天然橡膠干燥生產(chǎn)線卸膠工序電氣控制系統(tǒng)摘要改革放以來，我國的天然橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，產(chǎn)量和種植規(guī)模都在快速增長，橡膠種植規(guī)模年均擴張大約為一億八千萬平方米。據(jù)2015年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)有的橡膠種植規(guī)模大約為一千七百萬畝，總產(chǎn)量約為八十多萬噸，如果將海外的所屬種植場，我國的橡膠年生產(chǎn)量將會超過一百六十萬噸。據(jù)保守測算，2020年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值將會超過一百二十萬噸，而我國擁有的國外橡膠種植場的年產(chǎn)量將超過二百萬噸，由此可知，我國的天然橡膠事業(yè)的發(fā)展是極其迅速的。但是，我國在天然橡膠的加工技術(shù)比較落后，在研發(fā)加工的環(huán)節(jié)進行十分緩慢，不僅如此，對天然橡膠原材料的前期處理技術(shù)水平也比較低。在加工生產(chǎn)中主要遇見的問題有：首先，在橡膠的前期處理中的干燥處理由于工廠中設(shè)備自動化技術(shù)較差，因此在進行干燥處理的時候就需要很多的人工成本，同時還不能保證干燥的質(zhì)量符合要求。其次，由于我國的人力勞動資源規(guī)模減小，橡膠加工廠很難招到足夠的工人，這使得橡膠加工廠的生產(chǎn)效率十分地下，這也很難獲得足夠的經(jīng)濟利潤。綜上所述，目前提高干燥環(huán)節(jié)的技術(shù)水平是橡膠加工廠的主要發(fā)展目標。關(guān)鍵詞：橡膠干燥；自動生產(chǎn)線；優(yōu)化設(shè)計目錄第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景天然橡膠本身具有很好的物理特性，比如強大的彈性、良好的絕緣性、很好的可塑性，因此橡膠在我國日常生活中的應(yīng)用十分的多樣化。最近十幾年來，我國的橡膠種植基地的天然橡膠的產(chǎn)量越來越大，同時我國的橡膠產(chǎn)地的種植規(guī)模也在逐年擴張，橡膠種植規(guī)模年均擴張大約為一億八千萬平方米。從海南省天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司的副總裁謝懷興的《中國天然橡膠的供給現(xiàn)狀和前景》這一報告中可以產(chǎn)出，2012年，我國的橡膠種植規(guī)模已經(jīng)高達一千六百多萬畝，這些種植園中已經(jīng)有九百多畝可以進行采收，天然橡膠原料的產(chǎn)量超過七十萬噸，在世界橡膠原料總產(chǎn)值中的占比超過百分之六。到了2015年，我國的領(lǐng)土上的橡膠種植規(guī)模已經(jīng)高達一百六十多萬噸。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年我國的天然橡膠的總產(chǎn)值將會超過120萬噸，并且我國在國外擁有的橡膠種植園的產(chǎn)量收入將會超過兩百萬噸，可以看出，我國的橡膠事業(yè)的發(fā)展勢不可擋。對橡膠的前期處理中的干燥處理是一個十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)將對天然橡膠的原材料進行加工，將其有液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成工業(yè)生產(chǎn)用的可塑性固體狀態(tài)。但是，我國當前在天然橡膠的干燥過程中所使用加工方式都是以人工干燥處理為主，所以橡膠加工廠在這方面投入了大量的人力物力。由于我國的人力勞動資源規(guī)模減小，橡膠加工廠很難招到足夠的工人，這使得橡膠加工廠的生產(chǎn)效率十分地下，這也很難獲得足夠的經(jīng)濟利潤。綜上所述，目前提高干燥環(huán)節(jié)的技術(shù)水平是橡膠加工廠的主要發(fā)展目標。本次研究針對當今天然橡膠的干燥處理效率和質(zhì)量低的問題來對橡膠共產(chǎn)中到的干燥處理線進行自動化改造，更好的保障橡膠的干燥處理效率和質(zhì)量。本文主要從海南的信榮橡膠加工廠的天然橡膠原材料的干燥環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效率出發(fā)對該加工廠的干燥獨立流水線進改造。首先采用3D設(shè)計軟件設(shè)計出新型的流水線，在生產(chǎn)設(shè)備中融入自動化技術(shù)。在明確具體的設(shè)備改造計劃之后，通過力學分析技術(shù)對設(shè)備內(nèi)部的各種元件的具體數(shù)值進行改變和校對。然后借助懲罰函數(shù)法、有限單元法等設(shè)計的優(yōu)化方式將傳動軸、傳動齒輪、檢測設(shè)備托架、個推板等部分進行優(yōu)化改造，在使用模型分析的方式將設(shè)備托架進行模型分析，并校準相關(guān)的參數(shù)數(shù)值，這樣可以防止托架由于共振而顫動，增強其穩(wěn)定性。最后，應(yīng)用模型分析、Zigbee無線電技術(shù)還有PLC技術(shù)對橡膠底廠的流水線進行自動化體系的建設(shè)，這樣在生產(chǎn)線改良完成后能夠提高天然橡膠在干燥環(huán)節(jié)的效率和質(zhì)量水平。1.2文獻研究由于我國人民日常生活中對橡膠的應(yīng)用越來越多樣化，所以國內(nèi)的橡膠產(chǎn)品市場也在不斷的擴大，這導致對橡膠的使用量越來越大。所以提高我國對天然橡膠的處理加工技術(shù)來迎合當今市場對橡膠的長期且不斷增長的需求是我國橡膠加工產(chǎn)業(yè)當前所面臨的最大的苦難。橡膠一般氛圍天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠大多數(shù)用于輪胎、膠帶、電纜外皮等工業(yè)的加工和制造。而天然橡膠大多數(shù)用于加工雨靴、雨衣、暖水袋或者是輸液管等人們生活中常用到的產(chǎn)品。最近幾年來，全球范圍內(nèi)的許多專家開始對提高合成橡膠的產(chǎn)量和質(zhì)量的課題進行了頻繁的飯就。孟憲彬、王春鋼等專家研制出一種將加工后的合成橡膠進行包裝處理的自動化器械（孟憲彬，1999）。這個設(shè)備主要由五部分組成，分別包括橡膠的擠壓脫水、橡膠的干燥、產(chǎn)品傳輸、橡膠壓塊、全自動包膜器，而且這些部分都由PLC來控制。該自動化器械對產(chǎn)品的擠壓脫水、干燥、輸送、包裝的操作都是全自動的，是一套智能處理系統(tǒng)。這能夠顯著的提高合成橡膠的生產(chǎn)量和生產(chǎn)速度。程萬萍采用了DCS操作系統(tǒng)對合成橡膠的制造過程進行智能化管理。該操作系統(tǒng)借助電子通訊技術(shù)將生產(chǎn)的具體數(shù)據(jù)信息輸送到凝聚器中（楊順根，2006），然后凝聚器根據(jù)數(shù)據(jù)信息對橡膠凝聚環(huán)節(jié)進行智能管理，進而減少人工的使用，降低生產(chǎn)成本。意大利的ComerioErcole等企業(yè)推出了一款新型的相切型轉(zhuǎn)子密煉機，這大幅度提高了合成橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。干燥是前期處理天然橡膠的所重點步驟之一。但是國際上很少有對對天然橡膠的干燥技術(shù)的研究。張寶珍、張方方等專家開展了提高天然橡膠的生產(chǎn)效率的研究，設(shè)計出一款包含天然橡膠的卸膠程序的電子控制系統(tǒng)（張寶珍，2016），主要是加快天然橡膠的干燥速率，降低了人力資源的花費。該操作系統(tǒng)以PLC作為主操作器，通過程序編寫來保證PLC能完整的實現(xiàn)卸膠裝備的功能。但是，由于他們的研究只進行到對裝卸程序的設(shè)計以及周圍電路的控制，沒有實際的提出如何對設(shè)備進行改造。所以，本次研究主要對傳統(tǒng)的生產(chǎn)器械與智能技術(shù)和電器技術(shù)融合來進行改善，主要是為了顯著提高干燥環(huán)節(jié)的效果和速率。1.3研究內(nèi)容本文主要研究對橡膠干燥環(huán)節(jié)的設(shè)備的智能改進，其中包括對干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及電器控制系統(tǒng)的規(guī)劃。但是，傳統(tǒng)的設(shè)計方式大多以直接法和經(jīng)驗法相結(jié)合。盡管這種設(shè)計方式以設(shè)計迅速以及實用性高而著名，但是由于設(shè)計結(jié)果的會出現(xiàn)很大的誤差，這導致產(chǎn)品的實用性和穩(wěn)定性都很差，很難符合當前對生產(chǎn)設(shè)備的要求和標準。本次研究使用了力學分析以及現(xiàn)代設(shè)計學對干燥天然橡膠的生產(chǎn)器械進行智能化改進。使用虛擬設(shè)計和模塊分析的方法改進設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)，提高其機械性能，并依據(jù)二者進行電氣控制的設(shè)計方案。通過力學分析技術(shù)對設(shè)備內(nèi)部的各種元件的具體數(shù)值進行改變和校對。然后借助懲罰函數(shù)法、有限單元法等設(shè)計的優(yōu)化方式將傳動軸、傳動齒輪、檢測設(shè)備托架、個推板等部分進行優(yōu)化改造。最后通過功能設(shè)計對橡膠底廠的流水線進行自動化體系的進行建設(shè)1.4研究方法在對檢測設(shè)備的托架以及個推板的力學分析采用優(yōu)化設(shè)計方法和形態(tài)分析法來完成，進一步對檢測機的托架以及個推板的穩(wěn)定性以及安全性進行審查。通過分析檢測設(shè)備的托架的實時狀態(tài)來了解托架在各個時刻的變化狀態(tài)，這是為了保證托架的穩(wěn)定性和安全性。使用靜態(tài)力學分析的方法來判斷個推板在運輸時的變形程度，發(fā)現(xiàn)個推板的荷載程度太弱，需要進行結(jié)構(gòu)化完善。第二章天然橡膠干燥生產(chǎn)線改造的機械方案設(shè)計第二章天然橡膠干燥生產(chǎn)線改造的機械方案設(shè)計2.1三維虛擬設(shè)計軟件簡介Solidworks（潘軍，2004）是索達公司基于Windows系統(tǒng)建設(shè)出的3D模擬設(shè)計軟件。索達公司設(shè)計該軟件的目的就是用于3D模型的搭建、配置、以及模型的分析實驗等內(nèi)容。Solidworks軟件的實用性高、功能性強，具有很多優(yōu)勢（劉振宇，2004），極大的方便了虛擬設(shè)計的應(yīng)用（郭旭偉，2003）。所以本文通過Solidworks軟件來建立3D模型。2.2天然橡膠干燥生產(chǎn)工藝流程目前海南省信榮公司的天然橡膠干燥流水線的實現(xiàn)干燥環(huán)節(jié)的步驟是：第一，工作人員把裝有輸送橡膠的個推車推送到注膠機的材料出口處。然后注膠機會開始向推車中輸送橡膠。第二，當推車填滿了干燥橡膠之后，工作人員會把裝卸完畢的推車推到濕渡車上并將膠車穩(wěn)定下來保證推車不會在車上搖晃，然后員工把濕渡車和推車都送進干燥器械門口。第三，員工把濕渡車上的推車送進干燥設(shè)備中，推車在烘干設(shè)備中用隊列方式來進行烘干。后面推進來的推車會將前面干燥好的推車推出去，直到將前面的推車推出干燥設(shè)備，因此此時被推出的推車已經(jīng)完成了干燥過程。第四，推車被干燥好之后，工人再把裝有干燥過之后的推車推到干渡車上面。第五，工作人員把推車送到包裝流水線上，對干燥后的橡膠進行再一次的加工和包裝，然后把空的推車再一次推動之前的注膠機的材料出口處。可以看出，現(xiàn)在的橡膠干燥的處理環(huán)節(jié)還需要很多的人力資源，這導致生產(chǎn)效率很低，所以必須對傳統(tǒng)的干燥系統(tǒng)進行改造加入智能化控制系統(tǒng)，這樣可以降低成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。圖2.1天然橡膠干燥生產(chǎn)線示意簡圖1．膠車2．膠框3．注膠機4．濕渡車5．干燥箱6．干渡車圖2.2天然橡膠干燥流程圖2.3改造前天然橡膠干燥生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)從圖可以看出，在對干燥環(huán)節(jié)的流水線進行升級之前，信榮橡膠的天公司然橡膠的干燥處理環(huán)節(jié)由五部分組成，分別為注膠機、推車、干渡車、濕渡車以及干燥設(shè)備。在準備注膠的時候，工作人員會把推車送到注膠機的材料出口處的下方，這樣方便材料進入推車。注膠機在材料出口配備了多個滑動元件，這樣可以讓工作人員使用機器按鈕來對注膠機的輸送進行管控，進而穩(wěn)定的讓注膠機把推車裝滿。因為注膠機的結(jié)構(gòu)的特殊性，這倒是在裝載過程中，原料會一直持續(xù)的從注膠機的材料出口處流出，不能暫停或者關(guān)閉，所以在將一個推車裝滿之后，就需要工作人員快速的的把另一個推車推到出料口，讓車接著出料口流出的橡膠原料，盡可能的降低在輸送時候的材料損耗。被裝滿的推車會被推上濕渡車，然后由另一個工作人員把濕渡車推到干燥設(shè)備進口出并將推車推入其中。因為干渡車和濕渡車都沒有配備鎖定功能，所以需要工作人員在推渡車的時候保持膠車的平衡。當推車中的橡膠原料被干燥完畢之后，干燥設(shè)備出口處的工作人員會將裝滿干燥完畢的橡膠的推車，推上單獨車后送到進行包裝加工的地方，最后在將空的推車推回注膠機的材料出口處，整個干燥環(huán)節(jié)就完成了。從上面的干燥步驟來看，沒有經(jīng)過改進的流水線的功能性、系統(tǒng)性，自主性都很差，對人力資源的需求量很高，同時無法保持高效生產(chǎn)。所以，該環(huán)節(jié)機器需要將流水線進行改進升級。圖2.3改造前生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)1．膠車2．注膠機3．濕渡車4．干燥箱5．干渡車2.4改造后天然橡膠干燥生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)從圖2-4可以看出，天然橡膠的干燥環(huán)節(jié)在被改造之后相比于原來的流水線，新的流水線中增設(shè)了檢測推車位置的機器、推車傳送帶、推車的推動器、渡車的推動器以及渡車的鎖定功能。檢測推車位置的設(shè)備上安置了紅外線感知儀，可以檢測到注膠機的出料口和推車之間的間隔，然后通過位置感知器上的推動桿來推推車，讓每個推車盡可能矮的近一點，減少在裝載橡膠材料的時候由于換車導致的橡膠原料的損失。推車的傳送帶放置在推車的軌道之間，方便將推車推上濕度車或者是干渡車以及將推車推入干燥設(shè)備和推出干燥設(shè)備。在兩種渡車上都安裝動力裝置以及鎖定裝置，這樣可以在推車進入到渡車之后可以進行固定，增加運輸?shù)姆€(wěn)定性。推車的推動器放置在干燥設(shè)備的入處，這樣推動器可以將推車推到干燥設(shè)備的入口處的傳送帶上從而把推車送進傳送帶中。圖2.4改造后生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)1．膠車位置檢測機2．膠車輸送機3．干、濕渡車驅(qū)動系統(tǒng)4．膠車鎖止系統(tǒng)5．膠車推送機2.5膠車位置檢測機的機械方案設(shè)計從圖可以看出，推車的位置檢測器由四各部分組成，分別是驅(qū)動器、管理系統(tǒng)、托架、推車間隔感應(yīng)器。檢測器的托架是桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠保證托架十分溫度，增強托架的穩(wěn)定性和安全性。推車的間隔感應(yīng)器是由一套平行相對的紅外線探測儀構(gòu)成的，該檢測儀的檢測步驟：首先檢測儀在開啟后會順著軌道進行運動并遠離注膠機。當紅外線探測儀感知到推車之間的間隔的時候，計數(shù)器會改變?yōu)?（初始值為0），檢測器仍舊會遠離注膠機，知道檢測器移動到軌道的最遠處，推板會在驅(qū)動器的作用下降落。等到推板放好之后，檢測器會逐漸向注膠機移動并推動推車向前進減小推車之間的間隙。圖2.5檢測機整體結(jié)構(gòu)示意圖1．機架2．驅(qū)動系統(tǒng)3．膠車間隙檢測裝置4．執(zhí)行系統(tǒng)圖2.6檢測機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1．驅(qū)動軸2．聯(lián)軸器3．驅(qū)動電機4．車輪5．從動軸2.6膠車推送機的機械方案設(shè)計在橡膠的流水線完成改造之后在干燥設(shè)備之前添加了轎車推動器。推車的推動器由七個部分組成，分別為托架、驅(qū)動器、傳動器、曲柄、傳動桿、推板以及軌道滑塊。推車推動器的執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)是曲柄滑塊的結(jié)構(gòu)且曲柄是結(jié)構(gòu)主體，所以整個結(jié)構(gòu)是活動的，這能夠很好的保證結(jié)構(gòu)的功能性。推板和滑塊結(jié)合在一塊，這樣可以在驅(qū)動器的作用下沿著軌道進行運動。圖11表示了推車的推動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當濕度車將推車推到干燥設(shè)備的進口處的時候，推車的鎖定結(jié)構(gòu)結(jié)束鎖定，將推車釋放出來，然后由推動器把推車的送到傳送帶上，再由傳送帶講推車送進干燥設(shè)備中。圖2.7膠車推送機整體結(jié)構(gòu)示意圖1．推板2．滑塊3．導軌4．驅(qū)動電機5．聯(lián)軸器6．曲柄7．驅(qū)動軸8．連桿第三章橡膠干燥生產(chǎn)線部件的運動及機械參數(shù)設(shè)計第三章橡膠干燥生產(chǎn)線部件的運動及機械參數(shù)設(shè)計3.1機構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計為了確保改進后的流水線的各個部分下操作過程中相互獨立并不會干涉到其他路線上的操作且能保障在實際運行中的使用。同時還需要在流水線進行操作室收集各個部分的運動數(shù)據(jù)。對運動的分析大多是從檢測器操作器、推車推動器的操作器上的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)還有渡車上的鎖定器結(jié)構(gòu)。一般對平面結(jié)構(gòu)的分析主要用圖解法和解析法。圖解法具有真實形象、層次明確的特點，并且圖解法常用于設(shè)計機器運行的數(shù)值。但是這種方法比較適用于運動數(shù)值已知的情況下通過歐式幾何來計算出元件的具體大小，所以在計算過程中需要做出幾何圖片進行解析。因為設(shè)備準確度的不同做出的設(shè)計圖的準確度也不盡相同，所以這種結(jié)算結(jié)果的精確性也相對較低。本文通過解析法來對結(jié)構(gòu)的運行方式和數(shù)值進行解析判斷。該方式先搭建出結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)以及計算運動數(shù)值的計算方式來進行計算，這種計算方式計算結(jié)果很精確。解析法可以補充圖解法中誤差過大的不足。檢測儀的操作器的結(jié)構(gòu)為曲柄滑塊結(jié)構(gòu)。而且推車的推板防止在軌道的滑塊上。當開啟驅(qū)動器之后，曲柄按照順時針方向來轉(zhuǎn)動，同時帶動推板隨著軌道進行上下移動。當推板運動到極端位置的時候，曲柄進行轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)至180度，曲柄的半徑和連桿平行但是不重合。當推板移動到極點的時候，也就是推板回到原來的位置，曲柄的半徑以及連桿平行且重合，這時候兩者的夾角為0度。由于曲柄的軸承以及推板的軸承垂直且重合，所以此時曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的偏角為0度。表3.1檢測機曲柄滑塊運動參數(shù)曲柄轉(zhuǎn)角φ (°)滑塊相對于曲曲柄轉(zhuǎn)角Φ2（°）滑塊相對于曲偏心距e（mm）軸位移x1（mm）軸位移x2（mm）037018085003.2驅(qū)動電機參數(shù)設(shè)計干燥環(huán)節(jié)經(jīng)過改進之后在渡車、推車的位置探測儀、推車鎖定裝置內(nèi)都配備了驅(qū)動器。在明確驅(qū)動器的具體數(shù)值之后，需要從每個器材的運行情況來明確電動器的類型。步進電機有其獨特的驅(qū)動裝置來管制，電機的接收端能準確的受到并執(zhí)行對應(yīng)的命令，大多數(shù)用于提高定位器的精確度。本次研究用步進電機啟動推車的鎖定裝置，這樣可以確保推車的鎖能完全鎖定。其中性能最好的當屬三相異步電動機，該電機的轉(zhuǎn)矩能力很強，可以帶動更大的裝置。在明確各部分的電機類型之后，將具體的運行數(shù)值如功率，電壓，轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進行核對，進而為每個部分確定適合機型。本門將從力學方面對推車檢測儀的電機的具體數(shù)值詳細分析和設(shè)計內(nèi)容。因為推車的檢測儀的重量很大，所以本次實驗使用三相異步電動機當做推車檢測儀的核心電機。三相異步電動機能夠為檢測儀提供更大的力矩，今兒保證推車檢測儀能夠更好的完成其功能。從推測檢測儀的結(jié)構(gòu)和托架的材料數(shù)據(jù)可以計算出推車位置檢測儀的大約質(zhì)量。表3.2驅(qū)動電機型號表安裝位置電機型號額定功率額定電流（A）轉(zhuǎn)速（t／min）效率（％）功率因數(shù)(KW)膠車位置檢測機Y160L-8615200860.78干、濕渡車驅(qū)動Y90L-22.24.860080.50.78膠車鎖止系統(tǒng)57HB54-4020.21.230860.73膠車執(zhí)行系統(tǒng)5GU-50k單0.21.130860.79相電機膠車輸送機（軌Y90L-22.24.88080.50.78道處）膠車輸送機（干Y90-S60.752.38072.50.7燥入口）膠車輸送機（干Y90-S60.752.38072.50.7燥出口）膠車推送機5GU-50k0.21.13080.50.763.3聯(lián)軸器與鍵機械參數(shù)設(shè)計與校核聯(lián)軸器將電機的信息傳軸和傳輸軸進行鏈接，這樣可以將驅(qū)動電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩書送到傳輸軸上。一般的聯(lián)軸器有兩種，即剛性和撓性兩者聯(lián)軸器。二者進行相比，撓性聯(lián)軸器具備位移補償機制，而剛性聯(lián)軸器不具備，而且被鏈接兩條軸線可以不重合或?qū)R。由于傳動軸和電機輸出端的系統(tǒng)誤差，本次研究采用膜片聯(lián)軸器進行分析實驗，這種聯(lián)軸器是撓性聯(lián)軸器的一個分支。膜片聯(lián)軸器可以通過讓金屬片形成輕微變形來保證對兩條軸線的穩(wěn)定，這種方式能夠有效減小操作中出現(xiàn)的誤差，防止前后工序?qū)邮　＿@種聯(lián)軸器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單一，不需要過多的維護，而且在各種環(huán)境下都比較適用，大大縮小了本次實驗出現(xiàn)誤差。下面將繼續(xù)闡述推車的位置檢測儀驅(qū)動器使用系統(tǒng)聯(lián)軸器的類型以及具體數(shù)值，生產(chǎn)中很多的聯(lián)軸器數(shù)據(jù)都和這種相類似。表3.3聯(lián)軸器型號參數(shù)表安裝位置類型公稱扭據(jù)許用轉(zhuǎn)速（r／min）轉(zhuǎn)動慣量（kg·c㎡）(N·m)位置檢測機驅(qū)動電DJM06彈性膜片聯(lián)軸器77212000440機檢測機執(zhí)行電機DJM01彈性膜片聯(lián)軸器30200008膠車運輸機驅(qū)動電DJM04彈性膜片聯(lián)軸器2451500080機膠車推送機驅(qū)動電DJM01彈性膜片聯(lián)軸器30200008機膠車鎖止驅(qū)動電機DJM00彈性膜片聯(lián)軸器9.8200001.74渡車驅(qū)動電機DJM02彈性膜片聯(lián)軸器77212000440鍵能夠?qū)⑤S承上的元件和傳動軸進行全面連接，這種連接主要用于傳遞電機的轉(zhuǎn)矩。一般有三種鍵型，分別為平鍵，半圓鍵，楔鍵。平鍵的結(jié)構(gòu)易于搭建且運動狀態(tài)穩(wěn)定。而推車的位置探測儀的驅(qū)動器中使用頭為球形的平鍵，這種鍵型是與傳動軸上的凹槽的形狀相關(guān)聯(lián)的，所以鍵與傳動軸的連接十分穩(wěn)固，一般用于工廠流水線的驅(qū)動器的內(nèi)部連接。下面將闡述推車位置探測儀中驅(qū)動器內(nèi)部傳動軸和鍵位的設(shè)計和試驗內(nèi)容，流水線中的大部分驅(qū)動器內(nèi)部鍵和傳動軸構(gòu)建方式都差不多。3.4軸承機械參數(shù)設(shè)計與校核軸承是十分常見的器械配件，其作用是減少傳動軸之間的摩擦作用。一般的軸承主要有兩種類型，即滑動型和滾動型。滾動型的軸承表面摩擦系數(shù)很小且啟動阻力也很想，因此該類型的軸承出現(xiàn)在很多工業(yè)生產(chǎn)中的器材中。滾動軸承主要由四個部分組成，即深溝球軸承、角接觸（圓錐滾子）軸承以及推力球軸承。其次，深溝球軸承的荷載能力很好，它是通過抵消半徑方向的以及小傳動軸的傳動的作用力來實現(xiàn)的。由于推車的傳送帶的軸承收到的主要是縱向的作用力，橫向的作用力很弱。但是渡車的驅(qū)動器傳動軸由于使用的是齒輪運轉(zhuǎn)所以在橫向上有一部分作用力。所以在本次研究中，深溝球軸承應(yīng)用有很多，如位置探測儀的驅(qū)動器傳動軸和從動軸、推車的傳送帶的驅(qū)動軸和渡車的傳送帶的驅(qū)動軸等機械的軸承。下面將從推車位置探測儀的驅(qū)動軸承以及渡車的驅(qū)動器的軸承對該軸承進行數(shù)據(jù)分析，和其他的軸承的分析過程比較相似。推車的位置探測儀的驅(qū)動器的內(nèi)部傳動軸所使用的軸承就是深溝球軸承。在對深溝球軸承進行參數(shù)校對的時候應(yīng)該先從轉(zhuǎn)動軸的半徑方向進行負載力的計算。圖3.1檢測機驅(qū)動軸軸承受力分析圖第四章關(guān)鍵零部件機械參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計第四章關(guān)鍵零部件機械參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計4.1優(yōu)化設(shè)計方法介紹對配件進行優(yōu)化的主要設(shè)計方式就是將各種技術(shù)進行多元化的配置和組合。而且技術(shù)的組合具有強的多樣性，所以最后完成的優(yōu)化方案也會存在很大的差異。所以選擇最好的優(yōu)化方案是工程優(yōu)化設(shè)計中最重要的一步。傳統(tǒng)的優(yōu)化過程中會通過工作人員先前的經(jīng)驗以及對方案的主管評判來明確最好的優(yōu)化方案，這使得方案篩選沒有具體的規(guī)范，選擇出的方案也比較哦啊舉行差異性，很難明確優(yōu)化對象并了解各種外界環(huán)境的相關(guān)關(guān)系。將傳統(tǒng)的全憑經(jīng)驗和主觀意識選擇的優(yōu)化方案改造成準確的、科學的、清晰的篩選標準，這很好的處理了傳統(tǒng)的篩選過程中出現(xiàn)的準確性不足的問題。其中對配件的優(yōu)化從下面兩個方面出發(fā)：搭建優(yōu)化設(shè)計的數(shù)據(jù)模型。搭建的目的主要是將機械結(jié)構(gòu)問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)模型（朱熀秋，2002），進而使用正確的運算機制來解決其中的數(shù)據(jù)我呢提。所以，優(yōu)化設(shè)計的首要目標就是將影響功能的因素和優(yōu)化對象之間建立起一種函數(shù)關(guān)系從而得到具體的函數(shù)式。除此之外，因為其參數(shù)或者變量的對數(shù)值的要求不同，所以還需要根據(jù)具體條件找出數(shù)值范圍。求解模型。求解模型的目標是在特定條件下得出優(yōu)化的數(shù)值范圍，進而完成對優(yōu)化方案的規(guī)劃。4.2膠車位置檢測機從動軸優(yōu)化模型建立因為推車位置探測器在從動軸的地方所受到的作用力比較若，所以可以在對配件的優(yōu)化設(shè)計中做到完成其功能性、保證其穩(wěn)定性的同時實現(xiàn)質(zhì)量最小化，者能夠很好的降低工程成本呢。從圖3-6可以了解到推車位置探測儀的從動軸的具體結(jié)構(gòu)信息，其中尺寸的長度單位為mm。本次實驗中使用懲罰函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計發(fā)對推車位置探測儀的從動軸進行改善，進而找到從動軸和其他傳動軸額度最優(yōu)的搭配方案。4.3檢測機機架與推板的有限元分析及優(yōu)化有限元分析法（鄭曉亞，2010），是美國的科學家的在二十世紀六十年來研究出的，主要是為了減小傳統(tǒng)的主觀設(shè)計法的造成的較大的誤差。經(jīng)過近五十年的研究和發(fā)展，有限元分析法不僅僅用來處理彈性力學中的力學研究，甚至深入到對空間領(lǐng)域、靜態(tài)力學研究領(lǐng)域，穩(wěn)定力學分析領(lǐng)域以及流體力學領(lǐng)域的研究中，在電氣、機械、冶鐵等技術(shù)領(lǐng)域獲得杰出的成就。有限元分析法的出現(xiàn)大大的加快了世界各國的生產(chǎn)力的發(fā)展。有限單元法是從結(jié)構(gòu)力學的研究中衍生出來的，它的分析原則是將一個具有復雜結(jié)構(gòu)設(shè)備看作一些結(jié)構(gòu)單元通過節(jié)點的聯(lián)通形成的一個整體。有限單元分析法會從每個單元的結(jié)構(gòu)和作用特點上進行研究，然后根據(jù)美俄個單元之間的關(guān)系將所有的單元整合為一個大的個體，進而分析出整體的具體特征并根據(jù)數(shù)學運算得出其關(guān)系方程式并求解，這樣就對整個部分進行全面的結(jié)構(gòu)分析。這種分析方式的功能性很強，適用于很多研究分析。從上面的有限單元的分析流程出發(fā)，對推車探測儀的托架部分進行有限元分析，其內(nèi)容如下：對托架進行有限元分析的第一步就是將需要分析的部分進行線性分割或截面分割，將目標結(jié)構(gòu)切割為多個有限單元，進而將原有的結(jié)構(gòu)形式模型化。每個單元之間都有節(jié)點進行連接，而且擁有著相鄰節(jié)點的單元的參數(shù)指標都具備一定線性關(guān)系。使用離散思想將單元進行劃分，主要有一維線性單元、二維三角形單元，三維四面體單元或三維六面體單元。因為推車的探測儀的托架是三維的體型結(jié)構(gòu)，所以對該結(jié)構(gòu)使用截面法進行切割。在切割時應(yīng)該確保將劃分的單元足夠獨立且具體能夠完成詳細的數(shù)據(jù)計算。同時還要在作用力的分散突變點或者主要受理點設(shè)置為連接節(jié)點，這樣可以確保計算結(jié)果的精確性。在單元切割好之后需要對所有單元進行編號排序，方便后期的運算操作。將結(jié)構(gòu)對象進行離散處理之后，需要對切割出來的代表性的一個單元進行特性分析。所以，這就要把單元內(nèi)布的有限的簡單移動來表示實際的位移數(shù)值。在單元中的移動數(shù)值變化情況可以通過一個假設(shè)函數(shù)設(shè)定，這種函數(shù)叫做單元位移函數(shù)。圖4.1機架網(wǎng)格劃分圖圖4.2添加邊界條件和載荷后的檢測機機架模型圖4.3Y向應(yīng)力云圖表4.1模態(tài)分析結(jié)果列表12345678頻率（Hz） 12.15920.30921.78623.47224.90225.50532.64632.829橫梁Y向支架斜拉支架斜拉橫梁Y橫梁Y向橫梁Y向支架斜橫梁Y向彎彎曲槽鋼沿X槽鋼沿X向彎曲彎曲，斜彎曲，斜拉槽鋼曲，斜拉槽振型向位移向位移拉槽鋼沿拉槽鋼沿沿X向鋼沿X向位X向位移X向位移位移移托架的部分橫梁過長，在一號，四號，五號，六號試驗的橫梁基本在沿x軸方向產(chǎn)生形變作用。六號試驗的時候形變量為最大值，在二號、三號、六號、七號、八號的試驗期間結(jié)構(gòu)架的斜拉槽鋼會沿X軸發(fā)生位移。托架在1-3號試驗的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強，此時的橫梁和支架的變形程度很低。在5-8號試驗種橫梁會出現(xiàn)較大程度的形變作用，同時支架的斜拉鋼槽會發(fā)生X方向的移動。所以在搭建使應(yīng)該增強托架的斜拉鋼槽以及橫梁下面的鋼槽的焊接質(zhì)量和力度。這能夠保證其穩(wěn)定性和安全性。在推車檢測儀運轉(zhuǎn)的時候，它內(nèi)部的驅(qū)動電機會以一個恒定的速度轉(zhuǎn)動，所以設(shè)備的頻率是一個定值。由于托架的定值頻率和驅(qū)動電機的傳動軸的運轉(zhuǎn)頻率相等時會產(chǎn)生共振作用，會導致托架出現(xiàn)很嚴重的失衡。當推車位置檢測儀運行時的車輪線速度為3r／s，即頻率為3Hz左右，距離托架共振的條件很遠。所以檢測儀的托架在移動時不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。本篇主要是從第三篇的對探測儀從動軸、渡車齒輪軸方面進行力學分析的改造優(yōu)化。經(jīng)過許多的優(yōu)化設(shè)計方案的篩選并結(jié)合實際應(yīng)用結(jié)果來看，應(yīng)該使用內(nèi)點懲罰函數(shù)進行運算從而找到從動軸和齒輪之間的最佳質(zhì)量之比以及其他的最優(yōu)搭配。經(jīng)檢測，改進之后的探測儀從動軸以及渡車運轉(zhuǎn)齒輪的質(zhì)量都減少了約三分之一。本篇使用有限單元分析法以及ANSYSWorkbench軟件來對推車位置探測儀的托架和推板進行靜態(tài)力學分析，對托架單獨進行模型分析，從對推板的計算來設(shè)計對推板結(jié)構(gòu)的改造方式。經(jīng)檢測，改造之后的推板受到相同的作用力之后的變形程度相比于之前的變形程度減小約10mm。第五章天然橡膠干燥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計第五章天然橡膠干燥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計5.1模塊化設(shè)計法簡介模塊代表了有多個具有不同特性和功能的配件進行科學搭配后形成一種具有多樣化功能的體系（魯玉軍，2013）。模塊化的設(shè)計通常是用于完成對設(shè)計方案的要求的分析之后完成各種特殊功能的功能模塊進行合理配置，進一步制作出符合工程系統(tǒng)功能要求印記客戶的需要的系統(tǒng)。模塊化設(shè)計的本質(zhì)就是將具有特殊的功能結(jié)構(gòu)進行多樣化組合。接合面也被叫做接口。接口是接收信息的節(jié)點，不同的功能結(jié)構(gòu)可以搭配出不同功能的系統(tǒng)。所以設(shè)計出一種兼容性高的接口能夠很好的滿足對模塊設(shè)計的要求。模塊設(shè)計的種類主要有三種，即橫向系列型，縱向系列型、全系列型。下面將對這三種進行簡要闡述。橫向系列型的模塊設(shè)計的方式是在保證系統(tǒng)數(shù)值固定的條件下借助接口完成對功能結(jié)構(gòu)的排列組合，進而發(fā)展出不同功能系統(tǒng)。比如，在常規(guī)的銑床上添加銑刀將其改造成立式結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計方式比較簡單且普及程度很大。縱向系列型的模塊設(shè)計就是將確保產(chǎn)品類型的統(tǒng)一的同時設(shè)計出不同規(guī)格大小的設(shè)備。因為主參數(shù)的變化會帶動動力參數(shù)的變化，所以產(chǎn)生的設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容以及大小各不相同，所以這種設(shè)計類型具有較高的復雜度。全系列的模塊設(shè)計包括上述的兩種類型的設(shè)計內(nèi)容。即排列多樣化的同時也會對配件規(guī)格進行改變。比如在常規(guī)的銑床上添加銑刀的同時增加刀刃的各種參數(shù)，將其進行轉(zhuǎn)型升級。總之，橫向系列的模塊化設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單，能夠快速搭建并使用。而且由于數(shù)值的固定，基本不會受到外界因素的影響而改變設(shè)備功能。所以，本次實驗種的橡膠干燥流水線的自動化智能管理系統(tǒng)使用的是橫向系列型的設(shè)計方案進行搭建的。5.2控制系統(tǒng)的系列型譜的確定從圖5-1可以看出對操作系統(tǒng)的功能的規(guī)劃圖，通過將操作系統(tǒng)的整體功能進行細分后，按照系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)對不同功能進行搭配，以此來實現(xiàn)系統(tǒng)功能的多樣化。操作系統(tǒng)會被安置在海南信榮橡膠生產(chǎn)公司的生產(chǎn)廠房內(nèi)，廠房的建材類型是鋼板石棉瓦，這種材料搭建的建筑的隔熱性比較差。因為海南的地理氣候是常年多雨，溫度高濕度大，因此生產(chǎn)車間中的環(huán)境和外界一致都是溫度高濕度大，所以在操作系統(tǒng)中的主要配件能夠耐高溫且絕緣。而且車間的生產(chǎn)空間很大，其中配置了很多的設(shè)備，所以在進行信號輸送時最好不要用線纜傳輸，因為很容易導致纜線遭到破壞而且信號也不好。圖5.1控制系統(tǒng)的功能模塊劃分圖從房屋的具體環(huán)境可以對操作系統(tǒng)的控制運算模塊的類型進行選擇，即單片機或者是PLC可編程的控制器。信號輸送裝置應(yīng)該使用無線模式。一般的無線輸送包括無線網(wǎng)絡(luò)802.11n輸送模式、紅外線信號傳送還有Zigbee接受模式（賈昭，2013）。不僅如此，本次使用使用距離檢測儀來探測推車之間的間隔，一般的間隔檢測儀有紅外線探測以及慢反射探測模式。圖5.2控制系統(tǒng)組合形式圖5.3控制系統(tǒng)模塊的選擇自動化的操作系統(tǒng)主要有三個模塊，其中包括對操作系統(tǒng)的運算器的選擇、對檢測儀的傳感功能和無線電傳輸功能的選擇。下面將自動化操作系統(tǒng)的方案選擇模式進行敘述。明確操作系統(tǒng)的整體方案之前應(yīng)該先對運算選擇設(shè)備的方案規(guī)劃進行明確。一般算法選擇器主要由單片機和PLC操控器組成。PLC的全名叫做可編程邏輯控制器（孫承志，2010），這種操縱裝置屬于工業(yè)正常的計算應(yīng)用，PLC包括四部分，分別為電源、核心處理器、存儲器、I／0電路板以及通信裝置組成。I／0電路板或者通訊裝置在收集到信息信號以后會發(fā)送到核心處理器中，核心處理器按照存儲器的具體程序?qū)斔偷降男盘栠M行處理和反饋，并且將反饋的信息通過I／0電路板書送到執(zhí)行器上，進而操控工業(yè)生產(chǎn)中的各部分功能。PCL操作器的編程語言核心是梯形統(tǒng)計圖，這種編程語言是一種匯編語言，配置簡單，移植性好，運算方式簡單靈活。而且這種操作器的信息接受方式為嵌入式，可以根據(jù)實際的運行情況對信號源的個數(shù)進行改變。同時這個操作器使用軟件完成計數(shù)功能、定時功能等，放棄了傳統(tǒng)的計數(shù)和定時的物理結(jié)構(gòu)，不僅如此還加強了內(nèi)部處理器的抗干擾性。所以，PCL操作器的實用性、功能性以及穩(wěn)定性都很好。單片機的核心是一個大型的集成芯片，這種芯片把中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）以及I／0口等結(jié)構(gòu)的功能融合在一起。CPU在收集到來自接口的數(shù)據(jù)之后，按照存儲器中的編程語言及程序內(nèi)容對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行處理和反饋（江灝，2007），同時把反饋的信息從接口輸出，進而輸送到具體的執(zhí)行器達到最整體的操控。單片機個體很小、能耗小、功能性強