 贵州大学硕士研究生学位论文1 3 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 以在稳定性上并无区别。 胎面温控装置改进后己使用半年多了，没有发生过任何故障，这对于确保胎面 合格率、减少螺杆、主机压箱的负荷都起到了积极的作用。 贵州大学硕士研究生学位论文4 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 第4 章挤出机零起动、爬行及限速安装 4 1 胎面挤出机简介 胎面挤出机使用的是沈阳橡胶机械厂生产的巾2 0 0 x 1 8 d 销钉式冷喂料挤出机 6 1 。胶料通过安装在机筒上部的安全料斗喂向螺杆。为便于喂料，在喂料口内设计 有楔形槽和喂料辊。喂料辊经其齿轮与套在螺杆上的齿轮相啮合传动，机筒喂料段 装配有坚硬的内螺旋衬套，水腔用旋转接头连接到冷却系统上以冷却喂料段。喂料 段装配在齿轮装置上，用调节螺栓使螺杆驱动轴与齿轮装置准确校直。 为防止挤出机和机头超载，挤出机只有在使用压力监控装置时爿。能操作，当超 过允许的挤出压力值时，主驱动电机就会切断。挤出压力自动控制装置，包括压力 探头、压力计及最大极限触发器，如果额定的压力超过，就控制停止挤出机的传动， 它也保护挤出机，尤其挤出机头的机械损伤，从而减少了因螺栓破裂可能引起的意 外危险。 机筒支承是铸铁结构，机筒和机头的重量通过滑动垫由固定在地基上的支架支 承。滑动垫能够满足机筒沿着螺杆输送方向的热膨胀而延长的需要，由可调螺栓在 侧面导向。 螺杆的几何形状是根据橡胶工艺最新发展而研究的最新设计，螺杆沟槽经过精 确切削和抛光，并经硬化处理，其表面特别耐磨。在园柱形的螺杆轴上，设计有返 胶螺纹，使所有退回来的胶料返回到螺杆有效加工区里。螺杆与驱动轴采用内、外 齿连接，防止螺杆串动，同时拆卸方便。 销钉机筒可以使可加工的胶料具有较高的塑性和均匀性，并可提高产量，为达 此目的，在机简的长度方向和螺杆的直径方向排列了6 一1 2 行，每行6 1 0 个销钉。 机筒上还安装了一支读数温度计。 挤出机的驱动装置包括电机、三角带轮、三角带和防护罩。为使笔直的三角带 贵州大学硕士研究生学位论文 1 5 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 以低磨耗旋转，三角带必须准直，并与电机轴和减速齿轮轴完全平行。 为获得良好的运转效果，滑移不得超过1 ，因此要通过调整已固定了的马达拉 伸轨道的调整螺钉来保证其足够的予应力，在两皮带轮中间位置施加压力f = 1 2 5 n 所产生的挠度值约为2 x l ( l 为两带轮的中心距) ，这样三角带的拉张程度才是正 确的。 液压站由液压电机和电磁阀及液压管道组成。其主要功能是完成机头的升降、 机头销子的伸缩、口型板的升降动作。 开起机头时，液压电机起动，销子缩回。到位后，接近开关动作，经过1 0 秒的 延时，机头抬起。抬机头接近开关到位动作，销子伸出，完成机头抬起的整个过程。 合机头动作与之相同，在接近开关指示下，完成合机头的动作。在机头合下后，按 动液压操作台上的口型升降开关，可完成口型升降的动作，同样由接近开关指示到 位。 在任何情况下，起动前，冷喂料挤出机都应加热到起动温度。起动温度取决于 被加工胶料的粘度和属性，对于高粘度胶料及薄片混炼胶，温度较高。 起动后，机筒温度经冷却可降低。螺杆温度升高，产量提高，螺杆的温度降低，均 匀性增加，但温度提高超过极限时在螺杆中心区会时时出现橡胶颗粒，发生胶烧的 现象。 4 2 挤出机调速原理 挤出机使用的是转速、电流、电压的三闭环调速系统。 在直流控制系统中，发电机励磁绕组中的励磁电流是输入量，直流电动机的转 速是输出量。控制输入量( 励磁电流的大小) ，就可控制输出量的大小( 转速的高低) 【7 】。直流系统主要考虑两个因素，一是调速范围，另一个是静差。 贵州大学硕士研究生学位论文 1 6 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 电动机所能达到的调速范围，是电动机在额定负载下所允许的最高转速和在保 证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比，以d 表示，即 d = n m a x n m i n 这里应注意的是生产机械对转速变化率的要求这个前提，如果离开这个前提来 谈电动的调速范围将失去意义，因为，采用电枢电路串接电阻调速和改变电枢电压 调速都可以使电动机的最低转速下降到近似为零，电动机的调速范围可以趋近于无 穷大。但在考虑了生产机械对转速变化率的要求以后，电动机所能允许达到的最低 转速就受到了限制，即电动机所能达到的调速范围也就受到了限制。 所谓转速变化率亦即调速系统的静差度( 或稳定度) ，就是电动机由理想空载到 额定负载时的转速降a n n 与理想空载转速n o 的比值，可用下式表示： s = ( 1 1 0 一n n ) n o = r a n n o 由上两式可得： d = n m a x $ 2 n n n s 9 上式表示系统调速范围、静差度、最高转速、转速降四者之间的关系。通常l l i i l “ 由电动机铭牌确定，s 2 应该等于或小于生产机械要求的静差度s ，d 由生产机械的 要求所决定，在这三者为定值时，则要求a n n 也为定值。也可以说，同一个调压调 速系统中，一定时，在不同的静差度下就有不同的调速范围。 上式还指出了在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速范围的方法是提高电 动机机械特性的硬度以减d , a n n 。 为了减小转速降a n n ，提高机械特性的硬度，得到很平的机械特性，必须设法 在负载转矩发生变化时，尽可能时电动机的转速不变。为此，在电动机的轴上安装 一台测速发电机，它的输出电势与电动机的转速成正比，两者进行比较，就可得到 偏差电压。当电动机负载转矩增加引起转速下降时，测速发电机的输出电势减小而 给定电压不变，则偏差电压增大使发电机的励磁电流增加，发电机电势增加，从而 贵州大学硕士研究生学位论文 1 7 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 使电动机的转速上升；反之，当负载减小引起转速上升时，测速发电机的输出电势 增加使偏差电压减小，则发电机电势减小，从而使电动机的转速减小。这种控制方 法叫做反馈控制。该系统是利用差值来消除偏差的，所以始终还有偏差。为了减少 偏差，增加一个放大器，这样，只要偏差稍有变化就能产生很大的控制作用，使发 电机的电势产生更大的变化，以维持电动机的转速不变。 由上可知，在一个自动调速系统中，当系统受到外界的影响或扰动作用( 如负 载的波动) ，致使被调量与给定值发生偏差时，则由测速环节( 测速发电机) 测量的 被调量( 电动机的转速) 和基准值( 给定值) 进行比较，得出偏差，再经过放大环 节( 放大器) 将偏差信号加以放大去控制执行环节( 发电机) ，以改变被调量的值， 从而达到抵消扰动作用减少偏差的目的。然后被调量又反过来使测量环节动作，就 这样按一定的顺序，一个控制一个，循环不已，自动工作。可见，负反馈控制系统 是按偏差控制原理建立的控制系统，其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制 作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，故又称闭环控制系统或反馈控制 系统。 在转速、电流所组成的双闭环调速系统中，采用电流截止负反馈，可以提高生 产率，缩短启动、制动和反转过渡过程的时间，从而得到下图实线所示的启动电流 波形。 图4 双闭环调速系统启动电流波形图 波形的峰值i m n 为晶闸管和电动机所允许的最大冲击电流，启动时间为t 1 。为 贵州大学硕士研究生学位论文 1 8 一 i， r _ 卞 一 r1jjjj：；l 一 、| ， i ；| ，f 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 了进一步加快过渡过程，而有不增加电流的最大值，若使启动电流的波形变成图中 虚线所示，使波形的充满系数接近1 ，这样整个启动过程中就有最大的加速度，启 动过程的时间可最短，只要t 2 就可以了。把电流作为被调量，使系统在启动过程时 间内维持电流为最大值不变。这样，在启动过程中电流、转速、可控整流器的输出 电压波形就可以出现接近于下图所示的理想启动过程的波形，以做到在充分利用电 动机过载能力的条件下获得最快的动态响应。 图5 理想启动过程的波形图 它的特点是在电动机启动时，启动电流很快地加大到允许过载能力值i a r a ，并 且保持不变，在这个条件下，转速n 得到线性增长，当升到需要的大小时，电动机 的电流急剧下降到克服负载所需的电流i a 值。对应这种要求，可控整流器的电压开 始应为i a m r ，随着转速的n 的上升，u d = i a m r + c e n 也上升，到达稳定转速时， u d = i a r e + c o n 。这就要求在启动过程总，把电动机的电流当作被调量，使之维持为 电动机允许的最大值i a m ，并保持不变。这就是电流调节器所完成的任务。 具有速度调节器a s r 和电流调节器a c r 的双闭环调速系统就是在这种要求下 产生的。如下图所示。 贵州大学硕士研究生学位论文 1 9 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 图6 转速与电流双闭环调速系统方框图 来自速度给定电位器的信号u g n 与速度反馈信号u f n 比较后，偏差为 u n = u g n u f n ，送到速度调节器a s r 的输入端。速度调节器的输出u g i 作为电流调节器 a c r 的给定信号，与电流反馈信号u f i 比较后，偏差为a u i = u g i u f i ，送到电流调 节器a c r 的输入端，电流调节器的输出u k 送到触发器，以控制可控接流器，整流器 为电动机提供直流电压u d 。系统中由于用了两个调节器分别对速度和电流两个参量 进行调节，这样，一方面使系统的参数便于调整，另一方面更能实现接近于理想的 过渡过程。从闭环反馈的结构上看，电流调节环在里面，是内环；转速调节环在外 面，为外环。 从静特性上看，维持电动机转速不变是由速度调节器a s r 来实现的。在电流 调节a c r 上，使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，但是在系统中还有 转速负反馈环包在外面，电流负反馈对于转速环来说相当于一个扰动作用，只要转 速调节器a s r 的放大倍数足够大，而且没有饱和，则电流负反馈的扰动作用就受到 抑制。整个系统的本质由外环速度调节器来决定，它仍然是一个无静差的调速系统。 也就是说，当转速调节器不饱和时，电流负罚款使静特性可能产生的速降完全被转 速调节器的积分作用所抵消了，一旦a s r 饱和，当负载电流过大，系统实现保护作 用使转速下降很大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用，这时系统表现为 贵州大学硕士研究生学位论文 2 0 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂段特性。 从动态上看，以电动机启动为例，在突加给定电压u g n 的启动过程中，转速 调节器输出电压u g i 、电流调节器输出电压u k 、可控整流器输出电压u d 、电动机电 枢电流i a 和转速n 的动态响应波形如图7 所示。整个过渡过程可以分为三个阶段， 在图中分别标以i 、i i 、i 。 ，! 铋 _ | 7 ”萨i b 毒， 。+ ：。7 。3 一 图7 双闭环调速系统启动过程动态波形 第1 阶段是电流上升阶段。当突加给定电压u g n 时。由于电动机的机电惯性 较大，电动机还来不及转动( n = 0 ) ，转速负反馈电压u f n = o ，这时，a u n = u g n u f n 很大，使a s r 的输出突增为u g i o ，a c r 的输出为u k o ，可控整流器的输出为u d o ，使电 枢电流i a 迅速增加。当增加到l a 一 i l ( 负载电流) 时，电动机开始转动，以后转 速调节器a s r 的输出很快达到限幅值u g i m ，从而使电枢电流达到所对应的最大值i a m ( 在这过程中u k ，u d 的下降是由于电流负反馈所引起的) ，到这时电流负反馈电压与 a c r 的给定电压基本上是相等的，即：u g i m z u f i = bi a m ，其中，b 电流反馈系 数。速度调节器a s r 的输出限幅值正是按这个要求来整定的。 贵州人学硕士研究生学位论殳 2 1 胎面生产线设计安装及生产实践中的改进 第1 i 阶段是恒流升速阶段。从电流升到最大值i a m 开始，到转速升到给定值 为止，这是启动过程的主要阶段，在这个阶段中，a s r 一直是饱和的，转速负反馈 不起调节作用，转速环相当于开环状态