雙模輪胎硫化機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)二 硫化機(jī)的用途與分類三硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)四機(jī)械手五微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)六設(shè)計(jì)總結(jié)七參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 硫化機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (2) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (3) 控制程序設(shè)計(jì)二、應(yīng)完成的內(nèi)容：（1）硫化機(jī)主機(jī)圖 （圖幅不小于A1）（2）硫化機(jī)機(jī)械手部裝圖 （圖幅不小于A1）（3）機(jī)械手控制程序清單 （4）機(jī)械手控制程序磁盤(pán)文件（5）機(jī)械手控制電路（總圖幅不小于A1）（6）機(jī)械手程序框圖 （總圖幅不小于A2）（7） 硫化機(jī)中非標(biāo)零件圖（總圖幅不小于A3）（8） 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 硫化機(jī)的用途與分類輪胎定型硫化機(jī)主要用于空心輪胎（汽車(chē)胎、工程胎、飛機(jī)胎、摩托車(chē)胎

2、、力車(chē)胎等）的外胎硫化。輪胎定型硫化機(jī)是在普通個(gè)體硫化機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。本次設(shè)計(jì)的硫化機(jī)名為雙模輪胎定型硫化機(jī)，其型號(hào)LL-B525/4220 X 2。該硫化機(jī)主要適用于普通外胎及子午線結(jié)構(gòu)外胎等充氣輪胎定型硫化。能自動(dòng)進(jìn)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(luò)膜，并配備有充氣裝置，供用戶硫化尼龍簾布線輪胎時(shí)配套使用。我國(guó)輪胎定型硫化機(jī)的發(fā)展十分迅速，自1963年開(kāi)始設(shè)計(jì)制造B型硫化機(jī)至今已有四十年的歷史，定型硫化機(jī)從無(wú)到有取得很大的成績(jī)。國(guó)產(chǎn)定型硫化機(jī)已基本形成系列。近年來(lái)，對(duì)于定型硫化機(jī)組開(kāi)展了研制工作，已取得了可喜

3、的發(fā)展。 輪胎定型硫化機(jī)按不同角度分類按膠囊特點(diǎn)可分為：A型定型硫化機(jī)的（膠囊向下收藏）；B型定型硫化機(jī)（膠囊向上收藏）；AB型定型硫化機(jī)（膠囊成“U”型收藏）。按加熱方式可分為：罐式定型硫化機(jī)；夾套式定型硫化機(jī)；板式定型硫化機(jī)。按傳動(dòng)方式可分為：連桿式定型硫化機(jī)；液壓式定型硫化機(jī)，液壓鎖環(huán)式定型硫化機(jī)。按是否用膠囊可分為：有膠囊定型硫化機(jī)；無(wú)膠囊定型硫化機(jī)。 硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置顯示微 機(jī)系 統(tǒng)放大控制執(zhí)行系統(tǒng)硫化機(jī)機(jī)械手控制面板反饋電路控制輸入位置信號(hào)反饋本機(jī)屬B型雙模輪胎定型硫化機(jī)。用曲柄連桿傳動(dòng)，采用蒸鍋式（或熱板式）加熱，升降翻轉(zhuǎn)式開(kāi)合模。膠囊伸直或收縮由中心機(jī)構(gòu)操縱；

4、機(jī)械手升降、轉(zhuǎn)動(dòng)、卸胎機(jī)構(gòu)進(jìn)出均采用水缸驅(qū)動(dòng)；后充氣采用二位四點(diǎn)式裝置；控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制程序控制。本機(jī)主要由機(jī)器、傳動(dòng)裝置、中心機(jī)構(gòu)、蒸汽室、裝胎機(jī)構(gòu)、卸胎機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、活絡(luò)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(hào)項(xiàng) 目參 數(shù)1蒸汽室數(shù)目2 個(gè)2蒸汽室內(nèi)徑1525 mm3最大合模力4220 X 2 KN4模型高度258-637mm5適用鋼圈直徑1624 mm6主電機(jī) LG41-613 KW 890 r/min7機(jī)械手爪張開(kāi)（閉合）直徑632（360） mm8膠囊真空度005 MPa9過(guò)熱水壓力28 MPa10硫化蒸汽壓力07（熱板1.04）MPa11動(dòng)力

5、水壓力07 ，1.0 ,1.4 MPa12動(dòng)力空氣壓力2125 MPa13控制氣源壓力036 MPa14最大充氣壓力14 MPa15開(kāi)（合）模理論時(shí)間約 100s16垂直開(kāi)模距離662 mm17抓胎器最大升降行程1622 mm18外型尺寸（長(zhǎng)X 寬X 高）7010X 5522X 5953 mm19總重約 60 t 20動(dòng)力空氣壓力0.7 1.0,1.4mpa22 硫化內(nèi)壓最大28kg/cm*2 23 硫化外壓最大7cm/mm*2 四、機(jī)械手一機(jī)械手示意圖:1.張開(kāi)閉合汽缸2.升降架3.轉(zhuǎn)動(dòng)臂4.升降水缸5.卡盤(pán)6.方柱功 能：機(jī)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(guò)程中對(duì)膠

6、囊進(jìn)入胎內(nèi)起導(dǎo)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(jī)械手工作原理 機(jī)械手由鉤爪，連桿及托架板汽缸等組成，機(jī)械手由雙向汽壓驅(qū)動(dòng)，當(dāng)汽缸向下時(shí),八瓣鉤胎爪張開(kāi)至最大，當(dāng)汽壓缸向上時(shí)，鉤胎胚是不會(huì)脫落的，因?yàn)檫B桿在張開(kāi)時(shí)接近一字行，足以平衡鉤胎爪胚的作用力。這種機(jī)械手鉤胎爪設(shè)成錐體對(duì)偏心25125mm和變形厲害的生胎同樣能抓起來(lái)。 機(jī)械手球鼻其主要是配合裝胎時(shí)定型。根據(jù)輪胎規(guī)格調(diào)節(jié)定型彈簧，當(dāng)膠囊受內(nèi)壓囊筒翻出進(jìn)入胎胚時(shí)，膠囊的凹處與球鼻的球面吻合接觸，當(dāng)膠囊內(nèi)壓繼續(xù)增加，球鼻及定型盤(pán)受壓上升，彈簧經(jīng)定型板傳給膠囊一個(gè)大小相等方向相反的作用力控制住膠囊的中心定位，當(dāng)定型壓力達(dá)

7、到一定值時(shí)，定型桿上升，碰到行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，膠囊內(nèi)壓降低定型完畢，機(jī)械手及球鼻返回。三、觸胎桿 1.導(dǎo)桿 2.導(dǎo)向板 3.觸胎板觸胎氣是機(jī)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(diǎn)主要是：力求結(jié)構(gòu)緊湊，以減少慣性力?，F(xiàn)取導(dǎo)桿l1=382mm， 直徑為15mm，導(dǎo)向板l2=172mm， 厚為6mm， 觸胎板l3=154mm 厚取6mm四手指設(shè)計(jì)硫化機(jī)機(jī)械手的手部是用來(lái)抓持工件的部件，將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。4.1 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題：(1) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2) 手指應(yīng)有一定的

8、開(kāi)閉范圍。它的大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。(3) 手指應(yīng)有足夠的夾緊力，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過(guò)程中的動(dòng)載荷(4) 應(yīng)能保證工件在手指內(nèi)準(zhǔn)確定位。4.2 零件的計(jì)算 五微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)定型硫化機(jī)的自動(dòng)化水平是較高的，一般對(duì)內(nèi)溫、內(nèi)壓及蒸汽室內(nèi)（或蒸汽夾套）等的溫度均能測(cè)量、記錄與控制。整個(gè)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(shè)有定型控制裝置，模型清潔與涂隔離劑裝置，膠囊預(yù)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(kāi)關(guān)（蒸汽室有內(nèi)壓時(shí)不能打開(kāi)）等，故定型硫化機(jī)基本上可不用手操作，只需要在硫化機(jī)前的存

9、胎器的胎座能保證供應(yīng)生胎，整個(gè)周期即可自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。 按定型硫化機(jī)的控制方法可分為單機(jī)自控和群控形式兩種。 目前，單機(jī)自控在國(guó)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(jī)開(kāi)關(guān)組成），時(shí)間繼電器、時(shí)序控制器、行程開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)及繼電器、電磁閥元件組成，由這些元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，硫化過(guò)程中各工序的自動(dòng)控制。一、 基本原理橡膠制品的硫化過(guò)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(shí)間，進(jìn)行一種高分子反應(yīng)，橡膠硫化性好壞取決于其所達(dá)到的硫化程度。過(guò)硫會(huì)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(guò)程中，硫化工藝是必不可少的重要一環(huán)，也是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)重大影響的

10、關(guān)鍵一步。為了使橡膠達(dá)到性能的最佳的硫化程度，傳統(tǒng)的做法是，通過(guò)控制硫化時(shí)間來(lái)完成整個(gè)硫化過(guò)程，這一種方法稱為定時(shí)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(fù)雜性，以及某些機(jī)械和電氣設(shè)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(dòng)，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(duì)于大廠來(lái)講，鍋爐大，熱慣性大，加上采用開(kāi)環(huán)或閉環(huán)溫度穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)飽和熱蒸汽壓力，尚可減小溫度波動(dòng)的幅度，而對(duì)于小廠來(lái)講，這個(gè)問(wèn)題就顯得更加突出了。同時(shí)，就是時(shí)間控制，也因這樣那樣的原因而不能得到準(zhǔn)確保證。因此，定時(shí)硫化

11、工藝不能實(shí)現(xiàn)最佳硫化。根據(jù)橡膠硫化理論，硫化效應(yīng)是衡量膠料硫人程度深淺的一個(gè)尺度。因此，只要使橡膠制品獲得最佳硫化效應(yīng)，就可使其達(dá)到最佳硫化程度。基于這種等效硫化概念來(lái)控制橡膠制品硫化過(guò)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(yīng)： E=It=k(T-T0)/10t式中I硫化強(qiáng)度 K硫化濕度系數(shù)T從橡膠制品特定部位實(shí)測(cè)得的硫化溫度 t硫化所經(jīng)歷的時(shí)間T0規(guī)定硫化所采用的標(biāo)準(zhǔn)溫度 在一定范圍內(nèi)，忽略k、隨T的非線性變化，因而有范德霍夫方程 E1=E2K 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(shí)間調(diào)整硫化時(shí)間，確保最佳硫化效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。二

12、、 設(shè)計(jì)思想 定型硫化機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，主要是控制主電機(jī)的工作過(guò)程，當(dāng)機(jī)械手把生胎存放好后，主電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)橫梁合模，定時(shí)器T1延時(shí)15秒，合模后進(jìn)行硫化，定時(shí)器T0延時(shí)76分鐘，得到最佳硫化輪胎，主電機(jī)又開(kāi)始工作，帶動(dòng)橫梁開(kāi)模，定時(shí)器T2也延時(shí)15秒，然后這樣重復(fù)下去，硫化第二個(gè)輪胎，為了安全起見(jiàn)，在橫梁的極限位置裝上限位器。三、 硬件的設(shè)計(jì)為保證主電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，主電路中接入兩個(gè)接觸器KM1和KM2，在控制電路中也有兩個(gè)輔助觸點(diǎn)KM1和KM2。在控制電路中，可用電氣控制，也可用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，但單片機(jī)本來(lái)龍去脈就有蕊片集成度過(guò)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊小而全的特點(diǎn)，MCS51單片機(jī)在簡(jiǎn)單的場(chǎng)合下應(yīng)用

13、，幾乎不需要增加其他的硬件資源，就可構(gòu)成一個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)，使用非常方便。不過(guò)對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，最小應(yīng)用系統(tǒng)往往不能滿期足要求，必須在片外擴(kuò)展相應(yīng)的資源，單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展包括程序內(nèi)存儲(chǔ)器ROM/RAM的擴(kuò)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展，定時(shí)/計(jì)數(shù)擴(kuò)展，中斷系統(tǒng)擴(kuò)展，以及其他特殊功能的擴(kuò)展。橡膠硫化機(jī)單片微型電腦控制器的模擬輸入量為溫度和內(nèi)壓信號(hào)，需A/D轉(zhuǎn)換，從精度考慮，8位就夠了，其它輸入信為：起動(dòng)信號(hào)，上限位置信號(hào)，和下限位置信號(hào)。起動(dòng)信號(hào)由機(jī)械手放外胎，離開(kāi)模子后按動(dòng)電鈕開(kāi)關(guān)給出，單片機(jī)只有接收到起動(dòng)信號(hào)才能開(kāi)始硫化，并自動(dòng)達(dá)到最佳硫化程度，自動(dòng)開(kāi)模結(jié)束硫化過(guò)程。上、下限位置相

14、應(yīng)于開(kāi)、合模的極限位置信號(hào)，顯然，起模位置生如不關(guān)斷電動(dòng)機(jī)，將使電動(dòng)機(jī)處于卡死狀而燒毀。輸出信號(hào)包括工位時(shí)間值的顯示以及電動(dòng)機(jī)和電磁閥的控制，電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和停止相應(yīng)于合模、開(kāi)模、停機(jī)。由電磁閥的吸合、釋放相應(yīng)于內(nèi)壓的加減。 根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)I/O口的要求，控制器的硬件原理如圖如示。（見(jiàn)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(dòng)機(jī)的工作時(shí)間及正、反轉(zhuǎn)，編程不是很復(fù)雜，在普通的單片機(jī)中調(diào)試就可以了。、設(shè)計(jì)總結(jié)這次設(shè)計(jì)是我們大學(xué)三年最后一次設(shè)計(jì)，是對(duì)我們?nèi)陙?lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次全面檢查.讓我們對(duì)三年來(lái)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次很好的鞏固.并使我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力大大提高,為今后解決工作中的實(shí)際問(wèn)題打下了一個(gè)很好的基礎(chǔ).通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我們明白了設(shè)計(jì)一般控制系統(tǒng)的方法，特別是應(yīng)用了單片機(jī)進(jìn)行控制，并由自己編寫(xiě)程序并且調(diào)試，使我們初步掌握了軟件設(shè)計(jì)的方法,也增強(qiáng)了對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的了解，還增強(qiáng)了在計(jì)算、繪圖及檢索參考文獻(xiàn)等方面的能力。 但是，這是我第一次進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及知識(shí)較多且