（机械电子工程专业论文）药芯焊丝自动配粉系统的研究.pdf

摘要 药芯焊丝是新一代焊接材料，具有工艺性能好、力学性能高、熔敷速度快， 综合成本低等特点，在世界各主要工业化国家药芯焊丝发展迅速，已成为仅次 于实芯焊丝的第二大焊材品种。近年来，国内各药芯焊丝生产厂商和科研机构 相继引进或自行设计制造了数十条药芯焊丝生产线，但这些生产线在自动化程 度，焊丝产量和质量等方面与国外焊材企业相比还存在一定的差距，尤其在药 粉配制过程中仍普遍采用人工作业，生产效率低，配粉精度不稳定。实现药芯 焊丝配粉系统的自动化，不仅可以大大降低工人的劳动强度和企业的生产成 本，提高劳动生产率，消除人为因素影响，提高配粉速度和精度，也有利于促 进企业生产的自动化和信息化。对提高我国药芯焊丝产品在国内国际市场的竞 争力有重要的意义。 一、本文结合药芯焊丝的生产工艺要求，通过对称重传感器、智能化称重 仪表、机械传动机构、可编程控制器、上位计算机等的系统集成，研究设计了 一种药芯焊丝自动配粉系统。该自动配粉系统已应用于天津三英焊业有限公司， 经初步试用满足生产工艺要求； 二、结合两种称重配料系统结构形式各自的优点，设计了一种新型称重配 料结构模式，在保证系统配粉精度的前提下减少了称重仪表以及称重传感器的 数量，降低了系统成本； 三、药芯焊丝自动配粉系统上位机采用w i n c c 监控组态软件实现人机对 话，双机冗余控制系统采用h m io p l 7 0 b ，操作简便，性能可靠。配粉系统采用 现场总线控制方式，提高了数据的传输速度和精度，减少了控制系统的安装、 调试及维护费用； 四、采用了一种改进的控制算法，在软件上减少配粉过程中空中落料( 落 差) 对系统精度的影响，进一步保证药芯焊丝自动配粉系统的配制精度； 五、分析了药芯焊丝自动配粉系统的主要误差来源并且研究提高配粉系统 精度应采取的各项措施。 关键词：药芯焊丝自动配粉系统控制 a b s t r a c t f l u x c o r e dw i r eh a sb e e nt h en e w t r e n di nt h ed e v e l o p m e n to f w e l d i n g m a t e r i a l i nt h ew o r l d c o m p a r e dw i t l ls o l i dw i r ea n de l e c t r o d e i to f f e r sm o r ep e r f e c t m e c h a n i c a la n do p e r a t i n gp r o p e r t i e s ，h i g h e rw e l d i n gq u a l i t y , l o w e rc o m p r e h e n s i v e c o s t a t p r e s e n t ，f l u x - c o r e dw i r ei st h ef o c a lp o i n to f r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p m e n t o f w e l d i n gc o n s u m a b l e si nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，b u ti nc h i n a , t h e r ei sf e wr e s e a r c h i n g i nt l l i sf i e l d a l t h o u g ht h e r eh a v eb e e ns o m ea s s e m b l el i n e sf o rf l u x - c o r e dw i r e p r o d u c t i o nc a p a c i t yi sl i m i t e da n dt h eq u a l i t yo f t h ep r o d u c t si sn o ts t a b i l i z e d o n e i m p o r t a n t r e a s o ni st h a tm o s to f t h e b a t c h i n gs y s t e m sf o rf l u x - c o r e dw i r ep r o d u c t i o n h a v en o tb e e na u t o m a t i c i nv i e wo ft h i s ，an e wt y p eo fa u t o m a t i cb a t c h i n gs y s t e m a p p l i e d t of l u x - c o r e dw i r e p r o d u c t i o n i sd e v e l o p e di nt h i sd i s s e r t a t i o n 1 t h ea u t o m a t i cb a t c h i n gs y s t e m 叩p l i e dt of l u x - c o r e dw i r e ，w h i c hi n t e g r a t e s t h es e n s o rt e c h n o l o g y , c o m p u t e rc o n t r o lt e c h n o l o g y , a n df i e l db u st e c h n o l o g y , i s c o m p o s e do fi n d u s t r i a lc o m p u t e r , p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r , l o a dc e l l s ，w e i g h i n g i n s t r u m e n t s ，w e i g h i n gh o p p e r s ，f e e dm a c h i n e sa n de l e c t r i f i c a t i o nc o n t r o lc i r c u i t 2 an e w b a t c h i n gs y s t e ms t r u c t u r ew i t hh i 【g hp r e c i s i o na n dl o w c o s th a sb e e n e s t a b l i s h e d 1 1 1 en u m b e ro fl o a dc e l l sa n dt h ew e i g h ti n s t r u m e n t sh a sb e e nr e d u c e d w i t h o u td e c r e a s i n gt h ep r e c i s i o no f t h es y s t e m 3 t h es y s t e mu s e st h ep r o f i b u s - d pf i e l db u sa n dw i n c e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e p a c k a g et o c o n t r o lt h ep l ca n dw e i g h i n gi n s t r u m e n t s ，c o m m u n i c a t i o na n dd a t a e x c h a n g ec a p a b i l i t y a r e i m p r o v e d ，i n t h em e a n w h i l e ，t h e m a i n t a i n i n g c o s ti s d e c r e a s e d 4 an e wc o n t r o la l g o r i t h mi m p r o v i n gt h ep r e c i s i o no f f e e d i n gi sd e v e l o p e d u s i n g t h i sa l g o r i t h m ，t h ee r r o rc a u s e db yt h ef a l l i n gp o w d e ri nt h ea i rc a nb er e d u c e d t oal i m i t e dr a n g e 5 m a i nc a u s e so ft h ee r r o ro ft h eb a t c h i n gs y s t e ma r ea n a l y z e d ，s o m em e a s u r e s t oi m p r o v et h es y s t e m r e l i a b i l i t ya n dm e a s u r i n ga c c u r a c ya r ep r e s e n t e d k e y w o r d s ：f l u x - c o r e dw i r ea u t o m a t i c b a t e h i n g s y s t e m c o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 弧是引 签字日期：加；年，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫生盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘壅盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 啦宠牧 一轹睁噼 签字日期：；年 ，月，) 日 签字日期勿醇哆年 月2 月 第一章绪论 1 1 药芯焊丝简介 第一章绪论 药芯焊丝是新一代焊接材料，具有工艺性能好、力学性能高、熔敷速度 快、综合成本低等特点，是焊接材料中唯一被列入国家高新技术产品目录的 产品，在冶金、造船、能源及化工建设( 油气管线、工业锅炉、压力容器) 、 机械制造等行业具有广阔的发展前景。世界各主要工业化国家药芯焊丝发展 迅速，已成为仅次于实芯焊丝的第二大焊材品种。近几年，我国也开始推广 普及药芯焊丝的使用，并且在药芯焊丝的理论研究和工业化生产方面都有了 长足的进步，可以预见，在未来的二十年内，药芯焊丝必然会取代焊条成为 第一大焊材品种。 1 2 药芯焊丝生产流程 目前国内外生产药芯焊丝的工艺方法有很多种，将其归纳起来可用图 1 1 来表示【2 1 。 图l - 1药芯焊丝制造工艺分类 在众多的生产方法中，冷轧带钢轧拔法因其具有生产工艺简单、生产效 率高、质量稳定可靠、设备投资较少、生产成本较低等优点而被广泛采用。 图l 一2 为冷轧带钢轧拔法药芯焊丝生产工艺流程。 由图 - 2 可见，药芯焊丝是由钢带逐步轧制成圆筒形，按配方配制的药 粉在轧制过程中被注入其中，然后钢带进一步轧制封口拉细，达到标准直径 i 蘩一章绪论 螽凌卷，竞蘧翡蕊焊熊翡璧产避鬃。避建溪蹩药羚熬方帮戳傻簿墼浆蕊黎成 分嶷鞍丈鬏囊瓣交动，使辫察瓣辫缝杂窍不潮豹会焱惩豢，从舔焊缝经毵墩 赣毒绞大鲶不器。 蕊蕊簿丝鹣努糖粼方巾镦拦磊耱盘麓，姆垒，纯攀骛晶激获部分祷瓿游， 豢矮鹣毒镰铁，穗铁，铰获，镄耱，铬莰，大琏器( c a c 0 3 ) ，萤善耪( c a f 2 ) ， 嶷红磊( t i 0 2 ) ，纯碱( n a c o a ，承璇璃( m n a 2 0 。n s i 0 2 ) 笛。遮登药狳哥数熬 巍毒普涟露条辩皮菸钕黥儇护熔滚、熔添受爱戴琵、氮琵，藕麓爆缝壤型， 稳定壤激，聪裁、巍虢、渗合盒簿撵翔掰。国鼍：备瓣骜羚在海熊簿接遗程中 藕簿缱审群起酶俸餍影响不蔺，丽麓冀本身静特谯各弊，戮藏器秭药耪森 懿蠢串裁鑫麴魄铡羞辩缀大，备耱蘩耪龉须搬撵蜉熊鹃淼髑薅会绦掩蟹定躺 眈俄絷系，柽何缀份过多或避少帮会彩响海丝的焊接往艟【4 j 溺翳。 辩羚轧帮钢 缴赘蘩l o - - ： 6 m m ll 镥带屠辘至3 5 0 k g ll 锯繁清洗 辙蓠辊 耱瓣簿势 粥带蒜烧辘ll 滞浇擞千浚蔷 莼耱鼷学ll 潺耪 l嚣耪 癀餐瓤强琏簿ll 烘手瓣 褥耪辊li 鸯磷鬈餐最统 势绣檬浆爱绕卷ll 款熊罐黎至盛晶l 轧铡辫墼巍瞽 最娆执l畿线控丝枫ll成囊壤 缁l 也冷氛辩躺莪援法婺蕊辫丝生声羔慧滚濮 1 ，3 麟芯撑丝自渤鬣粉袋绫豹意义 弱髓我霉瓣辫按槛壤纯与基溯绽襻照仅嚣垒嚣潜搂爨麴皇o 左嚣，置煮 簧燕王序蠢动钝窝藏皴铯，缀少蠢全过纛叁动能。载寝簿接爨动纯求学戆自 动、攀崧麓浮鹣的游越童仍然校糕，落嚣嚣乎王瞧弧辫携占寰磐缝链。箍罄 嚣舔纛争静不断藤裁，襞辍的鬣羧焊接产蛙溪耩严嫒麓稿酸。霹馥，大杰发 展药芯簿熬逮代表避今氆箨浮袋材鹳发展趋势静鞭产箍辩謦晁经济麴壤 长霸暴族产遵鼢逡疹熊脊藿蘩意义f 魏。 避牮象，戳内务药巷辫丝墅产厂掰鞠辩研擞秘在楚嚣浮整成套生产装备 ( 建产绒) ，穗关铡逡王麓和蓊愁配方等三方薅逑孬了密益哟舞辐鞠探索， 第一章绪论 相继引进或自行设计制造了数十条药芯焊丝生产线，但这些生产线在自动化 程度、焊丝产量和质量等方面与国外焊材企业相比还存在一定的差距，尤其 在药粉配制过程中仍普遍采用人工作业，生产效率低，配粉精度不稳定，不 能满足现代企业生产管理全面自动化的要求，对操作者的健康也造成了一定 的影响。 与一般称重配料系统相比，药芯焊丝配粉生产过程有以下特征： 1 ) 配粉现场粉尘大，环境恶劣； 2 ) 各组份在配方中所占比例差异悬殊； 3 ) 配粉速度和精度要求高； 4 ) 产品种类多，需经常进行配方变换、调整； 5 ) 粉料受环境温度，湿度影响，部分粉料需预热除湿； 实现药芯焊丝配粉系统的自动化，不仅可以大大降低工人的劳动强度， 降低生产成本，提高劳动生产率，消除人为因素影响，提高配粉速度和精度， 消除自动化“孤岛”，促进企业生产的自动化和信息化，同时也有利于企业 技术信息的保密工作。对提高我国药芯焊丝产品在国内国际市场的竞争力也 有重要的意义。 1 4 称重配料系统 自动配料系统是对粉粒物料进行单秤称重并按所选配方混合这一工业 过程进行实时监控管理的自动化系统，已广泛应用于冶金，建材，化工，医 药，粮食与饲料等行业【引。 1 4 1 配料系统的组成 一般的称重配料系统有以下几部分组成1 9 】： 1 ) 喂料部分：喂料部分是从料仓( 或储罐) 向称重设备中加料的执 行机构。根据物料的不同特性，选用不同的给料设备，如电磁振动给料机、 螺旋给料机、单( 双) 速电磁阀等。 2 ) 称量部分：称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组 成，与二次仪表一起进行物料的称量，误差的检测。 3 ) 排料设备：排料可以是称重设备( 减量法) 或排放设备( 增量法、 零位法) 。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、气动阀门等组 3 第一章绪论 戒。所有设备均皮校帮现场的王裴条佟、物辩的性震等涟符设计和选择。 4 ) 羧巷系统：懿鹅控制系统自称熏纹袭、上链工控枫、可缡凝控潮 器爱其它控镱嚣件等缀成。典瀣酾酝料捺稍系统翔圈1 - 3 搿承。 配料控铺系统鲍控铡逻辑一般链捂全自动、拳鸯韵、孕凑兰级冗袋系统。 垒自动是包括配拳萼煎按、误差检测、报表打印、报警等鹃自动化生产方式； 攀囊动是上位抗搬理故障或没霄上往辘避行管理霹赞黥戳囊动化的方式进 行粥料生产；芋动贼怒完全由搡作者根据仪表鲶出的数据谶行手渤配辩方 式，一般摹鐾为系绞敬豫或进行特殊嚣料( 翔进行赫酝方试验) 辩采取羽瘫急 接旒。配料控制系统还提供一个紧急情况下的强制能力，使系统能在意外情 况下强制扁停，缳簿系统安全。 姥| 萼雏墩辩糍辑攮僖母穗褴信鸯 图1 - 3 起誊季藏裁系统 5 ) 蔽稃系统；甏黼系统佟懑器纛避行寇麟调校，虢傈谖紧统酝瓣精痘。 1 , 4 。2 配料系绫鳇功能 配料控制系统一般戏具有l 冀下殛髓蝴： 1 ) 穗予露羚尘，要求舞霹靠牲瓣王韭现撩； 2 ) 褥体县囊基确去皮，调零及囊动标定，穆熬功髓； 第一章绪论 3 1 具有自动按配方进行配料并实时显示配料过程的功能 4 ) 具有配方的添加，调整，存储，保密等功能； 5 ) 具有实时报警并处理故障的功能； 6 ) 具有打印、修改、存储、调用、分析等功能； 1 4 3 配料控制系统的新进展 目前。配料系统的流程控制几乎全部由可编程序控制器( p l c ) 来实现， 上位计算机则用于配方管理、屏幕人机对话和称重数据的存储打印等工作。 随着微处理器技术的发展，配料系统中的称量仪表由最初的专用积木式仪表 发展为智能化的工业控制终端以及专门的配料控制器。配料控制器是用来控 制一种或多种物料的配制的微计算机系统，可以完全或部分取代可编程序控 制器，实现配料的自动化。德国、瑞士、日本等国都开发了用于工业称重配 料的配料控制器。称量仪表的功能也由最初的数据显示发展为具有自诊断、 自动零位跟踪、置零去皮、预置点输出、动态称重、数据通信等多项功能。 近年来，基于现场总线的控制系统( f c s ) 正成为工业自动控制系统的 发展方向。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现 场仪表互连的通信网络，是现场通信、计算机技术和控制系统的集成【1 0 】。 现场总线控制系统与传统的过程控制系统相比，具有明显的优势，其特点包 括f 1 1 】： 1 ) 具有较高的性能价格比，系统的综合成本及安装费用低，导线、 连接附件大幅度减少，设计、安装、调试、维护简单易行； 2 ) 系统性能大幅提高； 3 ) 可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力； 4 ) 数字信号传输，有效的提高了系统的测量和控制精度； 随着现场总线技术的推广，将传统的配料控制系统改进为基于现场总线 的控制系统也就成为了科技进步的必然趋势。目前，部分用于配料的称重仪 表已经开始有了现场总线接口，使基于现场总线的配料控制系统成为可能， 图 - 4 所示的就是一种基于现场总线的配料控制系统【9 】。 1 5 本课题研究的内容 1 研究设计一条应用于年产1 万吨药芯焊丝生产线的高精度低成本自 5 第一章绪论 渤配粉系统，并鬣裰据当前基于现场总线的控制系统融经成为了时代发震斡 必然趋势，研究基于现场总线的药芯焊丝自动配粉控制系统的组成以及监控 缀态软件在药芯绰丝自渤配粉控翻系统中的廒用； 2 探讨影响系统配粉精度的因素并且研究为了提高药蕊焊丝自动配粉 系统的精度应该在硬律上采取的措施以及在软件上采用的控制算法。 传感 图1 - 4 基于现场总线的称重配料控制系统 苎三童垫堇塑丝皂垫里塑笙兰垡堕笙塑 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 2 1药芯焊丝药粉的配制工艺流程及生产纲领 2 1 1 药芯焊丝药粉的配制工艺流程 药芯焊丝药粉配制过程中，包括预混粉配制和成品粉配制两个环节，预 混粉主要包括化学药品以及部分矿物粉，在成品粉配制时作为一个组份加入 其中。药芯焊丝药粉的配制工艺流程如下： 1 ) 预混粉配制一一预混粉混合一一烘于一一预混粉入仓； 2 ) 金属粉筛分一一金属粉入仓； 3 ) 成品粉配制一一成品粉混合一一烘干一一交付下一工序。 2 1 2 药芯焊丝自动配粉生产线生产纲领 根据药芯焊丝药粉的配制工艺流程，设计年产万吨药芯焊丝的自动配粉 生产线。其生产纲领如表2 - 1 所示。根据生产纲领，设计为日产成品药粉5 4 吨。其中预混粉每次配制约2 0 0 k g ，共需配制预混粉1 4 次；成品粉每次配 制约3 0 0 k g 。共需配制成品粉1 8 次。 表2 - 1 药芯焊丝自动配粉生产线生产纲领 序号产品名称单批重量年生产纲领 ( k g ) 批次重量( t ) l预混粉2 0 03 5 0 07 0 0 2成品粉3 0 04 5 0 01 3 5 0 2 2 药粉成分及其配比 药芯焊丝药粉的配方根据特定的使用场所和性能要求有不同的变化，因 此在设计药芯焊丝自动配粉系统时，除了最常用的基本配方外，在预混粉配 制和成品粉配制过程中都设计了预留的4 个冗余料仓，以供不同焊丝产品配 制药粉时使用。表2 2 、2 3 列出了最常用的一组配方数据。 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 表2 - 2 预混粉配方数据 n o in o 2n 0 3n o 4n 0 5n 0 6冗余料仓 日耗( t ) 0 0 70 1 l0 1 8o 2 50 90 9 扶耗( k g ) 5 6 08 8 01 4 4 02 0 0 07 2 0 07 2 0 0 比重( t m 3 )0 5 01 。2 41 0 62 7 62 ，2 02 ，4 0 流动性差差差好差好 吸潮性强强差差差差 误差要求( g ) 1 01 01 01 05 05 0 表2 - 3 成品粉配方数据 n 0 1 1n o 1 2n o 1 3n o 1 4n 0 1 5n o 1 6n 0 ” 冗余料仓 日耗( t )o 1 50 1 50 1 50 1 80 71 22 5 次耗( k b ) 8 9 08 9 08 9 01 0 7 04 1 6 07 l _ 6 01 4 9 1 0 比重( t g ) 0 8 62 5 70 6 02 9 43 8 32 5 02 3 0 流动性差 由由由 好好 审 吸潮性差差差差差差 由 精度要求( g ) 1 02 01 01 05 01 0 01 0 0 2 3 生产线总体结构方案设计 2 3 1 生产线概述 根据配粉工艺流程，药芯焊丝自动配粉生产线由料仓、给料机、称量料 斗和配粉控制系统组成。为了合理安排生产。将预混粉配制和成品粉配制安 排在同一生产线上，前面的料仓供预混粉配制使用，后面的料仓供成品粉配 制使用，可以分别配制预混粉和成品粉。 2 3 2 称重方式选择 在工业配料过程中，常用称量方式有两种，即进料式称量和卸料式称量。 进料式称量有两种实现方法，第一种：在称量开始时通过给料设备向称 量料斗内给料，在称量值达到设定值时停止给料，然后打开闸门将料卸出， 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 再从零位重新称量下一物料，这种方式称为零位法；第二种：称量料斗接收、 称量好一种物料后，不排空料斗，而是只将电子秤内部计数值清零，再接收 另一物料，这种方式称为增量法。显而易见，零位法的称量精度比增量法的 称量精度高【l “。 在进料式称量时，当给料设备停止给料后，还将有一部分物料在空中以 自由落体的方式落入称量料斗，这些余料称为落差。因为有落差的影响，增 量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。 为保证称量速度和称量精度，在进壮式称量时一般采用给料设备双速给 料的方法，即先快速给料至设定值的9 0 - 9 5 ，以保证称量效率，然后慢 速给料，以保证称量精度。 卸料式称量又称减量法称量，是首先向料斗内装入始终多于配方要求的 物料，然后自料斗内向外卸料来进行称量，落下的物料的重量就是要配制的 物料的重量。减量法称量还可以省去料斗，直接将传感器安装在料仓上，料 仓中物料总重量减少的数值就是要配制的物料的重量值，但这样由于精度太 低而较少采用。减量法只能一料一秤。 同样为了兼顾速度和精度，减量法也采取双速卸料，一般是先快速卸料， 到达设定值的9 0 9 5 时改为慢速卸料。 三种方式称量时间和重量曲线如图2 1 所示【1 3 】。 删 时间 1 ) 增量法 时间 2 ) 零位法 图2 - 1 称重方式 脚 栅 时间 3 ) 减量法 在进料式称量中，由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净，从 而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量， 不存在卸料干净与否的问题，因而该方式特别适合于称量难称的物料，比如 易粘附的物料等，其缺点是设备比较复杂，需要同时有给料装置和卸料装置， 要求车间高度较高，并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 物料的重量值，从而导致传感器量程增大，造成称量精度降低。因而一般情 况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低1 4 1 。 在药芯焊丝配粉系统中，由于粉料种类多，要求称量精度高，而标准厂 房高度有限，因此我们采用零位法对粉料进行称量的方案。 2 3 3 给料方式选择 称重配料系统常用的给料装置有电磁振动给料机和螺旋给料机。 电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理，双质体在低临界近共振状 态下工作，无转动部件、耗电少、体积小、重量轻、运行费用低。在给料过 程中，物料在料槽中连续的被抛起，并按抛物线轨迹向前作跳跃运动，因此 给料槽的磨损较小。其缺点是安装后的调试较复杂，调整不当会产生噪音且 运行不好【1 5 1 。 与电磁振动给料机相比，螺旋给料机给料均匀，受外界影响小，同时螺 旋给料机机械振动小，运行平稳，对称量的干扰也小，可以避免因振动造成 的粉料分层。但螺旋给料机上安装有电动机和减速器，重量大，效率较低。 考虑到药芯焊丝配粉系统中的粉料多为粉末或细小颗粒状，在振动下易 分层，造成粉料均匀性变差，而且粉料中的金属粉尘极易吸附到电磁铁芯上， 影响电磁振动给料机的工作，为保证配粉精度和可靠性，药芯焊丝自动配粉 系统拟采用螺旋给料机给料，为此进行了螺旋给料机给料控制实验。 2 3 4 螺旋给料机给料控制实验 2 3 4 1 实验装置与实验目的 本实验是为了检验螺旋给料机在药芯焊丝自动配粉生产过程中能否正 常工作而设计的，因而实验装置与药芯焊丝自动配粉生产线上给料机的工作 状态完全一致。 实验装置如图2 - 2 所示。在料仓内放入所要配制的粉料，给料量调节阀 门安装在料仓下方，可以进行给料量调整，当螺旋给料机需要进行维修时可 以关断给料量调整阀门。螺旋给料机由变频调速电机、减速器、给料螺旋、 快速截止阀门等组成。调节变频器输出的频率，可以控制给料机的给料能力。 当给料机断电时快速截止阀门迅速关断，防止多余粉料落下，减少配料误差。 实验控制电路如图2 - 3 所示 1 6 1 1 7 1 。k 1 ，k 2 分别为停止和启动按钮，k m 为接 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 触器，按下k 2 后，给料电机按变频器设定频率运转，同时电磁阀打开，粉 料进入称量料斗。按下k 1 后，接触器断开，给料电机停止，同时电磁阀关 断，切断给料。 该实验分别选择三种药芯焊丝配粉系统中常用的粉料进行给料实验，这 三种粉料的流动性分别为好、中、差，如果螺旋给料机对流动性好、中、差 的粉料都有很高的给料线性度，就能够满足药芯焊丝配粉系统对给料机的要 求。 变频调速 电机 给料 螺旋 图2 - 2 螺旋给料机控制实验装置图 料仓 培料量调整 阎门 快速截止 褥门 一 s 、工j q k 2 n f u山唧 兰l卜 i自。删= 。 图2 3 螺旋给料机控制电路图 2 3 4 2 实验结果 1 易流动粉料给料控制实验 第二章药罄焊丝自动配粉生产线的结构 嘉流动耪辩给辩控镪实验采爝金经石捧魏实验砖象，耪瓣粒度兔s 0 蓦， 闸门开度取5 0 。频率分别取1 0 h z 和4 0 h z ，用来测试在高速给料和低速给 瓣静l 毒穗下，舔旋给耩橇游绘耱线萑裰度。实验数据分弱翔袭2 - 3 ，表2 - 4 所示( 重量单位：k g ) 。 表2 - 3 易流动粉料螺旋给料机低速绘料控制实验数据 时间 3 0 s6 0 s9 0 s1 2 0 s1 5 0 s 次数 14 2 0 09 3 5 01 3 4 5 01 8 5 5 02 3 6 5 0 24 ，3 0 09 。4 0 01 3 4 5 01 8 + 5 5 0 2 3 。5 5 0 34 2 5 09 3 5 01 3 5 5 01 8 5 5 02 3 6 0 0 平臻 4 。2 5 09 3 7 51 3 4 8 01 8 5 5 0 2 3 ，6 0 0 表2 - 4 易流动羚料螺旋绘辩瓤裹速绦料控剿实验数缀 、时间 1 5 s2 0 s2 5 s3 0 s3 5 s 次数 18 4 5 01 1 8 5 01 5 5 0 01 8 4 5 02 1 8 5 0 28 4 5 01 1 8 5 01 5 5 0 01 8 3 5 0 2 1 8 0 0 38 4 5 01 1 。9 0 01 5 ，4 0 0 1 8 4 0 02 1 8 5 0 平均 8 4 5 01 1 8 7 01 5 4 7 01 8 4 0 0 2 1 8 3 0 禳据实验数据得密黧2 - 4 繇零寐旋给瓣辊绘辩对润重爨凿。 2 5 2 0 皇1 5 蔼1 0 5 0 夕 r 01 02 03 04 0 j 雪翘s 图2 - 4 易流动粉料给料控制实验螺旋绘料机给料对闻重量图 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 2 中等流动性粉料控制实验 中等流动性粉料给料控制实验采用大理石粉作为实验对象，粉料粒度为 8 0 目，闸门开度取7 5 。频率分别取5h z 和2 0 h z ，用来验证在高速给料和 低速给料的情况下，螺旋给料机的给料线性程度。实验数据分别如表2 5 ， 表2 - 6 所示( 重量单位：k g ) 。 表2 - 5 中等流动性粉料螺旋给料机低速给料控制实验数据 时间 3 0 s6 0 s9 0 s 1 2 0 s1 5 0 s 溅 l1 5 0 03 1 0 04 5 5 0 6 0 5 07 5 5 0 21 5 0 03 1 0 04 5 5 06 0 5 0 7 6 0 0 31 4 5 03 1 0 04 5 0 0 6 0 0 07 5 5 0 平均 1 4 8 33 1 0 04 5 3 36 0 3 3 7 5 6 6 表2 - 6 中等流动性粉料螺旋给料机高速给料控制实验数据 时间 1 0 s1 5 s2 0 s2 5 s 3 0 s 次数 l1 9 0 03 0 5 04 1 5 0 5 3 0 06 4 5 0 21 9 0 03 0 5 04 1 5 05 3 0 0 6 4 0 0 31 _ 9 0 0 3 0 5 04 2 0 05 3 0 06 4 0 0 平均1 9 0 03 0 5 04 1 6 75 3 0 0 6 4 1 7 根据实验数据得出图2 5 所示螺旋给料机给料时间重量图。 7 8 6 卫5 器； 2 j 卢 厂 ， ， o5 01 0 01 5 0 2 0 0 时问s ， 01 0 2 03 04 0 时间s 图2 - 5 中等流动性粉料给料控制实验螺旋给料机给料时间重量图 7 6 5 4 3 2 l o 皇 蟠蝴 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 3 不易流动粉料闸门大开度控制实验 不易流动粉料给料控制实验采用纯碱作为实验对象，粉料粒度为8 0 目， 闸门开度取1 0 0 。频率分别取1 0h z 和2 0 h z ，用来验证在高速给料和低速 给料的情况下，螺旋给料机的给料线性程度。实验数据分别如表2 7 ，表2 8 所示( 重量单位：k g ) 。 表2 7 螺旋给料机低速给料控制实验数据 时间 3 0 s6 0 s9 0 s1 2 0 s1 5 0 s 删 li 6 0 03 2 5 04 9 0 06 5 0 08 2 5 0 21 6 0 03 2 0 04 9 5 06 5 0 08 2 0 0 31 5 5 03 2 5 04 9 5 06 5 0 08 1 5 0 平均 1 5 8 33 2 3 34 9 3 36 5 0 08 2 0 0 表2 - 8 螺旋给料机高速给料控制实验数据 时间 2 0 s3 0 s4 0 s5 0 s6 0 s 次数 11 9 5 02 9 5 04 2 0 05 3 0 06 3 5 0 21 9 5 03 】0 04 。1 5 05 3 5 0 6 4 5 0 32 0 0 03 1 0 04 2 0 05 3 5 0 6 4 0 0 平均1 9 6 73 0 5 04 1 8 35 3 3 36 4 0 0 根据实验数据得出图2 - 6 所示螺旋给料机给料时间一重量图。 l o m 8 善6 裔t 2 o 05 01 0 0l f i o2 0 0 时间s ， 。 02 04 06 0 8 0 时阃s 图2 - 6 不易流动性粉料给料控制实验螺旋给料机给料时间重量图 7 6 5 4 3 2 1 0 皇 捌蚓 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 4 螺旋给料机给料量电机频率控制实验 为了验证螺旋给料机在不同的给料频率下给料量是否为线性，设计了此 实验。螺旋给料机给料量电机频率控制实验采用金红石。实验数据如表 2 - 9 所示，螺旋给料机给料量电机频率关系如图2 7 所示( 重量单位：k g ) 。 表2 - 9 螺旋给料机给料量电机频率控制实验数据 时间 l o h z2 0h z3 0h z4 0h z 次数 l4 2 0 09 0 0 0 1 3 8 5 01 8 4 5 0 2 4 3 0 08 9 5 01 3 8 5 01 8 3 5 0 34 2 5 08 9 0 0 1 3 8 5 01 8 5 0 0 平均4 2 5 08 9 5 01 3 8 5 01 8 4 3 0 2 0 1 5 _ 删1 0 栅5 0 01 02 03 04 0 5 0 频率h z 图2 - 7 螺旋给料机给料量电机频率关系图 由图2 - 4 、图2 - 5 、图2 - 6 、图2 7 可见，在药芯焊丝配粉系统中螺旋给 料机对流动性好，中等，差的粉料都有很高的给料线性度，同时螺旋给料机 给料量与电机频率关系的线性度也很好。因此药芯焊丝自动配粉系统采用螺 旋给料机给料。 2 3 5 生产线结构 常用的称重配料生产线有以下几种结构【1 8 】： i 采用固定式单组份料斗秤的结构：每个料仓对应一台料斗秤，各组 份原料在称量后由溜槽、集料皮带或集料小车收集并导入后续工序。 第二章药芯焊丝自动配粉生产线的结构 2 采用固定式多组份料斗秤的结构：几个料仓对应一台料斗秤，各组 份原料在同一台料斗秤内累加称量后由集料皮带或集料小车收集并导入后 续工序。 3 采用移动式料斗秤的结构：通过移动带有称量料斗的集料小车进行 各种物料的累加式称量。采用这种方式进行配料需要集料小车有很好的定位 精度。 4 采用称重皮带机式的多组份秤的结构：料仓得出料机构就是多组份 秤的给料机构，各种物料在移动的配料皮带上由皮带秤进行累加称重。 对于以上这几种结构的生产线，采用固定式单组份料斗秤的结构的生产 线的配料精度最高，但由于每种物料都要有一台称量仪表和一套传感器，因 而成本也最高。采用采用固定式单组份料斗秤结构并采用集料小车收集配制 完毕的粉料的配粉生产线结构原理如图2 8 所示。 4 1 ：双排料仓；2 ：给料机；3 ：称量料斗；4 ：自行小车； 图2 8 采用固定式单组份料斗秤结构的配粉生产线结构原理 1 2 3 在图2 - 8 所示方案中，配粉生产线共有2 4 个称量料斗和2 4 台螺旋给料 机、2 4 组称重传感器和称重仪表。自行小车从起始位置出发，分别接收各称 量料斗配制的药粉，可以很方便的进行药粉的配制。由于每种药粉都单独称 量，可以分别设置传感器的量程和仪表的分度值，因而可以具有很高的精度。 但由于高精度称重传感器和称重仪表价格高，而且大量的仪表不利于控制室 操作监控面板的布置，也给操作人员进行监控带来困难，如果采用此方案， 不仅配料成本提高，也不利于操作人员的工作。 由表2 - 1 ，表2 2 可见，药芯焊丝药粉配方中，n o 1 、n o 2 、n o 3 、n o 4 、 n o 1 1 、n o 1 2 、n o 1 3 、n o 1 4 粉料的重量分别为5 6 0k g ，8 8 0k g ，1 4 4 0k g ， 2 0 0 0k g ，8 9 0k g ，8 9 0k g ，8 9 0k g ，1 0 7 0 k g ，数值比较接近，因此可以考虑 把这些粉料作为一组，用同一组称重传感器和称重仪表来进行称量：n o 5 、 第二章药芯掉丝自动配粉生产线的结榆 n o 6 、n o 1 5 、n o 1 6 粉料豹藿量分聚荛7 2 ，0 0k g ，7 2 。0 0k g ，4 1 + 6 0k g ，7 1 。6 0k g ， 也比较接近，我们把这些粉料也作为一组；n o 1 7 每次所黼重量较大，为 1 4 9 。强k g ，餐热祭整它分嚣次鬣镬，每次熬裁7 毒5 5k g 藏霹叛将冀翔入第二 组；这样一来，配方中所有药粉都被分成了两组，可以用两组称重传感器和称 重彼表来避行控髑。 为了炭现用两组称羹传感器和称熏仪表来进行药粉的配制，需要将自行 小车迸行改装，除了接瓣斗井，程，j 、车上另步 安装两个称量料斗，分掰对两 组粉料进彳予称量。当小率到达指定料仓下方时给料机起动给料，所配粉料到 达设定值鼯，称嚣料斗的卸耩阐f 1 打开，将所配粉料卸掰接料斗，当所选配方 中企部粉料均已配制完毕，接料斗闸门打开，将配好的粉料卸蹬，送麓混粉 机，完成配耪流稔。为了防止漏称错称，可以程接料斗上另外安装一组称重 传感器和称重仪袭对配女孑的粉料进行重量复核。这样，安装在移动小车上的 两个称量料斗取代了图2 增所示的2 4 个称量j | ：； 斗，并且称莺小车在究成粉 料拣量收嶷任务鼬同时逐可以进行配粉莛量的笈核。 为了方便系统设计，设定物料号与料仓号相同，即预混粉配制时粉料 n o 1 、n o ，2 、n o 3 、n o 4 、n o 。5 、n o 。6 所对应的辩仓号分剃为n o 1 、 n o 2 、n o 3 、n o 4 、n o 5 、n o 6 ，另外有四个冗余料仓分别编号为n o 7 n o 。8n o 。9 n o 1 0 ；成搽粉嚣锻瓣羚辩n o 。l l 、n o 。1 2 、n o ，1 3 、n o 。1 4 、 n o 1 5 所对应的料仓号分别为n o 1 1 、n o 1 2 、n o 1 3 、n o 1 4 、n o 1 5 ， 由予n o 。1 6 羚糕髑量较大，可戳安撵耪糖n o 。1 6 使瘸嚣个精仓，羚搴喜n o 。1 7 粉料即为预混粉，该粉料作为配制成品粉的一个组份参与成品粉的配制。该 粉瓣羽量袋太，荛耱止在粥羚：过程孛出城软瓣蠛象，黪毅安撵n o 。1 7 佼援三 个料仓。这样，粉料n o 1 6 使用n o 1 6 a 、n o 1 6 b 两个料仓，粉料n o 1 7 傻鼹n o 。1 7 a 、n o 。1 7 b 、n o 1 7 c 三个糕仓，努终有嚣个冗余精仓分溺绽号 为n o + 1 8 、n o 1 9 、n o 2 0 、n o 2 1 。2 4 个料仓将分聪行排列。 经过羧避靛垒产线结梅藤毽翔蚕2 - 9 所示。这释缭籀结合了露定式荤缝 份料斗秤和移动式料斗秤两种结构的优点，既减少了称麓传感器和仪表的数 量，又霹戳对各种粉料零独称量，傈证了系统静精度。 第二章药蕊焊丝自动配粉生产线的结构 n o in o 3n o 5n o 7n o 9n o i in o ，1 3n o 1 5n o 1 6 bn o 1 7 bn o ，1 8 n o 2 0 n o 2n o 、4n o 6n o 8n o 1 0n o ，1 2n o 1 4n o 1 6 an o 7 an o + 1 7 c n o 1 9n o2 1 h 双排料仓；2 ：给料机：3 ：称量料斗 4 ：集料斗； 5 ：自行小车； 甏2 - 9 蓊芯焊照鸯动酝耪生产线结鞫筒酲 罗罗 口 口 口 一 口 一 日 一 日 一 口二| 预廷 第三章药芯焊丝自动配粉系统精度分析与总体方案设计 第三章药芯焊丝自动配粉系统精度分析与总体方案设计 3 1影响药芯焊丝自动配粉系统精度的主要因素 影响药芯焊丝自动配粉系统精度的因素很多，主要有以下几个方面【1 9 】 3 1 1 称重传感器 称重传感器按工作原理来分，有电阻应变式、压磁式、电容式、振弦式 等多种形式。目前，电阻应变式称重传感器因为其具有制作方便、工艺成熟、 价格低、精度高、稳定性好等优点而在工业称重领域应用广泛，因此，在药 芯焊丝自动配粉系统中也采用这种传感器作为称重测量元件1 2 0 1 。 电阻应变式传感器由电阻应变仪和金属弹性梁两个主要器件组成【2 “， 影响其测量精度的主要因素： 1 受力形式与安装方式的选择 称重传感器按受力方式可分为拉力传感器和压力传感器，拉力传感器一 般采用悬吊安装，因给料冲击和闸门开启等使称量料斗晃动会影响传感器的 计量性能。压力传感器采用固定安装，只能承受垂直作用力来测量重量，水 平力会导致传感器弹性梁的损坏。 无论哪种传感器，在多传感器安装时，都会有各传感器受力不均的现象， 从而对系统精度产生影响。 2 密封方式的选择【2 2 】 称重传感器安装在工业现场，环境比较恶劣，若不加可靠密封，就会受 到工作现场潮气、腐蚀性气体、灰尘等的损害，因此必须采用密封措施。 目前一般密封方法有： 1 ) 硅胶填充密封； 2 ) 硫化橡胶膜片及塑料膜片密封； 3 ) 0 型橡胶圈密封； 4 ) 金属膜片热套焊接密封和波纹管焊接密封及抽真空充氮保护； 从密封效果来看，焊接密封为最佳，填充涂覆密封胶为最差，密封是传 感器长期可靠稳定工作的保证，因此必须根据称量现场的实际情况，选择合 适的密封方式。 第三章药芯焊丝自动配粉系统精度分析与总体方案设计 3 量程选择 传感器的量程的选择决定于下列因素： 1 ) 被称物料的最大重量； 2 ) 料斗自重： 3 ) 传感器的设置数量； 4 ) 正常