雙模輪胎硫化機機械手控制系統(tǒng)設計,雙模,輪胎,硫化,機械手,控制系統(tǒng),設計 目 錄 一． 設計任務書 二． 硫化機的用途與分類 三．硫化機的結構及參數(shù) 四．機械手 五．微機控制系統(tǒng)的設計 六．設計總結 七．參考文獻 <一>設計任務書 一、設計內(nèi)容 (1) 硫化機機械手運動機構設計 (2) 微機控制系統(tǒng)的設計 (3) 控制程序設計 二、應完成的內(nèi)容： （1）硫化機主機圖 （圖幅不小于A1） （2）硫化機機械手部裝圖 （圖幅不小于A1） （3）機械手控制程序清單 （4）機械手控制程序磁盤文件 （5）機械手控制電路（總圖幅不小于A1） （6）機械手程序框圖 （總圖幅不小于A2） （7） 硫化機中非標零件圖（總圖幅不小于A3） （8） 設計說明書 <二> 硫化機的用途與分類 輪胎定型硫化機主要用于空心輪胎（汽車胎、工程胎、飛機胎、摩托車胎、力車胎等）的外胎硫化。 輪胎定型硫化機是在普通個體硫化機的基礎上發(fā)展起來的。本次設計的硫化機名為雙模輪胎定型硫化機，其型號LL-B525/4220 X 2。該硫化機主要適用于普通外胎及子午線結構外胎等充氣輪胎定型硫化。能自動進行裝胎、定型、硫化、卸胎及后充氣冷卻等一系列工藝操作。采用蒸鍋式（或熱板式）加熱，可使用兩半膜，也可以使用活絡膜，并配備有充氣裝置，供用戶硫化尼龍簾布線輪胎時配套使用。 我國輪胎定型硫化機的發(fā)展十分迅速，自1963年開始設計制造B型硫化機至今已有四十年的歷史，定型硫化機從無到有取得很大的成績。國產(chǎn)定型硫化機已基本形成系列。近年來，對于定型硫化機組開展了研制工作，已取得了可喜的發(fā)展。 輪胎定型硫化機按不同角度分類 按膠囊特點可分為：A型定型硫化機的（膠囊向下收藏）；B型定型硫化機（膠囊向上收藏）；AB型定型硫化機（膠囊成“U”型收藏）。 按加熱方式可分為：罐式定型硫化機；夾套式定型硫化機；板式定型硫化機。 按傳動方式可分為：連桿式定型硫化機；液壓式定型硫化機，液壓鎖環(huán)式定型硫化機。 按是否用膠囊可分為：有膠囊定型硫化機；無膠囊定型硫化機。 <三> 硫化機的結構及參數(shù) 一、系統(tǒng)結構 位置顯示 微 機 系 統(tǒng) 放大 控制執(zhí)行系統(tǒng) 硫化機機械手 控制面板 反饋電路 控制輸入 位置信號反饋 本機屬B型雙模輪胎定型硫化機。用曲柄連桿傳動，采用蒸鍋式（或熱板式）加熱，升降翻轉式開合模。膠囊伸直或收縮由中心機構操縱；機械手升降、轉動、卸胎機構進出均采用水缸驅(qū)動；后充氣采用二位四點式裝置；控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制程序控制。本機主要由機器、傳動裝置、中心機構、蒸汽室、裝胎機構、卸胎機構、脫模機構、活絡模操縱裝置、管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。 系統(tǒng)主要參數(shù)和功能 序 號 項 目 參 數(shù) 1 蒸汽室數(shù)目 2 個 2 蒸汽室內(nèi)徑 1525 mm 3 最大合模力 4220 X 2 KN 4 模型高度 258-637mm 5 適用鋼圈直徑 16—24 mm 6 主電機 LG41-6 13 KW 890 r/min 7 機械手爪張開（閉合）直徑 632（360） mm 8 膠囊真空度 0．05 MPa 9 過熱水壓力 2．8 MPa 10 硫化蒸汽壓力 0．7（熱板1.04）MPa 11 動力水壓力 0．7 ，1.0 ,1.4 MPa 12 動力空氣壓力 2．1—2．5 MPa 13 控制氣源壓力 0．36 MPa 14 最大充氣壓力 1．4 MPa 15 開（合）模理論時間 約 100s 16 垂直開模距離 662 mm 17 抓胎器最大升降行程 1622 mm 18 外型尺寸（長X 寬X 高） 7010X 5522X 5953 mm 19 總重 約 60 t 20 動力空氣壓力 0.7 1.0,1.4mpa 22 硫化內(nèi)壓 最大28kg/cm**2 23 硫化外壓 最大7cm/mm**2 〈四〉、機械手 一．機械手示意圖: 1.張開閉合汽缸 2.升降架 3.轉動臂 4.升降水缸 5.卡盤 6.方柱 功 能： 機械手的作用是將生胎從存胎器上提取送至下模上定位，并在定型過程中對膠囊進入胎內(nèi)起導向作用；硫化后，將輪胎從卸胎裝置上取出，放至放胎位置。 二、機械手工作原理 機械手由鉤爪，連桿及托架板汽缸等組成，機械手由雙向汽壓驅(qū)動，當汽缸向下時,八瓣鉤胎爪張開至最大，當汽壓缸向上時，鉤胎胚是不會脫落的，因為連桿在張開時接近一字行，足以平衡鉤胎爪胚的作用力。這種機械手鉤胎爪設成錐體對偏心25—125mm和變形厲害的生胎同樣能抓起來。 機械手球鼻其主要是配合裝胎時定型。根據(jù)輪胎規(guī)格調(diào)節(jié)定型彈簧，當膠囊受內(nèi)壓囊筒翻出進入胎胚時，膠囊的凹處與球鼻的球面吻合接觸，當膠囊內(nèi)壓繼續(xù)增加，球鼻及定型盤受壓上升，彈簧經(jīng)定型板傳給膠囊一個大小相等方向相反的作用力控制住膠囊的中心定位，當定型壓力達到一定值時，定型桿上升，碰到行程開關，發(fā)出信號，膠囊內(nèi)壓降低定型完畢，機械手及球鼻返回。 三、觸胎桿 1.導桿 2.導向板 3.觸胎板 觸胎氣是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是感知胎的位置及大小。由于觸胎桿的主要作用是感觸，因此其特點主要是：力求結構緊湊，以減少慣性力。 現(xiàn)取導桿l1=382mm， 直徑為15mm， 導向板l2=172mm， 厚為6mm， 觸胎板l3=154mm 厚取6mm 四．手指設計 硫化機機械手的手部是用來抓持工件的部件，將直接影響到工業(yè)機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關鍵部件之一。 4.1 設計時要注意的問題： (1) 結構盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結構設計 (2) 手指應有一定的開閉范圍。它的大小不僅與工件的尺寸有關，而且應注意手部接近工件的運動路線及其方位的影響。 (3) 手指應有足夠的夾緊力，除考慮夾持工件的重力外，還應考慮工件在傳送過程中的動載荷 (4) 應能保證工件在手指內(nèi)準確定位。 4.2 零件的計算 V=π(R2-r2)h =3.14(402-302)*150 =329931(mm3) m=ρv G=mg=ρvg=7800*329931/109=25.7164(N) 其中g取10N/kg 取G=26（N） 4.3 緊力的計算： 2.3.1 f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為40號鋼，手指為鋼材，查表2-5 f=0.15 所以 取N=43（N） 驅(qū)動力的計算 為斜面傾角，，為傳動機構的效率，這里為平摩擦傳動， 查表 這里取 0.85 所以 取p=55(N) 五．大小臂的設計 1）小臂的設計 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，主要用來改變工件的位置。手部在空間的活動范圍主要取決于臂部的運動形式。 1． 設計時注意的問題 (1) 剛度要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸，空心桿比實心桿剛度大的多，常用鋼管做臂部和導向桿，用工字鋼和槽鋼左支撐板，以保證有足夠的剛度。 (2) 偏重力矩要小，偏重力矩時指臂部的總重量對其支撐或回轉軸所產(chǎn)生的力矩。 (3) 重量要輕，慣量要小，為了減輕運動時的沖擊，除采取緩沖外，力求結構緊湊，重量輕，以減少慣性力。 (4) 導向性要好。 2. 小臂結構的設計 把小臂的截面設計成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟、輕巧。 選10號工字鋼。理論重,小臂長為800mm。 較核：（N） 取100N 其受力如下圖: F=100+105=205（N） 其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。 所以 所以選10號工字鋼合適。 3. 軸的設計計算 大軸的直徑取25mm，材料為45號鋼。 受力如下圖: 驗算： F=205N 所以合適 2) 大臂的設計 1. 結構的設計 把大臂的截面設計成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟、輕巧。 選14號工字鋼。理論重,小臂長為950mm。 較核：（N） 取160N 其受力如圖: F=100+105+160=365（N） 其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。 所以 所以選10號工字鋼合適。 驗算： F=320N 所以合適 2.軸承的選擇 大軸軸承的選擇：因為上軸承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機械零件手冊》表9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=20mm e=0.3 軸承的校核 因為此處軸承做低速的擺動，所以其失效形式是，接觸應力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為： 其中為當量靜載荷，為軸承靜強度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。 此處1.5. 上軸承受純徑向載荷, 所以 因此軸承合適. 下軸承受徑向和軸向載荷, R為徑向載荷 A為軸向載荷 X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機械設計》表13－5查取 因為 所以 所以 因此軸承合適 小軸承受力很小，所以不用教核 3.軸承摩擦力矩的計算 如果 （C為基本額定動載荷，P為所受當量動載荷），可按公式: 估算 其中:為滾動軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。 查表得， ，所以也可以用此公式估算 所以 查表得， ，所以也可以用此公式估算 所以 取0.1 〈五〉．微機控制系統(tǒng)的設計 定型硫化機的自動化水平是較高的，一般對內(nèi)溫、內(nèi)壓及蒸汽室內(nèi)（或蒸汽夾套）等的溫度均能測量、記錄與控制。整個硫化周期亦有采用程序控制的（包括后充氣作業(yè)），此外還設有定型控制裝置，模型清潔與涂隔離劑裝置，膠囊預熱裝置，膠囊泄漏檢查器，膠囊使用次數(shù)記錄器，安全桿與壓力開關（蒸汽室有內(nèi)壓時不能打開）等，故定型硫化機基本上可不用手操作，只需要在硫化機前的存胎器的胎座能保證供應生胎，整個周期即可自動連續(xù)進行。 按定型硫化機的控制方法可分為單機自控和群控形式兩種。 目前，單機自控在國內(nèi)外使用較為普遍，它們的控制通常由主令控制（包旋凸輪和微機開關組成），時間繼電器、時序控制器、行程開關、壓力開關及繼電器、電磁閥元件組成，由這些元件來實現(xiàn)，硫化過程中各工序的自動控制。 一、 基本原理 橡膠制品的硫化過程，就是將其放在一定溫度，一定壓力的硫化模腔內(nèi)，保持一定的時間，進行一種高分子反應，橡膠硫化性好壞 取決于其所達到的硫化程度。過硫會使產(chǎn)產(chǎn)品發(fā)脆，欠硫化使產(chǎn)品發(fā)軟，表面出現(xiàn)“白霜”。因此，在橡膠制品生產(chǎn)過程中，硫化工藝是必不可少的重要一環(huán)，也是對產(chǎn)品質(zhì)重大影響的關鍵一步。 為了使橡膠達到性能的最佳的硫化程度，傳統(tǒng)的做法是，通過控制硫化時間來完成整個硫化過程，這一種方法稱為定時硫化工藝，它是以模腔內(nèi)溫度和壓力恒定作為前提條件的。但是為了降低成本，橡膠廠一般采用飽和蒸汽作為熱介質(zhì)的，由于生產(chǎn)組織和環(huán)境的復雜性，以及某些機械和電氣設備的故障，使得模范作用熱鍋爐的蒸汽壓力經(jīng)常產(chǎn)生或大或小的波動，從而這種供熱系統(tǒng)不能使硫化模腔內(nèi)的溫度保持不變。對于大廠來講，鍋爐大，熱慣性大，加上采用開環(huán)或閉環(huán)溫度穩(wěn)定系統(tǒng)來調(diào)節(jié)飽和熱蒸汽壓力，尚可減小溫度波動的幅度，而對于小廠來講，這個問題就顯得更加突出了。同時，就是時間控制，也因這樣那樣的原因而不能得到準確保證。因此，定時硫化工藝不能實現(xiàn)最佳硫化。 根據(jù)橡膠硫化理論，硫化效應是衡量膠料硫人程度深淺的一個尺度。因此，只要使橡膠制品獲得最佳硫化效應，就可使其達到最佳硫化程度?；谶@種等效硫化概念來控制橡膠制品硫化過程的方法，稱為等效硫化工藝。 在硫化濕度恒定的情況下，硫化效應： E=I·△t=k(T-T0)/10·△t 式中I—硫化強度 K—硫化濕度系數(shù) T—從橡膠制品特定部位實測得的硫化溫度 △ t—硫化所經(jīng)歷的時間 T0—規(guī)定硫化所采用的標準溫度 在一定范圍內(nèi)，忽略k、β隨T的非線性變化，因而有范德霍夫方程 E1=E2·K k(T-T0)/10 選T2=T0，因而E2=△t，因此等效硫化工藝可根據(jù)溫度的變化，隨時間調(diào)整硫化時間，確保最佳硫化效應的實現(xiàn)。 二、 設計思想 定型硫化機主傳動系統(tǒng)的控制，主要是控制主電機的工作過程，當機械手把生胎存放好后，主電機旋轉帶動橫梁合模，定時器T1延時15秒，合模后進行硫化，定時器T0延時76分鐘，得到最佳硫化輪胎，主電機又開始工作，帶動橫梁開模，定時器 T2也延時15秒，然后這樣重復下去，硫化第二個輪胎，為了安全起見，在橫梁的極限位置裝上限位器。 三、 硬件的設計 為保證主電機的正反轉，主電路中接入兩個接觸器KM1和KM2，在控制電路中也有兩個輔助觸點KM1和KM2。在控制電路中，可用電氣控制，也可用單片機來進行控制，但單片機本來龍去脈就有蕊片集成度過高，結構設計緊湊小而全的特點，MCS—51單片機在簡單的場合下應用，幾乎不需要增加其他的硬件資源，就可構成一個最小應用系統(tǒng)，使用非常方便。不過對于復雜的應用場合，最小應用系統(tǒng)往往不能滿期足要求，必須在片外擴展相應的資源，單片機的系統(tǒng)擴展包括程序內(nèi)存儲器ROM/RAM的擴展，數(shù)據(jù)存儲器（RAM）擴展，I/O擴展，定時/計數(shù)擴展，中斷系統(tǒng)擴展，以及其他特殊功能的擴展。 橡膠硫化機單片微型電腦控制器的模擬輸入量為溫度和內(nèi)壓信號，需A/D轉換，從精度考慮，8位就夠了，其它輸入信為：起動信號，上限位置信號，和下限位置信號。起動信號由機械手放外胎，離開模子后按動電鈕開關給出，單片機只有接收到起動信號才能開始硫化，并自動達到最佳硫化程度，自動開模結束硫化過程。上、下限位置相應于開、合模的極限位置信號，顯然，起模位置生如不關斷電動機，將使電動機處于卡死狀而燒毀。輸出信號包括工位時間值的顯示以及電動機和電磁閥的控制，電動機的正、反轉和停止相應于合模、開模、停機。由電磁閥的吸合、釋放相應于內(nèi)壓的加減。 根據(jù)整個系統(tǒng)對I/O口的要求，控制器的硬件原理如圖如示。（見圖紙） 四、 調(diào)試方法 本控制器在安裝調(diào)試中，主要是控制電動機的工作時間及正、反轉，編程不是很復雜，在普通的單片機中調(diào)試就可以了。 <六>、設計總結 這次設計是我們大學三年最后一次設計，是對我們?nèi)陙硭鶎W的專業(yè)知識的一次全面檢查.讓我們對三年來所學的知識進行了一次很好的鞏固.并使我們對所學知識的綜合運用能力大大提高,為今后解決工作中的實際問題打下了一個很好的基礎. 通過這次設計，使我們明白了設計一般控制系統(tǒng)的方法，特別是應用了單片機進行控制，并由自己編寫程序并且調(diào)試，使我們初步掌握了軟件設計的方法,也增強了對單片機系統(tǒng)硬件設計的了解，還增強了在計算、繪圖及檢索參考文獻等方面的能力。 但是，這是我第一次進行系統(tǒng)的設計，涉及知識較多且廣，加之時間蒼促，經(jīng)驗方面不足，難免存在不對或不妥問題，懇請各位指導老師批評指正，同時感謝各位老師在這段時間對我進行設計的幫助，本人不勝感激！ <七>、參考文獻 1．《定型硫化機使用手說明書》 桂林橡膠機械廠 2．《橡膠機械設計》 化學工業(yè)出版社 3．《現(xiàn)代機械傳動手冊》 機械工業(yè)出版社 4．《單片微型計算機原理及應用》清華大學出版社 5．《單片微型計算機技術》 機械工業(yè)出版社 6．《機電一休化手冊》 機械工業(yè)出版社 7．《輕工機械設計手冊》 科學技術出版社 8、《組合機床與自動化加工技術》 組合機床與自動化加工技術雜志社