（机械工程专业论文）φ450×1200橡胶压延机技术改造.pdf

囊燃大擘硕士学位硷文 450 12o0 橡胶压延机 技术改造 摘要 橡胶压延机在橡胶机械产品中重型高精度产品，是橡胶制品加工过程中的基 本设备，主要用于胶料压片、纺织物挂胶、胶胚压型、胶片帖合等关键工艺。同 时也是我公司主要产品汽车v 带、汽车皮膜半成品生产过程中保证质量和性能的 关键致备。 目前我公司所使用的4 5 0 1 2 0 0 三辊压延机是桂林橡胶机械厂1 9 7 5 年8 月 生产，1 9 7 9 年6 月投入使用的。该产品技术含量低、采用整流子电机调速、无 自动辊距调整装置、辊距调整为手动指针式显示、无半成品测厚显示装置、无半 成品铡温显示装置等，该压延机的操作完全是靠主操作手凭经验手动操作。游标 卡尺羁量来保证胶片、胶布厚度，容易造成半成品质量的不稳定己难以适应工 艺上对半成品的要求。因此压延机的改造对提高产品质量、降低成本是非常重要 和必要的。 具体的改造内容为： 1 将整流子电机调速系统改为变频器调运系笺。变频器调速系统结构简单， 调速平滑稳定，性能好、效率高、节能性好，易于实现自动化操作。 2 将传统的继电接触器控制系统改为p l c 可编程控制系统。传统的控 制系统，控制元器件多，可靠性不佳，一旦出现异常，查找故障不易。而p l c 在 控制的灵活性和可靠性方面及经济性方面具有很大的优势。 3 辊距手动调整、机械指针式改为自动调整、数字式显示系统。为了适应 现在对半成品要求的高质量，减轻主操作手的劳动强度，提高压延质量，节省胶 料，提高经济效益，拟将辊距电动调整、机械指针式改为自动调整式、数字显示 系统。 4 增如半成品烈遗系统。 s 增加一套冷却水循环制冷降温系统，、 关键词：橡胶压延机，变频器调速，p l c ，显示系统，测温系统 贵州大学硕士学位论文 450 120 0rubberro11 ing mi1l technique s ref0rms s u 珊a r y r u b b e rr o l l i n gm i l li st h eh i g ha c c u r a c yi nh e a v yt y p ep r o d u c ti n r u b b e rm a c h i n ep r o d u c t s ，w h i c hi st h eb a s i ce q u i p m e n ti nt h ep r o c e s so f r u b b e rp r o d u c t s i tu s e df o rp r i m a r i l yt h ec r a f to fp r o c e s s e si n c l u d i n g t h eg u ma n t i c i p a t et op r e s sat h i n gh a n g st h eg u m ，r u b b e re m b r y op r e s s e s ， f i l mm a t c h e se t c a l s oi sak e ye q u i p m e n t st h a ti sm a i np r o d u c ti nm y c o m p a n y ，w h i c hg u a r a n t e et h eq u a n t i t ya n dt h ef u n c t i o no fc a rvt a k ea n d t h ep r o d u c t i o nl i n eo fc a rs k i ns e m i p r o c e s s e dg o o d s c u r r e n tm yc o m p a n yu s e so f4 5 0 1 2 0 0t h r e es t a l k so ft h er o l l i n g m i l la r ep r o d u c e db yg u i l i nr u b b e rm a c h i n ef a c t o r yi n1 9 7 5a u g u s t ，a n d u s e di n1 9 7 9j u n e t h ep r o d u c t s t e c h n i q u ei s1 0 w , w h i c ha d o p tt o c o m m u t a t et h es u b e l e c t r i c a le n g i n e e r i n ga d j u s ts o o n ，n oa u t os t a l ko f a d j u s te q u i p m e n t s ，t h ea d j u s t m e n to fs t a l ki st h en e e d l et y p eo f m a n i f e s t a t i o n ，h a v en ot h es e m i p r o c e s s e dg o o d sm e a s u r e st h e t h i c k m a n i f e s t a t i o ne q u i p s ，h a v en ot h es e m i - p r o c e s s e dg o o d sm e a s u r et h e m a n i f e s t a t i o ne q u i pe t c t h eo p e r a t i o no ft h a tr o l l i n gm i l lc o m p l e t e l y i so p e r a t e db yl o r dt or e l yo nt h ee x p e r i e n c em o v et h eo p e r a t i o n t h e c u r s o rc a r dc h i n e s ef o o ti sm e a s u r e dt og u a r a n t e et h ef i l m , p l a s t i cc l o t h t h i c k n e s s ，r e s u l t i n g i nt h e s e m i - p r o c e s s e dg o o d sq u a n t i t y e a s i l y u n s t e a d y ，a l r e a d yh a r da d a p tt ot h ec r a f ta s c e n dt ot h er e q u e s to ft h e s e m i - p r o c e s s e dg o o d s f o rt h i sr e a s o n ，r o l l i n gm i l lr e f o r m st ot h e e x a l t a t i o np r o d u c tq u a n t i t y ，d e c l i n et h el o wc o s ti sc o u n tf o rm u c hw i t h n e c e s s a r y t h ec o n c r e t er e f o r mc o n t e n t si s ： 1 w i l la d j u s tt h es u b e l e c t r i c a le n g i n e e r i n ga d j u s ts y s t e mt ot h e m a c h i n eo ff r e q u e n c ya d j u s ts p e e ds y s t e m t h em a c h i n eo ff r e q u e n c ya d j u s t s p e e ds y s t e m sc o n s t r u c t i o ni ss i m p l e ，a d j u s t i n gs o o ns m o o t hs t a b i l i t y ， 贵州大学硕士学位论文 f u n c t i o ng o o d ，t h ee f f i c i e n c yi sh i g ha n de c o n o m i z eo ne n e r g ys e xg o o d ， a p tt or e a l i z et h ea u t o m a t i o no p e r a t e 2 w il l a d j u s tt r a d i t i o n a lc o n t r o ls y s t e mt o p l c s y s t e m t h e t r a d i t i o n a lc o n t r o l s y s t e m6 0 n t r o l am a c h i n e p i e c ei sm a n y ，t h e d e p e n d a b l ei sn o tg o o d ，o n c ea p p e a rt h ea b n o r m a l i t y ，c h e c k i n gt os e e k t h eb r e a k d o w nn o te a s i l y b u tp l ci s i nt h ea s p e c t so ft h ev i v i dt h a t c o n t r o lw i t hd e p e n d a b l ea n dt h ee c o n o m i ch a st h ev e r yb i ga d v a n t a g e 3 w i l la d j u s tt h ea r t i f i c i a la d j u s t m e n to fs t a l k ，t h em a c h i n ep o i n t s t h en e e d l et oa u t o m a t i ca d j u s ta n dt h ea r i t h m e t i cf i g u r en 1 8 n i f e s t a t i o n s y s t e m 4 i n c r e a s et h es e m i p r o c e s s e dg o o d sm e a s u r e st h es y s t e mo f t e m p e r a t u r e 5 i n c r e a s eas e to fw a t e rc i r c u l a t i o nt h es y s t e mi sc o l dt or e d u c e t h eh e a tt h es y s t e m k e y w o r d s ：r u b b e rr o l l i n gm i l l ，t h em a c h i n eo ff r e q u e n c ya d j u s ts p e e d ， p l c ，s h o w i n gs y s t e m ，t e m p e r a t u r em e a s u r i n gs y s t e m 贵州大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 概述 国内橡胶机械产品品种少、技术性能低，关键是在于我们的开发水平落后， 要想开发出高档次的产品，首先设计水平要高，其次是关键件加工工艺要先进， 再次实验设备要齐全。我国橡胶机械起步较晚，而且在很多方面确实拖了橡胶工 业发展的后腿。在我国，不是先有设备，后有制品，而是先有制品，后有设备。 每一种橡胶加工设备的推出，基本上得到某制品卖得好的消息后，才急急忙忙的 去测绘和仿制。长此以往，设计的人一代传一代，总是跟着市场跑，没有创造， 没有发展。我国橡胶机械产业的发展方向是：高技术、高质量的产品主霸市场。 随着市场的深入，一些粗制的、技术水平低、质量较差的产品在市场上将逐渐被 淘汰，主霸市场的将是高技术、高性能、高质量的产品。这些产品具有以下特征： 功能突出，物美价廉；高速、高效、高精密：成套性高、交货期短。 1 2 项目的目的和意义 橡胶压延机是我公司的重要高精度设备，是我公司主要产品汽车v 带、汽车 皮膜半成品生产过程中保证质量和性能的关键设备。随着现代汽车工业对产品零 部件的要求越来越高，也间接地对压延机提出了一些新的要求，促使压延机向着 高精度、高效率的高度自动化的方向迅速发展。 目前我公司所使用的4 5 0 1 2 0 0 三辊压延机是桂林橡胶机械厂1 9 7 5 年8 月生 产，1 9 7 9 年6 月投入使用的。该产品技术含量低、采用整流子电机调速、无自 动辊距调整装置、辊距调整为手动指针式显示、无半成品测厚显示装置、无半成 品测温显示装置等。该压延机的操作完全是靠主操作手凭经验手动操作。游标卡 尺测量来保证胶片、胶布厚度，容易造成半成品质量的不稳定，已难以适应工艺 上对半成品的要求。同时由于半成品质量不稳定，进而造成后续生产的不易控制， 导致废品增加，成本上升。因此压延机的改造对提高产品质量、降低成本是非常 重要和必要的。 1 3 世界橡胶工业的发展现状 橡胶工业是世界重要的传统产业。所谓橡胶工业，在国际上主要是指以橡 胶等弹性体为主料，混入炭黑一类补强副料，并且添加多种功能性助剂，同时 贵州大学硕士学位论文 结合以纤维、金属等材料作为支撑骨架，经过成型加工和硫化而制成橡胶制品的 工业。橡胶工业为区别于作为原料的天然橡胶和合成橡胶业，近年来又将它称 为橡胶加工工业，经济产业中则称为橡胶制品工业。世界橡胶工业历经1 6 0 余年 的发展，如今已成为许多发达国家重要的传统产业，现在全球的年橡胶消耗量达 到1 7 0 0 万吨以上，有约l o 万种各类橡胶制品遍及人类社会的各个领域。橡胶 工业在第二产业群中，以弹性体材料工业独树一帜。最近二三十年来，橡胶工业 由于受2 0 世纪7 0 年代两次世界石油危机的影响，全球橡胶工业出现了由长期 依靠量的扩大作为增加经济效益的主要手段，逐步转换为从提高质量、增加品种 和不断降低生产成本为目标的新时期。面对当前世界传统橡胶产品严重过剩、市 场竞争日趋激烈和企业效益不断下滑的形势。专家认为，随着全球高新技术的迅 猛发展，对传统橡胶工业的彻底改组、改造和改革已成为必然趋势。唯一的出路 就是加速产业升级，推进产品换代，使橡胶工业尽快实现高新技术化。 目前，世界橡胶工业的销售额已超过2 5 0 0 亿美元，橡胶制品早已成为国际 贸易重要的大宗商品。在世界市场上，橡胶产品已形成了轮胎为中心，以工业、 建筑用品为重点，涉及胶鞋、胶布等日用制品以及医疗卫生、文化体育等各大类 的产品群体。 随着高新技术的飞速发展，许多传统的橡胶制品也开始实现高性能化和功 能化。它们遍及从轮胎、工业制品到胶鞋等各个方面，主要有：绿色轮胎、智 能轮胎、同步带、节能带、防爆胶管以及各种功能鞋，还有各种密封、减震、 传印、感应橡胶件等等。这些在传统橡胶产品基础上利用高新技术改造的橡胶制 品，为橡胶工业今后的发展开辟了新的途径。 1 4 压延机工作原理及分类 橡胶压延机主要用于：纺织物( 帘布、帆布及细节等) 的贴胶与擦胶：钢丝 帘布的贴胶；胶料的压片及压型( 压花) ：帘布贴隔离胶片和多层胶片的贴合等。 压延机的工作原理是两个相邻辊筒在等速或有速比的情况下相对回转时，将 具有一定温度和可塑性的胶料在辊面摩擦力的作用下被拉如辊距中，由于辊距截 面的逐渐变小，使胶料逐步受到强烈的挤压与剪切而延展成型，从而完成纺织物 覆胶( 擦胶或贴胶) 钢丝帘布贴胶、胶片压延或压型，以及多层胶片的贴合。为 了使压延前的胶料能得到进一步的混炼、捏合和匀化，通常胶料要先通过1 2 2 贵州大学硕士学位论文 个具有一定速比的配对辊筒的錾晖。 橡胶压延机的种类较多，一般按工艺用途、辊筒数量及辊筒排列形式等分类。 ( 1 ) 按工艺用途可分为贴胶压延机、擦胶压延机、压片压延机、压型压延 机、贴合压延机和试验用压延机等。 ( 2 ) 按辊筒数量可分为两辊压延机、三辊压延机、四辊压延机、五辊压延 机及多 ( 机) 等。 型压延机、f 型压延机、l 型压延机、z 型压延机、 斜z 型压延机、s 型压延机及其它型式的压延机等。 1 5 国内外同类设备的现状及水平 1 5 1 国外现状及水平 目前国外压延机设备也是随着汽车工业的迅猛发展和汽车对橡胶产品的质 量要求日益提高，再加上尼龙帘布、钢丝帘布及其他新型骨架材料的广泛应用， 对压延机提出了许多新的要求，促使压延机及其联动装置向着高精度、高效率和 高度自动化的方向迅速发展。主要特点表现在： a 压延制品精度高。制品最小厚度为0 2 n - u n ，制品厚度公差为o 0 2 r n m ； b 压延速度快。纤维帘布压延机的速度一般为5 0 8 0 m m i n ，个别为l1 5 m m i n 。 而钢丝帘布压延机速度通常为2 0 5 0 m m i n 之间； c 自动化程度高。压延机及联动生产线均大量采用p l c 变频调速、恒张力控制系 统、自动测厚与反馈自动调厚、速度自动调节系统； d 主要保护环节：为了保护人身和设备安全，系统中设有故障或误操作引起的事 故保护措施。主要有：主电路及控制回路的短路保护；电机的过流、过热保护； 失压、失磁保护以及低速起动连锁和主电机与油泵电机的连锁保护等环节。设备 的润滑系统则设有缺油、轴承或轴瓦温度过高的报警，反弯曲及预负荷等液压装 置的油压、油温和油位等极限参数的报警等。具有微机控制功能和微机生产过程 监控和生产数据管理功能。 国外主要生产压延机的厂家有：德国的b e r s t o r f f 公司、意大利的c o m e r i o e r c o l e 公司和美国的f a r r e l 公司，这些厂家生产的压延机无论是质量和控制水 平在国际上都具有较高的声誉。 1 5 2 国内现状及水平 贵州大学硕士学位论文 国内压延机的生产水平尽管随着我国汽车工业的发展和要求，有了很大的提 高，但与国外先进水平相比尚有较大差距。主要表现在： a 压延速度慢。帘帆布为3 0 5 0 m m i n ： b 控制系统的先进性和可靠程度有差距。 国内主要生产压延机的厂家有：大连橡胶塑料机械厂，四川亚西机器厂，上 海橡胶机械厂，天津化工机械厂，常州第二轻工机械厂，桂林橡胶机械厂和无锡 市椽塑机械厂。各类压延机已形成系列，可基本满足各种橡胶制品的需要。 1 6 应用前景及预期经济效益 由于目前我国大多数橡胶制品行业均尚在使用这种三辊压延机，因而，此项 目的改造成功可为相关企业的压延机改造提供良好的借鉴，并可为同行业橡胶装 备水平的提高做出定的贡献。 由于该压延机是生产汽车高性能v 带、汽车制动皮膜的半成品。因此，该项 目的实施将会对后续生产提供良好的保证，可基本确保半成品的质量稳定，从而 可降低由于半成品不稳定而产生的废品，预计可减少不合格品1 5 左右。若按年 产量9 0 0 万件计算，每件按1 0 2 4 元计算，则可增加产值7 6 0 3 万元。 4 贵州大学硕士学位论文 第二章整流子电机调速系统改为变频器调速系统 2 1 现状 我公司现有的d 9 4 5 0 x1 2 0 0 压延机采用的是整流子电机调速系统。该系统技 术含量不高，对于速度变换的平稳性要求不高时较能适应。该系统的特点是控制 设备较简单、操作维护比较方便；缺点是可靠性不高、易出故障，经常因碳刷磨 损而造成短路跳闸，影响生产及供电系统的正常运行。因此，依据我公司的技改 计划，拟将目前所用的整流子电机调速系统改造成变频器调速系统，以便消除原 系统对内部电网的影响，杜绝因跳闸而造成其他车间停产的情况。另外变频调速 与传统的各种调速方式相比，变频调速系统结构简单，调速平滑稳定，性能好、效 率高、节能性好，易于实现自动化操作。随着电力电子技术、微电子技术、计算 机技术、控制技术的迅猛发展，其自动化程度、系统稳定程度以及在调速性能、 可操作性、维修性和经济性等方面都会有更迸一步提高，应用领域会日益扩大， 必将成为未来工作机的主流调速方式。变频系统工作中的高次谐波干扰、外来干 扰及逆变器干扰是制约变频系统正常工作的重要因素，必须根据不同的干扰因素 采取相应的措施予以抑制。 2 2交频调速的原理及其发展现状 变频调速技术由于其良好的调速平滑性、稳定性和可控制性以及良好的节能 性，在现代工业机械中已获得越来越广泛的应用。比如在橡胶设备、纺织设备( 特 别是在以线材、带材连续加工为重要内容的纺织器材生产中) ，其作用和发展前 景更显得突出。目前，在纺织器材生产中，不论是钢片联轧、拉丝，还是金属针布 生产、钢筘筘片生产、钢丝圈生产等都开始越来越广泛地采用变频调速技术。可 以预料，由于交频技术在调速方面无可比拟的优越性，在未来的工业生产中，特别 是在橡胶行业中，变频调速将是替代现有机构调速或交一直流调速的主要调速技 术。那么首先对变频调速技术的工作机理、影响因素、实际应用进行研究，从而 为改造整流子电机调速系统提供理论依据。 今天的变频器已由压频控制发展到动态矢量控制和直接转矩控制等高性能控 制，优点很多，如：转矩大。0 频率时，转矩输出1 0 0 ，0 5 h z 时，转矩输出2 0 0 ， 对吊车、港机、搅拌机、转炉倾动、高炉卷扬等重负载设备意义重大：高速c p u 贵州大学硕士学位论文 不但能测定负载的最佳控制电压和电流矢量，还能快速响应急变负载和及时检知 瞬时功率，实现最短时间内平稳地加减速：控制精度可达o 0 2 ，并具有o i o v ， 4 2 0 l 丑a ，r s 4 8 5 接口，可以和计算机，现场总线通讯。另外还具备软启动功能， 瞬时停电自动再启动功能，跳跃共振频率点功能，在线自整定功能，多种保护功 能等。 同时由于变频器生产规模化，交频器价格大幅降低。这使得其它调速技术很 难同变频器竞争，价格性能比的优越，使得变频调速极具市场潜力，毫无疑问， 它将成为电机调速的主流，电气传动的中枢。 2 2 1 变频调速的原理 众所周知，变频调速实际上是用改变电源频率以调节电机转速的一种方法。由 于鼠笼式交流异步电机结构简单，功率特性与转矩特性好，使用与维护特性好，目 前工业机大多使用鼠笼式异步电机作为驱动源。纺织设备、纺织器材生产设备几 乎毫无例外都采用其作为驱动机。由于众多工业机都需要调节速度，特别是一些 自动化生产线，除了要求速度恒定外，更要求各个工作节点保持速度的同步性、一 致性，因此调速一直是工作机工作中的重要问题。先进的、可操作性能好的，适应 当今生产自动化要求和某些特殊要求的调速理论和调速技术一直是科技界、生产 界研究的课题。由三相异步交流电动机的转速公式 n = 6 0 f 1 p ( 卜s ) ( 1 ) 式中，fl 电源频率或定子电流频率，p 电动机的磁极对数，s 转差率，n 电动机的转速。可知，如果均匀地改变频率f1 ，则可以平滑地 改变电动机的同步转速。1 2 一变频调速的主要类型和控制方式在异生电麴熟史，一 定子绕组的反电动势： e = 44 4 1k 中u 1 ( 2 ) 式中，u 1 一端电压即电源电压，中磁通量，。1 角速度。( 2 ) 式说 明，若u 1 不变，随着fl 的升高，中将减小。从转矩公式： m = cm 中i2c0s 由( 3 ) 可知，中的减小将导致输出转矩m 下降。反之，如果u1 不变，随f1 的减小，中将 增加。这会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损增加。综上分析，为了保持m 和 一 中的恒定，应在改变fi 的同时改变端电压u l 。显然，根据ul 和fi 的不同频率 贵州大学硕士学位论文 关系，可有以下不同的变频调速方式。 1 ) 保持u 1f1 = 常数的比例控制方式， 2 ) 保持中= 常数的恒磁通控制方式。 3 ) 保持pd = 常数的恒功率控制方式， 4 ) 保持i2 = 常数的恒电流控制方式。 2 2 2 各类负载变频调速时应该注意的问题 a 恒转矩负载 在恒转矩负载的变频调速系统设计是，主要考虑的是系统的调速范围是否 满足要求。首先是最底工作频率，变频调速系统中允许的最底工作频率除了决定 于变频器本身的性能及其工作模式外，还和电动机的伏荷率及散热条件有关；最 高工作频率，当工作频率高于额定频率时。其有效转矩线具有恒功率的特点，从 而说明，最高工作频率越高，负荷率越低。而负荷率越低，则允许的调速范围就 越大，另外，转动比越大，电动机的负荷率也越小。当电动机轴上的负荷率为 1 0 0 时，允许调速的范围是比较小的，考虑到在转矩负载不变的情况下，传动比 越大，则电动机电动机轴上的调速范围( 频率调节范围) 就越大，因此，如果当 调节范围不能满足负载要求时，可以考虑通过适当增大传动比，来减小电动机轴 上的负荷率，增大系统的调速范围。 b 恒功率负载 恒功率负载的特点是负载功率的大小与转速无关，转矩的大小与转速成反 比。在设计该类变频调速系统时，主要考虑的问题是怎样如何减少拖动系统容量。 c 平方律负载 平方律负载的特点是负载转矩与转速的平方成正比。在设计这样的变频调 速系统时主要要考虑的问题是如何得到最佳的的节能效果。另外由于负载的阻转 转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的年阻转矩有可能 大大超过额定转矩，所以对于平方律负载来说，只能以额定频率为上限，由于变 频器一般都有转差补偿功能，所以上限频率一般设定为4 9 h z 。下限频率频率根 据具体情况进行预置。 2 3 将整流子电机调速系统改为变频器调速系统设计 2 3 1 电机选择 7 贵州大学硕士学位论文 原整流子电机技术参数： a 电机型号：j z s 2 9 3 ； b 电机功率：7 5 2 5k w ； c 电机转速：1 0 5 0 3 5 0r m i n ； d 电压：3 8 0v ：。 e 电流：1 4 5 8 5a ； f 频率：5 0h z ； g 编号：9 8 6 9 3 7 3 0 5 ； h 电机重量：i i 0 0k g ； i 生产厂：上海先锋电机厂。 现选择电机： a 电机型号：y 3 1 5 s - 6 i b 电机功率：7 5k w ； c 电机转速：9 9 0r l m i n ； d 电压：3 8 0v ： e 电流：1 4 1 1a ： f 频率：5 0h z ； g 编号：2 0 0 3 0 9 1 8 4 ； h 电机重量：8 3 0k g ： i 生产厂：重庆电机厂。 y 3 1 5 s - 6 电机外形尺寸： a 中心高：h = 3 1 5 咖： b 地脚孔距离：轴向1 3 = 4 0 6 珊，横向 = 5 0 8 哪 c 轴径：d = 8 0m m ： d 轴伸长：e = 1 7 0 衄： e 键槽宽：f = 2 2i b m 。 2 3 2 传动系统设计 压延机的传动系统是为满足压延工艺与操作要求而进行配置，其特点是：能 使压延机辊筒在一定范围内变速( 或无级调速) ；能在慢速或快速条件下工作。 贵州大学硕士学位论文 其次要求辊筒速比可换，能在有速比或等速条件下工作，以适应擦胶、贴胶、压 片等不同工艺的要求。 1 ) 传动系统图。 传动系统示意图。 由于是在原有基础上进行改造，考虑到安装条件较为紧凑，且不能影响生产， 故选择带传动。 电动机y 3 1 5 s - 6 叠件装配示意图。 9 贵州大学硕士学位论文 1 2 轴 l4 5 l l 联轴器l 原配 1 0 隔套 la 3 9 皮带轮1h t 2 0 0 8 轴承2外购2 1 6 7 隔套1a 3 6 轴承座1a 3 5 压盖la 3 4 螺钉4外购m1 0 1 0 3 压板la 3 2 螺钉l外购m1 2 3 0 1 底座1a 3 序号 名称数量材料 备注 2 ) 传动皮带选择。 考虑到安装位置及传动的可靠性，现采用多楔带传动。 多楔带：它是一种在平带内表面纵向布有等间距4 0 。三角楔的环形带，兼有 平带与联组v 带的特点，但比联组带传递功率大、效率高、速度快、速比大、带 体薄、比较柔软，小带轮直径可很小。 设计计算： 己知条件： a 传动功率：p = 7 5k w ： b 小带轮转速：n l = 9 9 0r m i n ： c 大带轮转速：n 2 = 5 0 0r m i n 。 运行条件：载荷变动大，原动机为电动机，每天工作时间为1 0 1 6 小时。 l o 贵州大学硕士学位论文 计算项目单位公式嬲 说明结果 k a - - 磷撇，取1 3 ：p 传动功 设计功翱d k w p d = k a f9 t 5 率k 霄 根静d 釉l l ，由有关资料查选 带形n l - - 懒i m h 选尸l f 型 定 传动比若不考虑弹懒 n 2 _ 习诵；幸e 转速，咖如； n l n 2 = 却副如l 由卜叫谛蹴带圆鸯径m m ； d p l = d a l + 2 a e 却 哥滞轮节圊直径m mi d p 2 = d e 2 + 2 a ed e l 小带轮有效耍径，m m ； d 畦蛾麟群魏碴弪。m m ； e _ 1 躬彭差。 小带轮有效直矧黼自鼢，条件怠钳 蚴 查有关资料后取l l k d e l = 2 s 0 m m d e 崾镥歆较大直 大带轮有效直 础 d e 2 = i ( d e l + 2 a e ) 一2 a e 查有关资刳选取 游- - 5 0 0 m m 带湖m s 若v 过高则崮$ 溜卟的却i 或选 v = 1 3 4 m s v = ( 廊l n d ( 6 0 x 1 0 0 0 ) v 用较小的多楔带型号 v m d 岛o s ( x 7 ( d e l + d e 2 ) a 0 1 2 0 。，姒较小，应增 小带轮包角a 1 a 1 = 1 5 7 9 6 。 5 7 ，3 。a 大a 或采用张紧轮 带每楔所传递 l ( i r 依目目带型，n l 和e l 由躬矧 的额定功率p i 选取 p 1 = 6 8 6 k w 学1 时，带锨 所传递额定功妍 依据带型，n l 瓤f 由有关瓷料 率增量驴1 选取 廿l = n 5 4 l ( 1 带的蹴 z = p d ( p l + a p l ) h k 卫 h 吨角修正系数 取z = 1 2 z 查有关资车爿选取整数k 卜带长修正系数 查有关资料分别选取n 9 3 ，0 8 7 有效哑周力f t n f # ( p o v ) - l f 亭7 2 7 6 n 带的爨蚴 n f i = f t l d ( k r - 1 ) b 社刊蹴的獒断蔡数，奢献 f 1 = 9 7 0 l n f 1 资捌选耽k t = - 4 带的蹬蚴 n f 2 = f 卜f t f 2 ：2 4 2 5 n f 2 作用在轴t 的 力f r n f r = ( f i + f 2 ) 由( o 2 )f f 儿9 0 l n 多楔带的选型。 依据计算和生产情况选择多楔带规格为三根带宽为3 8h u n ，楔数为4 ，有效长 度为2 5 0 0 咖的多楔带，其规格型号为：4 一p m 一2 5 0 0 型，由我公司自制。 1 1 贵州大学硕士学位论文 3 ) 轴承选择。 依据经验及参考有关资料，并根据作用在轴上的力f r ，选择滚动球轴承为2 1 6 ， 有关参数如下：d = 8 0 啪；d = 1 4 0 砌：b = 2 61 1 1 1 1 1 ；r = 3 姗：d i = 9 1 啪：d 3 = 1 2 9 删畹：r g = 2f i l m 。 4 ) 带轮及轴的结构设计。 轴的设计估算。 已知传递功率p = 9 7 5k w ，转速n = 5 0 0r m i n 。 a 选择轴的材料：选择4 5 # 钢，由有关资料查得，c = 1 1 8 “1 0 7 ； b 估算皮带轮轴径：d - c 捱= ( 1 。7 1 1 8 ) 扩誉6 2 6 8 咖，考虑到轴上 需开两个键槽，并参考有关资料，取d = 8 0m m 。 带轮及轴的结构设计：见各部件零件图。 2 3 3 电气部分设计 1 )变频器的选择： 由于该压延机是生产中的重要关键设备，根据系统的容量以及调速范围和高 可靠性要求。同时考虑到系统的经济性，拟选择三菱变频器，型号为f r a 5 4 0 l - 9 0 k 七。 输入：三相3 8 0 4 8 0 v ，5 0 6 0h z 。 输出：1 8 0 a 。 重量：6 6k g 。 编号：9 0 9 1 8 0 。 2 ) 其他电气选择。 贵州大学硕士学位论文 序号元器件名称型号规格数量备注 1 空气断路器n m l 0 - 2 5 0 3 3 0 l 正泰集团 2 空气断路嚣 d z 4 7 6 04 正泰集团 3 轴流风机1 5 0 f z y 2 - d g 2 苏州 4 交流接触器 c j x l 一9 2 2 1 正泰集团 5 转速表r s 2 0 0 0 s 1 进口 6 电位器 1 7 急停开关 1 8 电源指示灯 1 3 ) 电源柜设计。 电源进 3 一d ) 2 0 4 )接线图。 贵州大学硕士学位论文 r s t n i 一一一、 i 篡 一一一、 一一 一位ip e 二卜vwi w 1 安装及使用情况。 该系统经过安装调试投入使用后，主要有以下特点。 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) 传动平稳、可靠。 接线圈 工作中噪声较原来有较大幅度降低，原系统中采用强制通风对电机进行冷 却，风燥较大，达到8 3d b 。采用新系统后，噪声降至6 7 分贝，生产环 境得到较大改善。 由于系统可靠，减少了不必要的停机时间，增加了生产时间，工作效率有 较大幅度提高。 此次改造上有一些小问题，待今后再作必要修改。如轴承座上未设加油孔， 每次加油需将端盖拆下：更换皮带不方便；轴承受力情况不好，易损坏等。 1 4 贵州大学硕士学位论文 第三章继电接触器控制系统改为p l c 可编程控制 系统 3 1 现状 我公司现有的中4 5 0 1 2 0 0 橡胶压延机是七十年代产品，其电器控制部分采 用的是传统的继电接触器控制系统，控制元器件多，可靠性不佳，且经过近 几十年的变动后，柜中线路较乱。一旦出现异常，查找故障不易。因此，依据我 公司的技改计划，拟将传统的继电接触器控制系统改为p l c 可编程控制系 统。现依据我公司的实际情况，在本部分设计中，将p l c 与变频器的改造统一进 行控制设计，便于今后实施。 3 2p l c 的理论基础 3 2 1 可编程序控制器( p l c ) 简介 可编程序控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 简称p l c 。随着p l c 的发 展，它不仅能完成编辑、运算、控制，而且能实现模拟量、数字量的算术运算。 所谓可编程序控制器，就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的 电子系统、顺序控制、定时、记数和算术操作的指令，通过数字量或模拟量的输 入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。 3 2 2p l c 的特点 传统的继电接触器开展采用的是固定的接线方式，一旦生产过程有所变动， 就得重新设计线路连接安装，不利于产品的更新换代，但是采用小型计算机实现 工业控制的价格昂贵，输入输出电路不匹配，编程技术复杂。p l c 在与设计控制 的灵活性和可靠性方面及经济性方面具有很大的优势。 a 硬件配置方便。p l c 的硬件都是由专门的生产厂家按照一定的标准和规格生产 的，硬件可按实际配置需要购买。 b 安装方便。内部不需要接线和焊接，只需要编写程序就可以了。 c 使用方便。接点的使用不受次数限制。 。 d 维护方便。 f 运行的可靠性。p l c 是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采用了多 层次的抗干扰措施，可在恶劣的条件下长时间可靠的工作。 贵州大学硕士学位论文 3 2 3p l c 的工作原理 3 2 3 1 扫描的概念 扫描是一种形象化的术语，用来描述可编程序控制器内部的c p u 的工作过程。 所谓扫描就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。p l c 运行时，用 户程序中有众多的操作需要进行，但是一个c p u 的顺序依次执行各个操作。这种 需要处理多个作业时依次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式。由于扫描是 周而复始无限循环的，没扫描一个循环所用的时间为扫描周期。 1 一 顺序扫描的工作方式是p l c 的基本工作方式，它简单直观，方便用户程序设 计，为p l c 的可靠运行提供了有利保证。一方面，所扫描的指令被执行后其结 果马上可以被后面将要扫描的指令所利用；另一方面，还可以通过c p u 设置定时 器来监视每次扫描时间是否超过规定时间，避免由于c p u 内部故障使程序执行进 入死循环。 3 2 3 2p l c 的工作过程 p l c 的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控 制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出 点发出相应的控制信号。除此外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制 命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求。 因此，p l c 工作过程分为以下五步：自诊断、与外设通信、输入现场状态、解算 用户逻辑、输出结果。 在依次完成上面五个步骤操作后p l c 又开始进行下一次扫描。如此不断的反 复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、或 出现故障。 3 2 3 3 p l c 的编程语言梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路图，它简单，直观，易读，好懂，是 p l c 中普遍采用的一种编程方式。梯形图中沿用了继电器线路的一些图形符号， 这些图形符号被称为编程元件，每一个编程元件对应一个编号。不同厂家的p l c ， 其编程元件的多少及编号方法不尽相同，但是基本的元件及功能很接近。梯形图 有如下特点： ( 1 ) 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。 1 6 贵州大学硕士学位论文 ( 2 ) 梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是 变量储存器中的位触发器，因此称为软继电器，相应的某位触发器为 真态，表示该继电器通电，其常开触点闭合、计数器等。 ( 3 ) 梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电 器的触点是可以被无限制的引用，既可是常开触点也可以是常闭合 点。 ( 4 ) 梯形图是p l c 形象化的编程方式，其左右两侧钧母线不接任何电源， 因而各个支路也没有真实的电流通过，但是为了方便，常用有电流或 得电来形象的描述解算中满足输出线圈的动作条件。 ( 5 ) 输入继电器用于接收p l c 的外部输入信号，而不能由内部继电器的触 点驱动。 ( 6 ) p l c 的内部继电器电器不能做输出控制使用，它们只是一些逻辑运算 用中间储存单元的状态，其触点可供p l c 内部使用。 3 3 可编程序控制器( p l c ) 应用中的闯题和解决方法 在p l c 的推广应用中，产品的可靠性、适用性、可维护性和经济性是起主要 作用的四大因素。 ( 1 ) 可靠性是最重要的条件，也是用户关心的焦点。没有较高的可靠 性，也就失去了可用性。 ( 2 ) 适用性是广大产品应用覆盖面的重要因素。现在的p l c 品种多、 功能全、使用方便，一台p l c 可以控制多台单机设备。 ( 3 ) 可维修性是国产p l c 的一大优势。p l c 产品在结构上是模块化，便 于更换，有足够备件可保证维修，再加上良好的售后服务，使用 户放心使用，免区后顾之忧。 3 4 现代压延机对控制系统的要求 为了保证压延质量，控制系统必须满足以下各技术要求： ( 1 ) 压延机及其联动装置尘墼磊设备不仅能单独开停，而且还可以按预先设定 的速度比例协调运行。 ( 2 ) 系统应设有手动和自动两种运行方式。通常是在自动状态下工作，但当系 统出现故障时可由自动工作切换到手动工作。这样，一方面故障时可用一定的低 1 7 贵州大学硕士学位论文 速维持继续生产，另一方面可避免因突然停机使压延机各辊筒在工作温度条件下 因散热不均而引起的机械故障，从而可起到保护设备安全的作用。 ( 3 ) 由于各个单元的机械传动惯量不同，因此在启动或停机制动的过程中会由 于机电时间常数不一而产生各单元设备间瞬时不同步的现象。为此，在系统设计 时应注意通过某种动态补偿方式解决这个问题。使各个单元设备具有基本一致的 加速度或减速度，即具有相同的速度变化率。只有这样才能消除动态过程中发生 帘布张力过大或过小的波动。 ( 4 ) 控制系统应有很强的抗干扰能力，对于电源电压在+ 1 伊一1 5 范围内波 动、负载从1 0 至1 0 0 的冲击以及环境温度变化时，各单元设备的速度变化应 限制在1 以内。 ( 5 ) 具有较宽的调速范围，通常起始工作时为低速，正常生产时为高速。 ( 6 ) 主要保护环节。为了保护人身安全和设备安全，系统中必须设有故障或误 操作引起的事故保护措施。主要有：主电路及控制回路的短路保护：电机的过流、 过热保护；失压、失磁保护以及低速起动连锁和主电机与油泵电机的连锁保护等 环节。设备的润滑系统则设有缺油、轴承或轴瓦温度过高的报警，反弯曲及预负 荷等装置的油压、油温和油位等极限参数的报警。 3 5p l c 及变频器的控制系统设计 1 8 釜瓶压延机p l c 、变频调速控制系统 p l c 输入、输出地址分配表 p l c 输入地址 序号输入名称输入代号输入地址 备注 1 油泵启动l a n x 0 2 油泵停止 l a tx 1 3 主机启动 2 a nx 2 4 主机停止 2 tx 3 5下左辊距调大 x 4 6 下左辊距调小 3 a nx 5 7下右辊距调大4 a nx 6 8 下右辊距调小 5 a nx 7 9上左辊距调大x l o 1 0 上左辊距调小6 a n x l l 1 1 上右辊距调大 1 k &x 1 2 1 2上右辊距调小8 a nx 1 3 1 3 上辊限位 x 1 4 1