开题报告-自动制砖机设计及性能分析

毕业设计（论文）开题报告题目自动制砖机的设计设计及性能分析学生姓名学号专业机械电子工程班级指导教师 评阅教师完成日期2020年1月6日自动制砖机设计及性能分析1课题来源水泥砌块在工业与民用建筑、路桥丁程、水利堤防等方面应用广泛，其主要由水泥制砖机模压成型。早在机制水泥砖块出现之前，多为手工塑料模具加工，因为强度外观差异甚大劳动强度大成本投入高，使得新型水泥制砖机的问世成为建筑行业迫切需要的设备，新一代建筑自动制砖机的出现使得原有的手动加工砖块逐渐淘汰。新型水泥制砖机的原料可以是粉煤灰、炉渣、煤矸石、矿渣、灰渣、沙子等，掺入一定比例的水泥即可，目前市场上种类繁多高。12研究的目的及意义随着人民生活水平的提高，住房条件得到显著改善，近年来城镇化步伐的加快，住宅建筑量日益增大，据统计我国每年基础建设建筑量庞大，近年来增长迅速。过去技术落后，使用柴火烧制粘土砖。砖窑烧砖时大量使用木炭和煤炭，高耸的烟囱排出滚滚浓烟，不仅会污染大气破坏环境，而且还破坏了大量农田。烧结粘土砖会排放大量的二氧化碳，据统计每年排放到大气中的二氧化碳超过1.7亿吨，造成了城市的酸雨和全球的温室效应。为了减少人类对环境的破坏，2011年我国开始严格限制烧结砖的产量,并且禁止使用粘土砖。面对庞大的市场需求，而且又必须保护好环境，减少能源的损耗，免烧制砖机的出现解决了这一棘手问题。2水泥砌块在工业与民用建筑、路桥丁程、水利堤防等方面应用广泛，其主要由水泥制砖机模压成型。早在机制水泥砖块出现之前，多为手工塑料模具加工，因为强度外观差异甚大劳动强度大成本投入高，使得新型水泥制砖机的问世成为建筑行业迫切需要的设备，新一代建筑水泥制砖机的出现使得原有的手动加工砖块逐渐淘汰。新型水泥制砖机的原料可以是粉煤灰、炉渣、煤矸石、矿渣、灰渣、沙子等，掺入一定比例的水泥即可，目前市场上种类繁多高。继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。现在许多水泥制砖机控制系统仍为手工操作，存在可靠性低、效率不高、运行不稳定等许多问题。通过分析水泥制砖机的控制原理及其作用，可以利用PLC对水泥制砖机进行逻辑控制的方法。可编程控制器(PLC)因为抗干扰能力强，可靠性好，控制系统结构简单，通用性强，编程方便，易于使用，设计、施工、调试、的周期短，体积小，维护操作方便，易于实现网络化，可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广，最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。通过PLC对程序设计，提高水泥制砖机系统的控制水平。因此PLC在水泥制砖机控制系统中应用非常广泛，具有很高的应用价值。3国内外研究现状3.1制砖机国内外研究现状在改革开放初期，我国基本上都是摩擦压力机，而国外很多都已使用自动液压压砖机，国内尚不能制造。这种小吨位的摩擦压力机，工人劳动强度高，生产效率低，产品尺寸小，质量差，完全不能满足现代建筑队砖瓦的要求。为了扩大砖瓦的生产规模，提高产品的质量，国内一些砖瓦生产产家开始引进了国外的砖瓦生产线，包括自动制砖机。1983年广东佛山利华陶瓷厂引进了意大利唯高公司的生产线和压机为500吨的自动液压制砖机。该线1984年5月投产之后，取得了较好的经济效益。3在“七五”、“八五”期间，在全国各地砖厂都对引进自动液压制砖机产生了极大的兴趣。据不完全统计，自改革开放以来，我国已引进各种规格，各种结构型式的自动液压制砖机有3000余台，通过引进先进设备促进了国内墙地砖生产迅速发展，同时也带动了国内制砖机械的技术进步。为了尽快从根本上改变我国砖瓦生产落后的面貌，实现砖瓦技术装备的现代化和国产化，在“七五”期间，由国家建材局领导组织实施砖瓦技术装备现代化和国产化项目，采取自主开发和引进先进技术相结合，已经技术和消化吸收相结合的正确方针，取得了可喜的成绩。其标志是于1990年在四川自贡建成了我国第一条由国产现代砖瓦生产技术装备组成的具有80年代水平的年产70万平方米一次烧成的陶瓷墙地砖国产化示范生产线。它的成功说明我国制砖生产线成套技术装备上了一个新的台阶，同时通过完成整个项目也培养和训练了一批掌握现代砖瓦技术装备开发设计和制造技术的科技队伍。这也为随后的整个砖瓦行业的技术进步奠定了基础。国外制砖机的发展历史较长，尤其二战以后得到迅速发展。生产厂商主要有美国Columbia、Besser公司和欧洲Hess、Masa公司等。其中美国这两个公司的成型机均为模振成型机，前者采用液压传动，后者多采用机械传动。欧洲公司则以台振成型机为主。他们的共同特点是可靠性好、故障率低、自动化程度高，振动加速度一般达到1015g左右，个别甚至更高，生产的压砖机抗压强度高制品质量稳定，生产率为1803240块/小时。目前，国外已生产从400-5000吨以至更大吨位的压机，对压机的结构模式，对压机结构的可靠性运用电算法与有限元数值分析法作了深入的研究分析，使压机结构优化，造型美观，并且不浪费任何材料。国产压机在这方面差距很大，列入设计基本采用经验设计法或类比法，压机横梁、活动横梁、底座、立柱等机架构件的设计都偏于保守，整机重量偏大，显得笨重。在材质方面，国外三梁的材料为压力铸造球铁牌号为GGG60，国内为45铸钢，且铸件表面质量和内在质量都较差。在提高整机刚度方面，国内外各公司也采取了许多结构措施，如莱斯与萨克米压机将充液罐与上梁合铸一体，提高上横梁的抗弯能力，以减小压制时横梁中心的变形，这对节省功率消耗，砖瓦成型，提高压机使用寿命都是有利的。另外，国外压机在保证压机刚度的前提下，采用适当加大立柱间距，增加对某种或几种砖瓦尺寸的压制块数，以提高生产率，是一种趋向。4从前面分析可知国内制砖机在主机结构型式、液压元件、密封件、电气元件的选用上与进口的制砖机已无很大区别，但是在制砖机的性能、质量、可靠性、工艺水平、外观等方面尚存一定的差距。3.2国内外PLC研究现状国外对PLC研究开始较早，1978年，Pico Electronics公司研发了国际通用的面向智能家居的电力线通信协议X10，成为全球第一个利用电力线控制电器设备的标准，那是数据传输效率低，传输一条指令需要约1s，且只能传输有效的控制信号。但它的出现，使得电力线通信成为现实。1990年，英国联合电力公司的子公司Norweb通讯开始对电力线通信进行研宄并于1995年与加拿大的北电网络(Nortel)公司联合研发电力线通信这项新技术。在随后的两年里，这两家公司对20个居民用户进行了成功试验，但当时并未得到推广。同年10月两家公司在电力线通信的关键技术点上取得了重大突破，利用其新开发的DPL(DigitalPowerLine)实现了1Mbps的远程通信，从而将电力线网络变成了信息的高速公路，被认为是电力线通信发展史的有一里程碑。目前国外对于PLC的研究从技术上分为两大方向：一类是窄带电力线通信的研究，其带宽在不同的国家地区有不同的规定，美国为50-450KHZ,欧洲为148.5KHZ，主要应用于智能抄表，设备管理，照明控制等领域。另一类为宽带电力线通信的研究，在美国指4-20MHZ频段，主要用于户内通信，在欧洲尚无统一的标准，欧洲电信标准组织(ETSI)的标准将它定为1.6-10MHZ作为户外接入，10-30MHZ作为户内通信。宽带PLC主要应用于Internet接入，视频监控等高速数据通信和多媒体信息传输领域。5我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC早我国的应用潜力远没有得到充分的发挥。我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。自2001年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率超过20%。与流程工业对模拟量的反馈调节不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此PLC成为其控制产品的首选。机械行业的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了巨大的市场空间6。我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期7。目前，中国PLC市场的95以上被国外产品占领。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是，国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定声音。相信在中国人民的共同努力下，PLC在我国的发展会越来越好，会发挥越来越重要的作用。PLC发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。总的来说PLC的出现，在工业自动控制方面得到了广泛应用、显示出强大的生命力，其作用和发展方向受到广泛的关注。现代的PLC发展有两个趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。因此，在硬件、软件、网络飞速发展的今天，通过技术衔接创新产品，PLC产品将进一步得到优化和发展，其应用必将具有广阔的发展前景8。 4研究的主要内容及设计成果的应用价值4.1研究内容根据毕业设计任务书制定的目标，完成自动制砖机设计以及性能的分析，主要包括以下两个方面。（1）机械机构设计：对自动制砖机进行结构设计并绘图建模，再对整个系统进行检查分析。（2）PLC控制程序涉及：了解并掌握部分PLC控制技术，根据实际需要选择合适的PLC，合理分析整个装置的工作情况。4.2技术路线（1）系统总体方案设计：总的流程图如图所示2（2）系统机械机构设计：设备结构及主要原理水泥砖的原材料主要由细石子、水泥、沙等组成。砖坯成型经过石子、沙、水泥等混合和搅拌，注入模腔，挤压成型，最后出模等一系列的工艺产品。具体流程为：将推板送到模箱下部的工作台上，工作台上升至模箱底部、起模，通过往复导向面料装置，将混合搅拌后的物料浇注入模具，模具震动，上压头压下，将模箱中的料在震动的同时压实成型，判断是否需要二次面料，如需则返回加料，如不需则工作台带着推板和成型砖下至最底部。再将推板和成型砖一起推出，完成制砖工作。主要包括以下两个方面。1） 配料系统的结构设计配料系统是一种完全自动化的生产工艺，实施混合控制，固体粉末和液体材料可以按任意比列进行分配混合，通过送料风机对不同料罐进行不同原材料的输送加料，每个料罐上方都按有除尘装置，避免异物落入料罐中使配料不精确。在实际进料过程中，会出现物料结块的现象，设计装有激震装置，如果结块后，按下激震按钮，便能解决这一问题。配料系统结构设计的目的在于使在下料过程中能够使物料进行稳定的传送，使传输过程更加高效，同时对物料进行简单的一次分配，避免不同物料混杂造成物料精度下降，使后续精度称量不同物料更加方便。2） 控制系统硬件设计可编程序控制器（PLC）是一种通用的自动控制装置。它将计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体，成为现代工业实现自动化的核心设备。将PLC及计算机控制技术应用到自动制砖机的控制系统中，通过软件设计来实现连锁保护、自动控制和过程控制，可以解决目前制砖系统存在的难题。可选用西门子公司的57-200系列PLC下位机作为控制系统核心。该PLC具有结构紧凑、价格低廉、性能优异、程序容量较大、运行速度快、编程灵活等许多优点，特别适用于中小型控制系统。94.3应用价值实现自动化带来的效益企业综合效益包括两个方面：一是经济效益。另一个是社会效益。而这两种效益的实现，取决于科技的应用，用工的减少和政策因素等很多方面有关。因此实现自动化是想科技要效益。虽然前期投入会比较多，但总成本是会减少的，会减少大量的用工的成本，其带来的收益是显而易见的。实现制砖自动化能有效的降低用工成本和体力劳动。如今制砖劳工越来越难找，因为他们劳动力需求大，工作环境业比较差。减轻劳工的工作强度，降低工作环境中的噪音，高温和有毒气体，不仅是对社会做贡献，也是社会发展进步的体现。实现制砖的自动化，有利于减少环境污染。随着社会的不断发展，人们越来越重视对环境的保护，而制砖自动化对环境的污染会大大的降低，符合当今“资源节约型，环境友好型”的主题。实现制砖的自动化，能够促进产品质量稳定，提高产品合格率，推动新产品的研发。自动化的实现，能更好地控制原料加水、砖坯成型质量、码坯质量、焙烧质量，同时能够减少卸装车过程中的产品损坏，从而提高产品合格率。5工作的主要阶段、进度（1）2019年12月12日各指导老师与毕业生见面，向学生宣布毕业设计的具体要求及有关规定，再亲自下达任务书；（2）2019年12月13日至2020年1月10日整理设计（论文）资料，明确课题任务，完成两大件：开题报告（含文献综述）和外文翻译；（3）2020年5月10日前完成毕业设计（论文）正文：即设计计算，建模编程、调试程序，绘图，编写毕业设计说明书、完成论文结构的设计和撰写论文，提交初稿及修改论文，包括:论文提纲、理论分析及计算等；（4）2020年5月1日至2020年5月15日整理毕业设计论文资料，完善并提交最终成果和查重报告；（5）2020年5月18日至2020年5月22日教师批阅、评阅毕业设计（论文）成果；（6）2020年5月25日至29日毕业答辩6最终目标及完成时间能够分析自动制砖机的整个工作原理和思路，设计出一套安全制动功能的全自动制砖机，建立机械自动化理论模型，熟悉掌握PLC原理、结构及控制系统特点。论文完成时间2020年5月10日前。8协助单位及要解决的主要问题本课题的完成应解决制砖的低效和费力性，使其自动化、简单化、高效化，同时，需要得到三峡大学机械与动力学院及各位老师的大