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树枝粉碎机成型机的成型装置设计
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3436 树枝粉碎机成型机的成型装置设计,3436,树枝粉碎机成型机的成型装置设计,树枝,粉碎机,成型,装置,设计
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XX大学XX学院毕业设计说明书题 目： 树枝粉碎机成型机的成型装置设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XX63235 姓 名： XX 指导教师： XX 完成日期： 2012年5月20日 XX大学XX学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 树枝粉碎成型机的成型成型装置设计 学号： XX63235 姓名： XX 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师： XX 系主任： XX 一、主要内容及基本要求主要内容： 1、熟悉粉碎成型机的成型机工作装置的结构特点和工作原理，并分析总结成型机成型机工作装置的性能要求以及设计原则。 2、根据成型机工作原理和结构特点，计算并优化各项参数设计。 3、对工作装置进行运动学分析以及结构设计。 4、用AUTOCAD画出二维图纸，并校核。 基本要求： 1、设计说明书一份，要8000字以上。 2、提交CAD图纸（成型机工作装置装配图、挤压螺杆零件图、输料筒零 件图）。 二、重点研究的问题 通过查找与整理大量挤压螺杆成型机的资料，查阅相关文献资料了解成型 机的成型过程和设计参数，在此基础上优化设计出一套成型机。进一步熟练使用 AUTOCAD等制图软件，绘出2D图纸，得到成型机的完整的装配图和若干关键零件 的设计图。合理确定螺杆结构和相关参数，以保证成型机技能满足使用需求， 又能提高经济效益。 三、进度安排各阶段完成的内容起止时间1 查阅相关资料 第一周2 整理出几种方案 第二周3 选定方案 第三周4 螺杆的优化设计 第四、五周5 其他部件的设计 第六周6 校核数据 第七周7 绘制装配图 第八周8 绘制零件图 第九、十周9 整理相关数据资料 第十一周10 撰写毕业设计说明书 第十二周二、 应收集的资料及主要参考文献1高翔,曲静霞,张大雷,等.大型螺旋固化成型机及其性能J.农业机械学 报,2009,27(2):83-84. 2王森.杆挤压式生物质成型机的优化与设计D.河南:河南农业大学,2008. 3刘圣勇,杨国峰,杨群发,等.挤压式生物质成型机优化设计与试验J. 农业 机械学报.2010,41(7):96-100. 4杨星钊,连萌,王威力,等.生物质成型机成型套筒的改进设计J.河南农业大 学学报,2009,43(5):531-534. 5郑文纬,吴克坚,郑星河.机械原理M.第七版.北京:高等教育出版社,2006. 6李境.机械设计基础M.北京:电子工业出版社,2011. 7濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006. 8马连生,杨静宁,宋曦.理论力学M.北京:科学出版社,2009. 9东北林学院.林业机械M.北京:中国林业出版设,1982. 10罗迎杜.材料力学M.武汉:武汉理工出版社,2001. 11戴立玲,杨世平.工程制图M.北京:北京大学出版社,2006 XX大学XX学院毕业论文（设计）评阅表学号 208963235 姓名 XX 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 树枝粉碎成型机的成型装置设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计中熟练运用所学知识，设计方案可行，工作量饱满，论文质量较好。同意参加答辩。评阅人： 年 月 日 XX大学XX学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号：XX63235 姓名：XX 专业：机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 27 页 图 表 6 张论文（设计）题目： 树枝粉碎成型机的成型装置设计 内容提要： 目前成型机主要有三种方案：冲压式成型机，模锟式成型机，螺杆挤压式成型机，通过综合考虑最终选择了挤压式成型机。挤压式成型机有以下优点，运行平稳，成产连续，价格适中，易于操作，并且在成型机市场中占据了主要份额。是一个技术相对成熟的方案。 在树枝粉碎成型机中，粉碎机将树枝粉碎，通过传送装置，将粉碎颗粒传送到成型室，成型机螺杆将粉碎颗粒挤压，经过成型套筒挤压成型，再通过保型筒保型，最后出料。该装置整个粉碎成型机的最后一个部分。 在成型机的设计中，既要保证足够的挤压力，使粉碎颗粒能够均匀出料，同时也要量减少振动，增强稳定性，增加使用寿命。同时针对螺杆式挤压成型机的缺点，作出了以下改进：1）螺杆是易磨损部件，且更换价格昂贵，本设计通过分析物料在螺杆中的运动，建立数学模型对螺旋体进行优化设计，提高效率，减小磨损。2）成型套筒是应力集中区域，较易磨损，以往输料筒，成形套筒为一体化设计，一旦成型套筒损坏，需要更换整个套筒。本设计采用可分拆式设计，输料筒，成型套筒，保型套筒和出料筒均可更具需要单独更换。指导教师评语 XX同学的毕业设计符合专业培养目标，能够达到综合训练目标，题目有一定难度，工作量一般。在毕业设计过程中，该生查阅了螺杆成型机的相关设计与资料，对各个方案进行了比较；自主学了PROE，AUTOCAD等绘图软件，能够绘制相关的工程图；其在设计过程中，学习较主动，创新性一般。综合运用所学知识的能力一般。同意参加答辩。建议评定成绩为中等。指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为 。答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为 。答辩委员会主任： 年 月 日目 录摘要1Abstrct2第一章 引言3 1.1粉碎成型机简介3 1.2粉碎成型机的国内外发展情况6第二章 工作原理、主要指标、材料选择与物料受力分析9 2.1工作原理9 2.2主要指标9 2.3材料选择10 2.3物料受力分析10第三章 螺杆的分析14 3.1螺距的计算分析14 3.2螺旋体的分析17第四章 螺杆设计18 4.1螺纹中径的计算18 4.2螺纹牙强度的计算21 4.3螺旋轴螺距21 4.4压缩段螺杆的锥角设计23 4.5螺旋升角计算23 4.6螺杆旋转速度的选取23 4.7螺杆强度校核25第五章 成型套筒部分26 5.1成型套筒简介26 5.2成型套筒的设计27第六章 电机与加热套的选择28 6.1电机的计算选择28 6.2拖链轮的结构30第七章 设计小结与体会32参考文献34附录一：英文文献翻译35附录二:英文文献原文4840树枝粉碎成型机的成型机设计摘要：成型机，是树枝粉碎成型机的成型部分。粉碎机将树枝粉碎，通过传送装置，将粉碎颗粒传送到成型室，成型机螺杆将粉碎颗粒挤压，经过成型套筒成型，在经过保型筒保型，最后由出料口出料，这是整个粉碎成型机的最后一个部分。本文介绍了一种树枝粉碎成型机的结构形式及组成，并对其做了结构尺寸设计及性能参数的计算，给出了螺旋体、输料筒、成型筒、保型筒等主要零件的零件图。关键词：螺杆成型机 生物质燃料The design of the biomass briquetting MachineAbstract:Biomass briquetting Machine is the last part of the biomass pulverizer and briquetting machine,pulverizer can comminuted branches, through the transmission device, will smash particles delivered to a forming chamber, the molding machine screw will smash particles after extrusion, molding sleeve forming, after insurance type cylinder shape retention, finally by the blowdown, it is whole and crushed the last part forming machine.This paper introduces a branch crushing machine structure and composition, and do the structural design and calculation of performance parameters, gives the spiral body, a material conveying barrel, drum, and cylinder of main parts.Keyword: screw,biomass,briquetting machine第一章 引言本次设计的内容是树枝粉碎成型机的成型机的设计。随着能源的日益紧张，生物质能源的开发显得更为重要。成型机是生产生物质能源的粉碎成型机的一个重要组成部分，其正确的选型和设计有着重要意义。1.1粉碎成型机简介 生物质能源已经是世界第四大能源，并且随着全球经济社会的发展，特别是中国经济的快速发展，对生物质能源提出了更为紧迫的需求。我国林木资源丰富，发展潜力和空间巨大。在农村随着传统农业向现代农业的转变和农村经济的发展，农业生产中的废弃物在不断增加，其中的很大一部分都任其腐烂变质，造成了生态污染和生物质资源的浪费；城镇在园林的修整，绿化区域的清理中，也存在大量废弃树枝。在这些背景下，生物质粉碎成型机获得了越来越广泛的应用，国产粉碎成型机的研制引起了研发人员和制造商的重视。就成型机而言，按工作原理可分为三大类：活塞冲压式成型机，螺旋挤压式成型机，模锟挤压式成型机。不同类型的成型机在适用范围，成本，使用寿命上都有着各自的特点，需要按需选择。我国生物质固体成型燃料产量约为20万吨，由于我国幅员辽阔，生物质原料种类繁多、特性复杂，还有着很大的发展空间，同时对成型机工艺和设备有较高的要求。因此低能耗、高效率、适应性强的成型机研究有着重要意义。图1.1 模锟挤压式成型机图1.2 螺杆式成型机图1.3 一种成型机的结构图 1.1.1结构组成其结构主要挤压装置、输料部分、进料装置、成型部分组成。其中挤压装置根据不同的方案有螺杆、液压、模锟三种类型。成型部分包括成型筒、保型筒和出料口，成型筒与挤压装置共同工作使物料成型，保型筒通过加热物料使物料能保持形状，最后经过出料口出料。1.1.2成型机的分类成型机主要分为三大类：1） 冲压式成型机。该方案工作时不需要另外加热，使用寿命较长，单位产品能耗较低。缺点是成型密度低，容易松散，稳定性差，噪音大且润滑油污染严重，并且购买成本较高。2） 模锟式成型机。模锟式成型机由压锟和压模组成。该方案有构造简单，结构紧凑和使用方便等特点。但存在噪音大、振动大等问题。3）挤压式成型机。该方案通过螺杆的挤压，靠外部将温度维持在150到300，将物料压块成型。具有运行平稳，生产连续等优点，缺点是螺杆易磨损，单位产品能耗相对较高。综合考虑上述几种方案后，决定选择螺杆挤压式成型机，理由如下：螺杆成型机是最早的生物质成型机，技术相对成熟，市场占有率最高，制造、安装以及维护方面困难最小。对于螺杆易磨损，单位产品能耗较高等问题，可以通过对螺杆以及套筒的优化设计得到符合要求的解决方案。1.2粉碎成型机的国内外发展情况1.2.1我国粉碎成型机的发展情况 早在上世纪三十年代，美国开始研究压缩燃料成型技术，并研制出了螺旋式挤压成型机。五十年代日本也引进了成型技术，并形成了自己的压缩燃料成型工业体系。目前，欧美工业化国家如丹麦、瑞典、荷兰以及美国等国都在生物质成型方面做了大量研究，北欧一些国家已经将生物质能源作为取暖的主要来源。热压成型是国内外普遍研究和应用的成型工艺，其工艺流程为：原料粉碎干燥挤压成型冷却包装 热压成型的主要工艺参数是温度、压力和物料在成型模具中的滞留时间，该工艺的主要特点是物料在模具内被挤压的同时，需要对模具进行外部加热，将热量传递给物料，使物料受热而提高温度。我国生物质固化成型技术虽然起步较晚，但发展迅速，同时这项研究也得到政府的关注和支持，在国家科技部、经贸委、计委共同编写的“中国新能源和可再生能源发展纲要（19962010）”中提出要“发展高效的直接燃料技术、致密固化成型技术”，作为今后能源工作的一个主要方面来抓。 我国从上世纪八十年起开始引进螺旋推进式秸秆成型机，生物质压缩成型技术的研究开发已经有二十多年的历史。南京林业化工研究所在“七五”期间设立了关于生物质压缩成型机及生物质成型理论的研究课题。湖南省衡阳市粮食机械厂为处理大量加工粮食剩余谷壳，于1985年根据国外样机试制了第一台ZT-63型生物质压缩成型机。江苏省连云港市东海粮食机械厂于1986年引进了一台OBM-88棒状燃料成型机。1990年后，陕西省武功轻工机械厂、河南巩义包装设备厂、湖南农村能源办公室以及河北正定县常宏木炭公司的单位先后研制和生产了几种不同规格的生物质成型机。二十世纪九十年代期间河南农业大学和中国农机能源动力研究所分别研制出PB-1型机械冲压式成型机、HPB系列液压驱动活塞式成型机、CYJ-35型机械冲压式成型机。经过多年的研究与试验，国内部分成型设备及配套产品发展成熟。但国产成型加工设备在引进及设计制造过程中，都不同程度地存在技术及工艺方面的问题，有待于深入研究、探索、试验、开发。总之在我国未来的能源消耗中，生物质成型材料将占有越来越大的份额。1.2.2国外粉碎成型机的发展情况国外生物质成型机的主要方式有四种：颗粒成型机、螺杆连续挤压成型机、机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机。螺杆挤压式成型机是最早研制生产的生物质热压成型机。这类成型机以其运行平稳、生产连续、所产成型棒易燃(由于其空心结构以及表面的炭化层)等特性，在成型机市场中尤其是在印度、泰国、马来西亚等东南亚国家和我国一直占据着主导地位。但制约螺旋式成型机商业化利用的主要技术问题一个是成型部件，尤其是螺杆磨损严重，使用寿命短;另一个问题是单位产品能耗高。日本从20世纪30年代就开始研究应用机械驱动活塞式成型技术处理木材废弃物，并于1954年研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备，1983年又从美国引进颗粒成型燃料生产技术。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备己经定型，并且形成了产业化，在加热、供暖、干燥、发电等领域己普遍推广应用;西欧一些国家(荷兰、瑞典、比利时、芬兰、丹麦等)在20世纪70年代己有了活塞式成型机、颗粒成型机及配套的燃烧设备。活塞冲压式成型机改变了成型部件与原料的作用方式，很好地解决了螺旋挤压式成型机的问题。该种成型机在大幅度提高成型部件使用寿命的同时，也显著降低了单位产品能耗。 第二章 工作原理、主要指标与材料选择2.1工作原理螺杆挤压式成型机工作原理生物质成型机是指把能源密度低的作物秸秆、农林废弃物压缩制成能源密度高、质地坚硬的棒状或颗粒状燃料,以便于储存和运输。成型燃料具有热值高、着火容易、含灰分低、热效率高、燃烧时清洁卫生等特点,广泛应用于工业、生活锅炉及民用燃料。螺杆挤压式生物质成型机的工作过程和工作原理是首先从喂料口将粉碎的物料喂入压缩室,当物料填满压缩室后,通过螺杆的旋转和挤压,在螺杆的推动下,使物料体积减少,实现成型压缩,成型燃料压缩后外径为56mm,中孔直径为10mm。2.2主要指标根据螺旋挤出式生物质成型机的工作过程和主要工作部件工作原理，依据市场对螺旋挤出式生物质成型机的要求，参考目前市场上存在的各项指标，制定螺杆成型机的工作指标如下：（1） 生产率：200kg/h（2） 成型棒直径：56mm（3） 成型棒中孔直径：10mm（4） 成型棒密度：1g/cm3（5） 保型时间：18s根据生产实践和实验数据，要把碎料压缩成密度为1g/cm3的成型棒，需要26.5MPa压强。在工程实际当中，梯形螺纹的螺杆，有较大的倾角，螺纹根部强度大，有利于物料的流动、混合与均化，这种螺纹常用高强度的传动挤压机械当中，所以选取梯形螺纹为工作螺纹。2.2材料选择根据使用的场合和承载能力，选取螺杆材料为耐磨硬质合金钢，查手册可知它的屈服极限为355MPa。螺纹传动时螺纹在低速旋转时的许用压强为7.5MPa；取单头右旋梯螺纹。2.3物料受力分析物料在螺杆成型机中运动，不计螺旋体转动，而只计在旋转的螺旋叶片推动下沿螺旋向前移动。物料颗粒在输送过程中，物料的运动由于受旋转螺旋的影响，物料的运动并非是 单纯的沿轴线作直线运动，而是在一直复合运动中沿螺旋轴运动，是一个空间运动。当螺旋面的升角在展开的状态时，螺旋线用一条斜直线来表示，则旋转螺旋面作用于半径为（离螺旋轴线的距离）处的物料颗粒A上的力为P合。由于磨擦的原因，P合的方向与螺旋线的法线方向偏离了角。此力可分解为切向分力P切和法向分力P法。如图2.1所示。 图2.1 物料受力分析图图中角是由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般冲压而成或经过很好加工的螺旋面，可以不考虑螺旋表面粗糙程度对角的影响，此时可取。 物料颗粒A在合力P合的作用下，在料槽中进行复杂的运动，即具有圆周速度V圆和轴向速度V轴，其合成速度为V合，图2.2表示了其速度的分解。图2.2 物料颗粒速度分解图若螺旋的转数为n，处于螺旋面上的被研究物料颗粒A的运动速度，由图中ABC可得：因此，将上述各式代入并经过换算，便可以求得物料颗粒的圆周速度计算公式：式中：s-螺旋的螺距；n-螺旋的转数；r-研究的物料颗粒离轴线的半径距离(m)；物料与螺旋面的摩擦系数，=tan。 若使公式V圆对r求一次导数，并令其值，便可求出存在V圆最大值的半径为,同样，根据图示的速度分解关系，可得物料的轴向输送速度的计算公式： 轴向速度为：以摩擦系数=tan代入上式得： 因此，将上述各式代入并经过换算，便可以求得物料颗粒的轴向速度计算公式：从上式可以看出，在一定的转速下，螺距s在某一范围内物料可得到较好的轴向运输速度，螺距过大或过下，都会影响物料的轴向速度。第3章 螺杆的分析3.1螺距的计算分析 螺杆挤压式生物质成型机由于其结构简单，操作维护方便，在生物质成型燃料的生产中得到广泛应用，但是，由于摩擦的原因，其成型效率却比较低。螺杆挤压式生物质成型机的工作效率高低与螺旋叶片结构尺寸和叶片与物料的摩擦系数有关，对输送一定物料而言，其摩擦系数为一定值，因此，下面讨论螺旋叶片结构尺寸对成型效率的影响，使螺杆挤压式生物质成型机获得最佳工作效率。3.1.1 螺杆齿任一直径上物料的轴向移动速度螺杆齿上任一点的导程是相等的。假定叶片外圆直径为D，螺旋轴直径为d，从d到D，用一系列的同心圆柱去切螺杆齿，就得到一组螺距相等的螺旋线。把这一系列螺旋线展开，各螺线的导角是不相同的。螺杆挤压式生物质成型机要强力挤压成型物料，就相当于要推动物料在这一系列的螺旋线上移动。现在对i、1这两条螺旋线上物料的轴向速度进行分析，如图3.1，假设螺旋输送叶片轴的角速度为。图3.1 物料的轴向速度分析由图可知： 从上面推导可知，螺旋输送面上任一直径上物料的轴向运动速度是相等的。则我们可以这样假设，单位长度单位面积输送面的轴向负荷仅与单位长度单位面积上物料量成正比。3.1.2 螺杆齿某一直径微小圆环上轴向负载螺旋式输送可分为两种类型：一类是壳体内全腔存料；另一类是作输送用的，其填充率一 般在0.250.4，可以近似的看成是半腔存料。用n，G分别表示螺杆挤压式生物质成型机叶片的圈数及存料量。现在分别讨论全腔存料和半腔存料情况下，叶片单位圈数某一直径微圆环的负荷。 全腔存料时单圈叶片某一直径微圆环上的物料量： 用Q表示单位圈数上的物料量，则QG/n：用q表示单圈螺杆齿面积上的物料量，则；用只表示单圈叶片任一直径微小圆环螺杆齿上物料量，则，。 x为微圆环的半径；dx为微圆环的宽度。 半腔送料时单圈叶片某一直径微圆环上的存料量：符号Q，q，Px的含义均相同，则： 经过推导可知，单圈叶片任一直径微小圆环（2x+dx）物料量为：；叶片上单位面积载荷与断面单位面积物料量成正比。用m1表示单位圈数内任一直径微小圆环叶片的负荷，则。螺杆挤压式成型机的物料填充率一般在1.21.3，这样的填充率可以近似地看成全腔存料。3.2螺旋体的分析由于螺旋体的各性能参数和尺寸参数之间的关系错综复杂，相互影响，用常规设计方法很 难达到最佳效果，因而对螺杆挤压式生物质成型机螺旋体采用了优化设计。该螺旋体的结构如图3.2所示。其主要尺寸有：螺旋直径D、螺旋轴直径d、螺距S，长度L，叶片t。 图3.2 螺旋体的PROE图螺旋体的结构尺寸既要保证有足够的强度、刚度，同时还要保证有足够的输送量和消耗较小的动力，故螺旋体叶片直径D、叶片螺距S、螺旋轴直径d、长度L、叶片厚度t就有一个最佳组合问题。在一定的转速下螺距S在某一范围内物料可以得到较好的轴向输送速度；在此基础上，对成型机主要零件的设计参数进行优化，得出了使螺杆挤压式生物质成型机获得最佳的工作效率的螺距S的取值范围，以及在螺杆质量最小的目标条件下的螺杆的标称直径、螺杆轴直径、螺距S的最佳配合值。 第四章 螺杆设计4.1 螺纹中径的计算计算的思路是由螺纹耐磨性的校核公式推出螺纹中径的计算公式。耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹受力面上的压强P作为计算条件， 螺旋直径可初步按下式计算：。 式中：D螺旋外径（m）；Q一生产能力（t/h）； KS物料综合特性系数； K输送系数； 物料在成型槽体中的填充系数；P输送物料的单位容积质量： 另外，螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物 料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分 布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。 图4.1 螺旋面作用于物料颗粒上的力从图3.3可以看出，物料在螺旋面上轴向受力分量F轴为： F轴F合cos(+)（为螺旋升角） 式中：角是由物料对螺旋面的摩擦角以及螺旋表面粗糙程度决定的。对于较光滑表面，可以忽略螺杆叶面粗糙程度对角的影响，此时可认为。 所以，F轴F合cos(+)。因为螺旋升角在叶片根部最大，此处的成型方向（轴向）作用力最小。d与s应满足关系之一是F轴0，即0.5-。将tan=，tan=s/(d)代入上式并整理得出：确定最小轴径还应满足的第二个条件是物料具有尽可能大的轴向速度，同时螺旋面上各点的轴向速度大于圆周速度。圆周速度和轴向速度分别为：； 。要使得螺旋面在叶片根部的轴向速度大于圆周速度，得出：根据上式计算，当=0.3，S=（0.8-1）D时，d(0.47-0.59)D；当值增加时，d/D增加，也就是说，根据上式计算得出的轴径相当大，这势必降低有效成型输送截面。为了保证足够的有效成型输送截面从而保证生产能力，就得加大结构，使得成型机结构粗大笨重，成本提高。所以，螺旋轴径与螺距的关系应是挤压成型功能与结构的综合。在能够满足输送要求的前提下，应尽可能使结构紧凑。由于这种场合使用的成型机填充系数较低，只要保证靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且轴向速度大于圆周速度即可。螺旋轴径的校核公式为： （1）式中，F为轴向工作载荷(N)；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm2）；d2为螺纹中径(mm)；P为螺距(mm)；h为螺纹的工作高度(mm)，梯形螺纹的工作高度为h0.5P，z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度（mm），p为许用压强（Mpa），查表得p=7.5Mpa。为便于推导公式，令=H/d2，代入(1)式整理后得螺纹中径的设计公式为: (2)对于梯形螺纹，h=0.5P，则 (3)对于受力较大的螺杆，值在23.5之间，取2.5；我们已设定了成型棒直径和中孔直径，则F=P*A受力面=26.5*106P*(3.8*10-2)2；已知p=7.5MPa，则将数值代入(3)式得：d257.2mm d2接近57.2mm的标准尺寸为d2=58mm。4.2 螺纹牙强度的校核计算 查表得，选用的特种耐磨合金钢的许用弯曲应力b为71Mpa；许用剪应力为42.6MPa；梯型螺纹牙根厚度b=0.65P=0.65*14=9.1mm；h=0.5P=0.5*14=7mm。旋合圈数。(1) 弯曲强度校核 合格(2) 剪切强度校核 合格因为对于锥形螺杆的受力主要集中在螺杆头部，则螺杆头部的基本尺寸可以选取该系列尺寸。 该系列的螺纹基本参数如下：公称直径d=65mm；中径d2=57mm；小径d3=47mm。4.3 螺旋轴螺距螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输送量Q和直径D一定时，螺距改变，物料运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化。通常螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。 物料颗粒在螺旋面轴向方向上的作用力为P轴=P合cos(+)，为了使P轴0，则必须满足条件0.5-。在最小半径r=0.5d处的螺旋升角是最大的，挤压方向作用力P轴最小。根据这个条件，最大许用螺距值，由下式确定： 在确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上，即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向输送速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度。即V2V1,由此可得： 所以，s需要满足这两个条件。物料的摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料的尺寸、湿度以及螺旋叶片材料及表面状态等有关。成型物料的摩擦系数可参考连续运输机设计手册。通常可按下式计算螺距：s=k*D。对于标准螺杆挤压式成型机，k值一般取0.81.当成型物料流动性较差时，k0.8；当水平布置时，可取k值等于0.81。综合以上数据，取螺距P=s=25mm。4.4 压缩段螺杆的锥角设计根据以上计算，可知公称直径d=65mm；螺距P=25mm；中径d2=57mm；小径d3=45mm。再设定螺杆锥形挤压部分的水平长度为70mm。社压缩段螺杆的锥角为，则有tan=（65-57）/2/70=4.08。4.5 螺旋升角计算是指在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。螺杆的螺旋升角对物料流动性影响比较大，螺旋角越小，会提高加料段的成型输送能力，螺杆的单耗减小，生产率增大。但螺旋角并不是越小越好，因为螺旋角过小，物料在机筒中停留时间变长，物 料的温度升高，达到一定程度后就会出现焦料的现象，使物料的流道堵塞。所以，螺旋角在 保证产品质量前提下越小越好。螺旋升角与螺距及中径有如下关系：故=5.34.6 螺杆旋转速度的选取由于螺杆挤压式生物质成型机属于小型的连续成型设备，结构简单。在输送物料的时候，对于螺旋轴径所占据的截面，对输送能力有一定的影响。所以在输送能力计算时不能忽略轴径所占的截面： 由成型输送量公式，可得出转速n：式中n为螺旋转速(r/min)，s为螺旋螺距(m)，为螺旋叶片外径与料槽内壁最小间隙，一般为515mm。一般说来，螺旋转速加快，生产能力提高。但是当转速超过一定的极限值时，物料会因为 离心力过大而向外抛，以致无法完成成型，所以转速n还需要有一定的限定，不能超过某一极限值。 实际转速与最大转速之间有一定的限定关系：，即式中，D为螺旋直径；A为物料综合特性系数。如果计算得到的转速太高，则应对计算出的螺旋轴径、值适当调整。在保证具有足够成型压力的前提下，为了减少螺杆的磨损，降低单位能耗，提高质量流率 通常采用较低的转速（360500 r/min），较大的螺杆直径和导程。根据实际生产数据，在保证 压力的情况下，选取该成型机螺杆的旋转速度为480r/min。 4.7 螺杆强度校核 螺杆受轴向力F及转矩T的作用，危险截面上受压应力和扭转切应力。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度校核公式为式中，d1为螺杆螺纹小径（mm）；为螺杆材料的许用应力（MPa）；T为螺杆所受转矩(Nm)，。查表可知min为71MPa，则T=35347Nmm。代入校核公式中可得ca=54.75,小于71Mpa，故合格。因为成型机的螺杆受力最大的部分集中在螺杆头部，所以只需校核螺杆头部的螺纹和螺杆强度即可。第五章 成型套筒设计5.1 成型套筒简介 生物质成型机在工作时，首先从入料斗将生物质物料喂入成型机中,入料斗中的生物质原料先进入输送筒中,在合适的成型温度下,由螺杆挤压成型套筒中的生物质,外力的作用使生物质颗粒重新排列位置关系,并发生机械变形和塑性变形.在垂直于最大应力的方向上,粒子主要以相互靠近结合的形式结合.随外力的增大,生物质体积大幅度减小,容积密度显著增大,生物质内部胶化和外部焦化，并具有一定的形状和强度。物料随着螺杆的旋转挤压，成型套筒也受到了很大的作用力。5.2 成型套筒的设计成型套锥角与锥长的大小直接影响每次喂入秸秆前后的体积之比、成型压强及成型棒的密度。秸秆种类不同，所需的成型压强、成型套锥角和锥长也不相同。当成型套锥角一定时，增加成型套的锥长，或成型套锥长一定，增加成型套的锥角，成型后所得成型棒的密度都较大，所需的成型压强也较高，消耗能量大。生产指标中成型棒的外径为56mm，中孔直径为10mm，考虑到成型误差，可设保型筒内径为58mm；因为螺杆头部的锥度为14，一般要保证螺杆头部和锥形套筒的间隙为1=1.5mm，可计算锥形套筒锥度约为4.5。螺杆挤压物料的部分呈圆柱型，为防止转动过程中物料被反送回来，螺纹和套筒的间隙不宜过大，一般取2=1mm，则物料输送部分套筒内径 为65mm。前面已经提到，成型套筒分成了两个可以拆卸的部分，即锥形套筒部分和保形套筒部分，有上述数据可知，锥型套筒（活套）的内大径为58mm，小径为53mm，圆台高度为70mm。 当螺杆转动时，被挤压的物料进入保型筒内，需保型一段时间以便成型，然后被再次进入保型筒前部的物料依次推出成为捧状。保型时间或保型筒长度越长，保证成型所需的最低成型压强越小，能耗也较小。保型时间与保型筒长度和生产率有关，当保型时间一定时， 生产率越高，保型筒长度应适当加长。根据设计的保型时间和挤出速度，可计算出该成型套筒的长度为150mm。 第6章 电机与加热套的选择6.1 电机的计算选择6.1.1 选择电动机类型 按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相电动机，电压380V。6.1.2 成型阻力分析螺杆挤压式生物质成型机的驱动功率，是用于克服在成型过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括以下几个部分：使被运物料提升高度H（水平或倾斜）所需的能量； 被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗； 物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗； 物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗； 中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。 从另外的角度，可以这样分类：物料与料槽间摩擦消耗的功率；物料与螺旋叶片问摩擦消耗的功率；轴承处摩擦消耗的功率；提升物料及物料颗粒问相互运动消耗的功率。 这样，螺杆挤压式生物质成型机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定的。阻力主要由以下几个部分组成： 物料与料槽之间的摩擦力阻力； 物料对螺旋的摩擦阻力； 物料倾斜向上输送时的阻力； 物料悬挂轴承下的堆积阻力； 物料被搅拌所产生的阻力； 轴承的摩擦阻力。6.1.2 选择电动机容量 电动机所需工作效率为； 工作机所需功率为；传动装置的总效率为： 螺杆传动效率的计算公式为：v为摩擦当量角，v=arctanfv，fv为摩擦当量系数查表选fv=0.13，代入上式得：=0.97； 查表确定其余各部分效率：三角带传动效率20.96；滚动轴承传动效率（一对）30.99； 连轴器传动效率4=0.99，代入上式得：=0.97*0.96*9=0.904所需电动机功率为：所以选电动机额定功率11kW，额定转速为1500r/min，满载转速为1460r/min。因所需螺杆转速为480r/min，所以小带轮和大带轮的传动比为1:3。6.2 加热套的选择 转动的螺杆对物料做功所产生的内热有限。为了使物料中的木质素软化熔融，必须外加热能进行补偿。这一部分关键在于电加热管的功率的选择，以及加热电压的选择。6.2.1 估算电加热管的功率根据前面的实验部分，同时综合考虑生产成本等因素，我们选定加热管对辊子的加热温度为200。环境温度设定为常温18。下面将通过传热学的计算来估算，所需要的大概的电加热功率。由于是估算，我们假设辊子的散热主要是辊子与空气之间的自然对流换热和辐射换热。而 自然对流换热又分为大空间自然对流换热和有限空间的自然对流换热，根据实际情况，我们视成型辊的换热方式为大空间的自然对流换热和辐射换热两种主要形式。当然还有辊子之间 及辊子和物料之间的传热。我们为了简化，计算后将进行修正。由机械设计部分可知成型辊的尺寸：直径D=90mm，长度为l=150mm。 平均温度：式中为空气的温度；需要加热的温度；我们取的空气温度是18，设定辊子加热的温度应达到200，则可计算出平均温度为：109。 成型套筒外表面面积为A=0.033m3，由传热学的附表查，并利用插入法计算得： 辐射换热所需达到加热温度所需要的功率为：19.345*0.033=0.638kW。由以上计算可得：一个辊子加热到200所需要的功率为2.398+0.638=3.04kW。当然这里我们是假设成型套筒是在空气中，电热圈在内部发热，但实际上成型套筒是在电热圈内，而且木屑的体积比热比空气大得多，在成型机里面填入物料后，它的散热会更多。实际设计中我们选定加热管的总功率为4.5kW。 6.2.2 电加热管的类型及选用电加热管的类型及选用通过查常用电工材料手册，对电热圈的分类及用途认识更加清楚的，结合我们设计机 械需要采用的加热方式，我们选择了上海电热电器厂生产的SRU系列电热圈，具体型号为SRU3、48型的加热管。也就是双包壳电圈，最高加热温度为500，符合我们的需要。电加热管宽度为60mm，直径为100mm。电压为380V，采用星形接法，功率为1500W。我们采用个电热圈依次固定在加热套筒上的方式进行加热。第七章 设计小结与体会7.1 设计小结本论文主要是从一种生物质成型的新的方式来设计和研究成型机械的。众所周知，生物质 成型有机械常温成型、热压成型、预热成型和成型炭化四种成型工艺。机械成型的原理也不 同，有螺旋式的、液压式等不同的机械形式。通过我们的优化设计和相关试验，针对螺旋预 热挤压式生物质成型机，我们得出了如下结论： ）虽然螺杆式成型机应用的最早，缺点也是显而易见的，但是其造价低的优势非常明显， 在市场上的占有率是最高的。通过提高其螺杆和成型套筒的使用寿命，来提高生产率，进一 步降低其生产成本，将更加适合在原有生物质成型燃料生产厂家的推广应用。 ） 通过对成型生物质的受力及运动分析，得出了在一定的转速下螺距在某一范围内物 料可以得到较好的轴向输送速度；在此基础上，对成型机主要零件的设计参数进行优化，得 出了使螺杆挤压式生物质成型机获得最佳的工作效率的螺距的取值范围，以及在螺杆质量 最小的目标条件下的螺杆的标称直径、螺杆轴直径、螺距的最佳配合值，对后面的机械设 计部分起到了指导的作） 根据优化结果和新的设计思路，在结构上有所创新：将原来整体式的螺杆拆分为可 以拆卸的螺杆和螺杆活头两部分；将原来一体的套筒拆分为可以拆卸的成型活套和保型套 筒两部分，从而大大延长了螺杆和保型套筒的使用寿命，节约了生产成本。并重新设计了螺杆挤压式生物质成型机的各生产参数（包括螺杆挤压式生物质成型机的螺杆长度、螺距、齿高、螺杆长度、活头长度、成型活套长度和保型套筒长度等一系列工艺参数）。 7.2 体会 在设计中得到了指导老师XX教授以及曾雷、李品学长的细心帮助和支持，在此表示衷心的感谢。在设计中还存在不少错误和缺点，需要继续学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。 参考文献1高翔,曲静霞,张大雷,等.大型螺旋固化成型机及其性能J.农业机械学报,2009,27(2):83-84.2王森.杆挤压式生物质成型机的优化与设计D.河南:河南农业大学,2008.3刘圣勇,杨国峰,杨群发,等.挤压式生物质成型机优化设计与试验J. 农业机械学报.2010,41(7):96-100.4杨星钊,连萌,王威力,等.生物质成型机成型套筒的改进设计J.河南农业大学学报,2009,43(5):531-534.5郑文纬,吴克坚,郑星河.机械原理M.第七版.北京:高等教育出版社,2006.6李境.机械设计基础M.北京:电子工业出版社,2011.7濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.8马连生,杨静宁,宋曦.理论力学M.北京:科学出版社,2009.9东北林学院.林业机械M.北京:中国林业出版设,1982.10罗迎杜.材料力学M.武汉:武汉理工出版社,2001.附录一：英文文献翻译可视化的PLC程序使用XML摘要:由于P LC程序日益复杂,在PLC应用方面有越来越多的兴趣爱好者。形式化方法，让僵化的证明系统属性被核查和验证。一个传统思路的方法就是在PLC编程中设立一个正式的设计方法。不过，现有的软件已被优化，改变，或移植到新系统.有需要找到从某一PLC程序开始的方法。因此，规范PLC程序是一个现在研究的热点。该文章概述了基于形式化的PLC程序基础上从新启动的方法。转型成为一个独立的格式和可视化的结构，在这个过程中，PLC程序的确定是作为这项措施的重要中间步骤。这表明如何XML和相应的技术可用于形式化和可视化现有的PLC程序。一 导言 可编程逻辑控制器（PLC ）是一种特殊类型的计算机，它应用于工业和安全的关键地方。应用PLC的目的是控制某一特定的或可选择的过程，它是通过产生的电控制信号回应电器中相关的输出信号来实现的。应用在制造业和化工过程控制，机械加工，交通，电力分配，以及其他许多领域。PLC控制有着极大的不同，自动化应用范围的复杂性从一个简单的小组运作到控制一个会议室的的灯光和自动窗成为一个全自动化的生产线。 随着他们应用PLC知识的增加，他们把PLC应用到复杂性和品质要求高的地方，特别是对安全性要求特别严格的地方。由于在有限的时间里PLCD的发展应用日益复杂，现有的软件或PLC的模块也在迅速发展，以此，需要一个正式的办法加以规范 。为了确保高品质的要求，我们需要检查和验证程序，以及分析和模拟现有系统 2 。其中一个重要的领域就是已经在最近的时间成长在规范化的PLC程序是逆向工程 3 。逆向工程是通过评估达到了解它的运转过程，以达到重复或加强的目的。而重用的PLC守则正在建立，作为一种打击复杂PLC程序的工具，逆向工程在今后几年将得到越来越多的重要性，特别是如果现有的硬件被适用于各种不同程序环境的新硬件所取代的情况下。 现有的PLC程序的可视化是逆向工程一个重要的中间步骤。本文章提供了一个方法，使用XML使PLC程序可视化，让PLC程序工程师更容易把握方向和更好地了解。 该文件的结构如下。首先，简单的介绍了PLC（根据国际电工委员会61131-3的标准是给予）和相应的编程技巧，。在第三部分，在现有基础上用形式化PLC程序重新设计方法的介绍。PLC代码转型成为一个独立的格式被确定为在这个过程中重要的第一步。XML和相应的技术，例如XSL和XSLT（第四节可以使用的这种转变）。第五部分提出了应用XML的使PLC程序可视化的方法并用一个例子做出说明。最后一节总结了结果，并就今后的工作在这方面正在进行的项目做了一个前景的展望。 二 PLC和IEC 61131 自从七十年代初期公布于世，由于它的成功的完成目的，取代了机器上的硬连线控制设备，PLC日益受到重视，。最终它作为一个独特的应用领域成长起来，它的研究和开发，主要是为控制工程。 IEC61131是为工业自动化第一次真正的努力来规范PLC的编程语言。在1993国际电工委员会 4 上公布了IEC 61131作为可编程控制器标准。在标准化PLC的编程语言之前，正在制定为了个别PLC实用的专有编程语言。为了提高不同产品的兼容性，开放性和互操作性以及为了促进工具和方法的发展,国际电工委员会61131标准设立固定的一套符号。第三部分，定义了一个适合5种编程语言标准： Originated (IL)语言是一种低层次的文本语言,其结构类似于汇编语言。Originated语言L被视为PLC的在所有其他IEC61 131-3语言都可以翻译语言。 梯形图(L0)是一种被认为起源于于美国的图形语言。LDS符合从电子及电器电路实施控制逻辑的编程风格。 结构化文本（ ST）是一个非常强大的高层次的语言。圣借从帕斯卡尔那里借用了它的语法，充实它的一些特点。圣包含一个现在编程语言多要求的所有要素。 功能块图（FBD）是一种图形语言，在工业流程里是非常常见的。在这种语言中，控制器被认为是可在功能块之间流动的信号和数据。FBD把换文本编程转变为功能块编程，因而提高了模块化和软件重用性。 顺序功能图（SFC）是一个图形化的语言。SFC要素的定义是为了构建可编程序控制器程序的组织。 其中在IEC 61 131-3中出现的一个问题就是在PLC的编程工具的工程信息中没有一个标准化的格式。目前，每个厂商都在运用他们各自的具体的不同格式。这亦是其中一个原因就是被限制了的形式化的做法，以单一的程序或算法。不过，最近的PLC用户组织PLCopen （见 ）阻止了一个技术委员会，以确定一个基于格式accordingto的IEC 61131-3的XML项目 。这种新格式将缓解形式化的工具，使之成为 PLC项目的所有相关的信息。 三 重新设计的方法 对于重新设计所提出的态度，（参见图1 ）是基于认为XML可作为一种中间媒体语言用来改造PLC的代码。 这种转变提供了取得avendor独立规格代码优势，。 （即使PLCopen成功地确定了一种标准化的格式为PLC所应用，仍将有很多现有的程序不符合这个标准） 。 在此代码基础上的一个明智步骤转型到一个正式的模型（自动机）正在计划之中。这个模型可以用来进行分析，模拟仿真，正式的检查和验证，最终对同一PLC或其他产品重新执行该优化算法。 一个很大的可能就是这个完成编程的逆向启动只能是一个半自动的过程，中间可视化的代码是最重要的一点。在过程中的不同阶段，代码或形式化模型不同方面的都必须是可视化的设计方式，只有这样设计者才可以进一步的指导工作。XML以其强大的可视化和改造工具，成为解决这方面的工作的一种理想的工具。 由于ASCII格式PLC程序加上一个结构与单独列地址，标签，指示，运算和说明划定的表格，XSLT的可以把它转换为格式良好的XML文件。通过这种转变 获得的XML文件是一个分层结构的文件。 图 7显示通过XML文件获得改造的PLC。XML文件是在结构上的等级，其中的根元素是ilcodeblock是代表全PLC的代码。每行的PLC代码是包含在相应的ilrow元素，这是米呃子元素。注：结构选择的XML代表性的IL代码是面向在工作的建议，该plcopen 。C. XML验证和XML架构 由于前处理，除了正在完善被确认XML文件，可以验证的使用验证解析器取得的XML，形成符合一套句法规则所界定的背景下的PLC编程语言。 D. 介绍的认可 这一步，可视化的PLC程序在这个过程中使用XML确保XML文件将用于只包含有效可视化，可以用来变换，以及形成有效的另一个XML ，这是由于对鉴定指示拥有一个额外的属性附加到指示标记。此属性通知是一个有效的指示，指示是否是有关的指令集。这个转变的程序，也能指示附加属性的标记，宣布一项分类的指示到预定义类。 转换的XML的指示识别的证明了XML的语义是与PLC的编程语言的操作类型相一致的。 在本节中的例子中， （参见图8 ） ，新的XML包含额外的根据它所代表的类型分类指示的运作属性。步骤指示分为11不同类型的操作如合乎逻辑的，跳转，负载或转让的运作转让等等。(Instruction instructionId=Logical Operation)U-.SPB- BEFig. 8 A new transformed XML showing only the inslructions and thecorresponding instruction IDE. 可视化的XML上述所产生的两种XML文件可转化为HTML或在XSL的帮助下转换为其他可读的文件。一个巧妙的XSL可以被设计用来产生一个可以容易想象的转达PLC程序的逻辑或者其他特征的HTML文件。此外， DOM的结构在嵌入在XML中 （参见图9 ） ，也可让使用者用一个简单的方法浏览PLC程序。例如在HTML中做的可视化程序 。这可视化已经完成XML的转换，他作为一个表中的子元素去验证的语法。指示鉴定后的XML被转化成使用XSL转化，取得那里的指示和身份指示后，根据该行动的类型提取的XML在 HTML表载列了两栏（指示，指令编号）是在可视化的。HTML结构的建议，这不是唯一的可能性，其中的XML可以可视化，但他们提供一个很容易的切实可行的方案，那就是为用户把握的PLC代码。图 10显示了相同的PLC的代码，在图 4他作为一个HTML文档转换XML文档，显示的图 7使用的XSL 。这可视化，更好地了解PLC程序成为可能。图 11显示了在图 6中的XML教学入侵检测系统特殊的可视化。附录二:英文文献原文Visualization of PLC Programs using XMLM. Bani Younis and G. FreyJuniorprofessorship Agentenbased AutomationUniversity of KaiserslautemP. 0. Box 3049, D-67653 Kaiserslautem, Germany Abstract - Due to the growing complexity of PLC programs there is an increasing interest in the application of formal methods in this area. Formal methods allow rigid proving of system properties in verification and validation. One way to apply formal methods is to utilize a formal design approach in PLC programming. However, for existing software that has to be optimized, changed, or ported to new systems .There is the need for an approach that can start from a given PLC program. Therefore, formalization of PLC programs is a topic of current research. The paper outlines a re-engineering approach based on the formalization of PLC programs. The transformation into a vendor independent format and the visualization of the structure of PLC programs is identified as an important intermediate step in this process. It is shown how XML and corresponding technologies can be used for the formalization and visualization of an existing PLC program. I. INTRODUCTIONProgrammable Logic Controllers (PLCs) are a special type of computers that are used in industrial and safety critical applications. The purpose of a PLC is to control a particular process, or a collection of processes, by producing electrical control signals in response to electrical process- related inputs signals. The systems controlled by PLCs vary tremendously, with applications in manufacturing, chemical process control, machining, transportation, power distribution, and many other fields. Automation applications can range in complexity from a simple panel to operate the lights and motorized window shades in a conference room to completely automated manufacturing lines.Using XML with its powerful parsers and inherent robustness in terms of syntactic and semantic grammar is more advantageous than the conventional method of using a lexical analyzer and a validating parser (cf. Fig. 2, 7).The conventional method of analysis of program code requires a scanner (lexical analyser) which generates a set of terminal symbols (tokens) followed by a parser thatchecks the grammatical structure of the code and generates an object net. In the object net the internal structure of the program is represented by identified objects and the relations between them. Both the scanner and the parser to be used in this method are document oriented which implies that analysis of different types of documents requires rewriting the generated code for the scanner and the parser. An example of an application of this method can be found in 8.The most promising aspect of using XML instead is that XML and its complementary applications for transformations are standardized so as to provide maximum flexibility to its user.The XML based method is advantageous, since the lexical specification is an invariant component of XML; therefore the well-formedness is independent from the respective individual application.Hence, an XML-Parser also can transfer well-shaped XML documents in an abstract representation called Document Object Model (DOM) without using a grammar. DOM is an application programming interface (APII) for valid HTML and well-formed XML documents. It defines the logical structure of documents and the way a document is accessed and manipulated. In the DOM specification, the term document is used in a broad sense increasingly. XML is used as a way of representing many different kind of information that may be stored in diverse systems, and much of this would traditionally be seen as data rather than as documents. Nevertheless, XML presents this data as documents, and the DOM can be used to manage this data5.XSLT, the transformation language for XML is capable of transforming XML not only to another XML or HTML but to many other user-friendly formats. Before the advent of XSLT, the transformation of XML to any other format was only possible through custom applications developed in a procedural language such as C+, Visual Basic or, Java. This procedure lacked the generality with respect to the structural variation of XML documents. Capitalizing on the concept that the custom applications for the transformations are all very similar, XSLT evolved as a high-level declarative language 9. XSLT functions in two steps. In the first step, it performs a structural transformation so as to convert the XML into a structure that reflects the desired output. The second stage is formatting the new structure into the required format, such as HTML or PDF (cf. Fig. 3 ). The most important advantage of this transformation is that it allows a simple and easily-conceivable representation of the document or data structure embedded inside the well-structured but hard-to-understand XML to be produced. When HTML is chosen as the format of the transformed produce it is possible to use the extensive ability of HTML to produce an easily-conceivable and attractive visualization of a program.Every XML document has its own syntax and vocabulary. Therefore, in addition to being well-formed, the XML document needs to conform to a set of rules. According to W3C recommendations this set of rules has to be defined either through a Document Type Definition (DTD) or an XML Schema. The rules defined in a DTD or an XML Schema state the hierarchical and structural constraints of the XML document. The DTD is for defining the document grammars; more recently a number of alternative languages have been proposed. The W3C XML Schema language replicates the essential functionality of DTDs, and adds a number of features: the use of XML instance syntax rather than an ad hoc notation, clear relationships between schemas and namespaces, a systematic distinction between element types and data types, and a single-inheritance form of type derivation. In other words schemas offer a richer and more powerful way of describing information than what is possible with DTDs. Fig. 4 shows the XML technologies discussed above and the connection between them. V. AN APPROACH FOR THE VISUALIZATION OFPLC PROGRAMSA. Overview Since Instruction List (IL) is the most commonly used PLC language in Europe, the presented approach is based on this language. The proprietary IL dialect Siemens STEP 5 and the standardized version according to IEC 61131-3 are considered. The generation of XML documents showing different aspects of a PLC program is realized in the following three steps (cf. Fig. 5): 1.Transformation of the PLC program to an XML document 2.Validation of the XML against the XML Schema which sets the syntax of the XML 3.Identification of the Instruction elements of the transformed XML according to the instruction set of the source PLC C. XML Validation against the XML Schema The XML obtained as a result of the previous processing can be validated using a validating parser that confirms that the XML document in addition to being well-formed conforms to the set of syntactic rules defined in context of the PLC programming language. D. rdenhpcation of instructions This step in the process of visualization of PLC programs using XML ensures that the XML document to be used for visualization contains only valid instructions.XSLT can be used to transform the well-formed and valid Xh4L to another XML which as a result of identification on instructions has an additional attribute appended to the instruction tags. This attribute notifies whether the instruction is a valid instruction of the concerned instruction set. This transformation procedure is also capable of attaching attributes to the instruction tags that declares a classification of the instructions into predefined classes. The instruction identification of the transformed XML proofs the semantic of the XML in accordance with the operation types of the PLC programming language. In the example of this section, (cf. Fig. 8), the new XML contains additional attributes which classify the instructions according to the type of operation it represents. The STEPS instructions are categorized into eleven different types of operations e.g. logical, jump, load or transfer operation assignment, etc. (Instruction instructionId=Logical Operation)U-.SPB- BEFig. 8 A new transformed XML showing only the inslructions and thecorresponding instruction IDE. Visualization of XMLBoth of the XML documents generated above can be transformed into HTML or other readable documents with the help of XSL. An ingenious XSL can be designed so as to produce an HTML which can convey the logical and other features of the PLC program in an easily conceivable form. Moreover, the DOM structure embedded in the XML (cf. Fig. 9), also enables the user to navigate through the PLC programs in an easy way.For the example the visualization is done in HTML. This visualization is done for the transformed XML after the validation of its syntax as a table where the child elements of the ILRow are the columns of this table. The XML after the instruction identification is transformed using the XSL, where the instruction and the i
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