B型双模轮胎定型硫蒸机蒸汽室设计

1、设计题目：b型双模轮胎定型硫蒸机蒸汽室设计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 设计起止： 年 月 日目 录一.课程设计任务书2二.硫化机的主要用途及结构性能.3三.机器的结构.8四.主要技术参数.9五.硫化机主传动运动机构有关设计10六.微机控制系统的设计26七.设计总结31八.参考文献33毕业设计任务书题目 ：硫化机主传动微机控制系统一、系统结构位置显示微 机系 统放大控制执行系统硫化机主传动控制面板反馈电路控制输入位置信号反馈二、系统参数及功能1 电机型号的选择2 蒸汽室位置的显示3 控制面板4 各种功能部件5 事故报警三、设计内容1 硫化机主传动运动机构设计2 微机控制

2、系统的设计3 微控制程序设计4 模拟实验设计四、应完成的内容：（1） 微机系统及接口电路（总图幅不小于a2） （2） 控制程序框图 （总图幅不小于a2）（3） 控制程序清单 （不小于50页）（4） 控制程序磁盘文件 （5） 硫化机总装图 （图幅不小于a1）（6） 硫化机主传动部装图 （图幅不小于a1）（7） 硫化机中非标零件图（总图幅不小于a2）（8） 设计说明书 硫化机的主要用途及结构性能轮胎定型硫化机主要用于空心轮胎（汽车胎、工程胎、飞机胎、摩托车胎、力车胎等）的外胎硫化。轮胎定型硫化机是在普通个体硫化机的基础上发展起来的。本次设计的硫化机名为双模轮胎定型硫化机，其型号ll-b525/42

3、20 x 2。该硫化机主要适用于普通外胎及子午线结构外胎等充气轮胎定型硫化。能自动进行装胎、定型、硫化、卸胎及后充气冷却等一系列工艺操作。采用蒸锅式（或热板式）加热，可使用两半膜，也可以使用活络膜，并配备有充气装置，供用户硫化尼龙帘布线轮胎时配套使用。我国轮胎定型硫化机的发展十分迅速，自1963年开始设计制造b型硫化机至今已有四十年的历史，定型硫化机从无到有取得很大的成绩。国产定型硫化机已基本形成系列。近年来，对于定型硫化机组开展了研制工作，已取得了可喜的发展。 轮胎定型硫化机按不同角度分类：按胶囊特点可分为：a型定型硫化机的（胶囊向下收藏）；b型定型硫化机（胶囊向上收藏）；ab型定型硫化机（

4、胶囊成“u”型收藏）。按加热方式可分为：罐式定型硫化机；夹套式定型硫化机；板式定型硫化机。按传动方式可分为：连杆式定型硫化机；液压式定型硫化机，液压锁环式定型硫化机。按是否用胶囊可分为：有胶囊定型硫化机；无胶囊定型硫化机。 双模定型硫化机首先普遍应用的是机械式硫化机,采用曲柄齿轮连杆(或称四连杆)结构,机构原理简单。在合模瞬间就加上合模力,以较小的电机功率可获得较大的合模力。合模以后电机不再工作,而合模力可始终保持到重新开模。目前世界上所采用的机械式硫化机虽生产厂家不同、规格型号各异,而且经过多年不断改进,但基本结构都一样,也都没有变化。 在机械式硫化推广应用的同时,也出现了液压式硫化机。但由

5、于开始时液压式硫化机对机械式硫化机的优越性不很明显,而且当时液压技术还不很成熟,轮胎厂对液压式硫化机的维修保养还不很适应,因此在一段时间内液压式硫化机没有象机械式硫化机那样得到普遍推广。但随着汽车工业和轮胎工业的不断发展,对轮胎的均匀性提出了越来越高的要求,也对硫化机的工作精度提出了越来越高的要求,液压式硫化机的优越性就充分地显示出来了。同时液压技术也日趋成熟,维修保养也不再成为大问题。所以现在世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机来代替传统的机械式硫化机。他们在建设新厂或对老厂进行技术改造时,已基本上采用液压式硫化机。液压式硫化机替代机械式硫化机已成为无可置疑的发展趋势。 机械式硫化机有其

6、结构特点,但这种结构也同时带来了一些固有的弱点。 双模硫化机结构上是左右对称的,但由于制造上的误差,不可能做到绝对对称。硫化机制造厂采取各种措施以保证零件的对称性,例如连杆成对加工,墙板成对加工,尽量采用数控机床等,但对上横梁、底座、曲柄齿轮、传动轴和传动齿轮等,很难做到绝对对称。由于存在这对称性误差问题,为了保证机器灵活运转,各运动零件的配合一般都采用较松的配合公差。如连杆孔与上横梁轴及曲柄销的配合为(e8/e8),曲柄齿轮轴与底座孔的配合为(e8/e8),上横梁轴与滚轮的配合为(f8/e8),滚轮与墙板导槽的配合为(h9/f8),上横梁端面、底座端面与连杆平面之间的累积间隙为1.151.5

7、mm等。这不对称性和这些公差的存在进一步对硫化机的合模精度特别是重复精度造成不利影响。 机械式硫化机的结构还决定了上横梁销轴施加于连杆上部铜套的力、曲柄齿轮轴施加于连杆下部铜套的力,和曲柄销施加于连杆下部铜套的力都是不均匀的,见图1。而且这几个连接部分都在重负荷下转动,这不可避免地造成这些铜套的不均匀的和较严重的磨损。而铜套的磨损将进一步降低硫化机的合模精度。为了保持硫化机一定的合模精度,这些铜套的磨损程度必须经常检查并及时更换。 此外,机械式硫化机的合模力是在曲柄销到达下死点瞬间由各受力构件的弹性变形量所决定的。而温度变化将使受力构件尺寸发生变化,合模力也将随之而变化。因此机械式硫化机的合模

8、力对温度是比较敏感的。在投入使用前或停机一段时间重新开动时一定要预热。生产过程中环境温度或工作温度的波动都将造成合模力的波动。 机器的结构 本机属b型双模轮胎定型硫化机。用曲柄连杆传动，采用蒸锅式（或热板式）加热，升降翻转式开合模。胶囊伸直或收缩由中心机构操纵；机械手升降、转动、卸胎机构进出均采用水缸驱动；后充气采用二位四点式装置；控制系统采用plc可编程控制程序控制。本机主要由机器、传动装置、中心机构、蒸汽室、装胎机构、卸胎机构、脱模机构、活络模操纵装置、管路系统、电气控制系统等组成。 主传动主机构： 主传动机构由平面二次包络蜗轮减速机，二对齿轮副，曲柄及连杆组成。由主电机带动蜗轮减速机，经

9、左、右各两对开式齿轮副降速，再由两边曲柄齿轮传至连杆。带动横梁、上模作升降和翻转运动，并使合模时获得足够的预紧力，能充分保证硫化轮胎的质量。 系统参数及功能序 号项 目参 数1蒸汽室数目2 个2蒸汽室内径1525 mm3最大合模力4220 x 2 kn4模型高度254635 mm5适用钢圈直径1624 in6主电机 lg41-613 kw 890 r/min7机械手爪张开（闭合）直径630 （360） mm8胶囊真空度005 mpa9过热水压力28 mpa10硫化蒸汽压力07（热板1.04）mpa11动力水压力07 ，1.0 ,1.4 mpa12动力空气压力2125 mpa13控制气源压力03

10、5 mpa14最大充气压力14 mpa15开（合）模理论时间约 90 s16垂直开模距离660 mm17抓胎器最大升降行程1620 mm18外型尺寸（长x 宽x 高）4560 x 3720 x 3850 mm19总重约 60 t五硫化机主传动运动机构有关设计1.电动机的选择 电动机一般装于定型硫化机底座上面，故工作位置靠近蒸汽过热水及冷却水的导管，并在蒸汽室之下，因此电动机可能会受到泄漏的介质或蒸汽室操作过程中所溅落的水浸入，所以选择电机要有良好的密封性，通常电机安装在减速器的壳体上，以防止硫化过程中介质的浸入。定型硫化机的电机是可逆工作的，在启模和闭模的瞬间要产生很大的力矩，故选择电机还要具

11、有高起动转矩或高转差率，这可以选用起重电动机或船用电电机，它们的起动转矩往往比额定转矩高几倍，这就可以较好的保护电机不超载，保证启模顺利进行，延长电动机的使用寿命。根据以上要求，选择lc416型电动机，功率为13kw，转速为890r/min。2.减速器的选择 定型硫化机一般均采用蜗轮杆减速器，蜗轮减速器的优点是传动比大，结构及制造简单，而且可以自锁，自锁是定型硫化机传动装置必须具备的条件之一。 由于减速器的工作装置靠近蒸汽室过热水及冷水的导管和设备，若水份浸入减速成装置时，则将引起润滑性能下降，所以减速器和电动机都要求密封性好。 定型硫化机所使用的蜗轮蜗杆减速器，是按照超负荷来计算的，所以应创

12、造一切条件减轻其工作压力，减速器的工作合理，蜗轮蜗杆的材料选择适当，润滑及油量等问题处理得当，对蜗杆蜗轮的情况及使用寿命有良好的延长效果。蜗轮蜗杆减速器要保证较高的加工精度，确保减速器有较高的工作效率是非常必要的，否则会影响到预紧力升不上去，目前多采用阿基米德蜗杆减速器，但它的效率较低，若用球面蜗轮副或圆弧齿圆柱蜗杆减速器，效率可提高，但制造困难，而采用平面二次包络弧面蜗杆传动，可解决以上的困难。主传动机构由平面二次络蜗轮减速机，二对齿轮副，曲柄及连杆组成。由主电机带动蜗轮减速机，径左、右各两对开式齿轮副降速，再由两边曲柄齿轮传至连杆。带动横梁，上模作升降和翻转运动，并使合模时获得足够的预紧力

13、，能充分保证硫化轮胎的质量。平面二次包络弧面蜗杆减速器，虽然在我国生产的历史不长，但是发展极为迅速，已成功地应用于冶金、矿山、化工、石油、起重运输及航天航海各项工程中，并在苛刻的工作条件下，进行了工业实践和实验，表示了该传动的优良特性，这一种包络面蜗杆减速器和各类圆柱蜗杆减速器相比，具有承载能力大，传动效率高，使用寿命长的特点，尤其适用于重载动力传动装置。综上所述，定型硫化机选择二次包络弧面蜗杆减速器。减速器的计算：蜗杆设计主要是挠度计算和检验蜗杆强度，其挠度计算公式如下f=l3(pp2+p02)1248ei cm式中 l螺旋蜗杆的长度 pp蜗杆上径向力 kn p0蜗杆上轴向力 kn i螺旋蜗

14、杆横截面的相当惯性矩 cm4 e材料的弹性模数 kgcm2i=d4(0.375+0.625d)d=蜗杆螺旋部分内直径 cmd=蜗杆螺旋部分外直径 cm螺杆允许挠度为 fm20 cm(m为模数)代入参数后，经计算选取传动比为1：93，中心矩为360mm，模数为6.72，蜗杆头数为1的二次平面包络弧面螺杆减速器。 3.传动系统定型硫化机在一个硫化周期中，传动系统各部件依次承受克服定型外胎的力、合模时的预紧力、横压力、启模时及模型脱离外胎的力、上升和下翻蒸汽室的力等，其中以预紧力为最大，此时电动机消耗功率也最大。 目前定型硫化机的传动系统以机械连杆式为主流，有液压式的，后者用得较少，亦较简单。 在机

15、械工作过程中，如外胎硫化，外胎定型或在其它情况下，在机器停机时，必须保持传动系统自锁，所以在传动系统中装有蜗轮蜗杆减速器。它起自锁和刹车作用，另外，为了停车准确和更好自锁，传动系统中一般装有自锁器。 在启模和闭模过程中，要求上模型的运动速度是可变的。最初翻转横梁时速度最大。而随着模型接近胚胎时，速度必须减慢。特别是闭模时，为了避免产生剧烈的撞击，在两个模型接触瞬间，速度最好为零。曲柄连杆机构传动系统最符合上述要求。 曲柄连杆或传动装置主要由电机、减速箱、横梁、连杆、曲柄轮等组成。连杆上端有横梁连杆下端与曲柄轮的销轴连接，由柄轮通过半轴安装在机驾上。通常半轴是与曲柄轮固定在一起，并随着其一起转动

16、的，但也有将半轴一端固定在机架上，另一端安装曲柄轮，当曲柄轮转动时，半轴仍静止的。这种结构减少了运动磨擦的表面积，但曲柄只是悬臂地支放在半轴的一端。稳定性和工作条件可能较差，特别是曲柄轮轴承的工作条件更差。为了制造和维修方便和提高使用效果，在运动轴颈的磨擦表面上加上衬套。主传动结构示意图传动路线如下：电动机蜗轮蜗杆减速器中间齿轮曲柄齿轮连杆到横梁。横梁上装有连杆，在连杆上固定着滚轮，它在侧极的沟槽中滚动，由滚轮保证横梁按上术动作运动，并使它不旋转。4.连杆的设计连杆是定型硫化机主要受力件之一，它在锁模和硫化时承受巨大拉力，对连杆除要求有足够的强度处，还要求有一定的刚度，使其在最大锁模力作用下，

17、不应有太大的变形，现在使用的机器中，当锁紧模型后，连杆变形量在0.30.6mm之间。 连杆一般用a3和a4钢制造，对提高了锁模力的机器，为缩小连杆的尺寸和重量，可改用较高的搞拉强度极限和抗拉屈服点的优制钢材制造，所以，这里选用30号钢，示意如图二所示：图二：连杆示意图由上图分析连杆的受力情况可知，其危险断面可能出现在及处，为了安全起见，取h=640mm,d=381mm,l=2841mm,b=200mm b1=112mm,d1473mm,c=7mm在定型硫化机的传动装置中，锁模办是很很大的，由锁横力产生的摩擦也不小，它对连杆产生很生要的影响。连杆断面，因为开孔而被削弱，所以用环l从外侧加强，在应

18、力分布不均匀时集中应力尚可希望产生于连杆中心线上，免除连杆产生附加偏心弯曲，也不致增加两连杆间间距，环2用焊接与连体结合，并分担连杆体的部分载荷。在连杆开口处应力显著增大，造成应力集中，连杆两端轴承开孔处的点应力集中更为严重，因此在没有必要时应尽量少七开孔。定型硫化机的连杆体上，一般装有测力机构，它能指示出硫化机在工作中连杆上的拉力（即预紧力）的大小，避免硫化机过载。5.测力机构该机构共两套分别装于左右连杆上,用来测量硫化过程中合模力的大小并指数值.工作原理:在合模力的作用下,连杆会产生弹性变形而伸长,根据物体弹性变形的大小与受力成正比的关系(即胡克定律)，测量一定长度范围内连杆伸长量的大小。

19、通过吨位表的换算显示出受力体的大小，吨位表示在结构上与百分表完全一致。测量头移动0.5mm，表示指针转动一圈，只是将显示的数值换算成吨位值。工作过程中，连杆的实际变形量很小的，所以在使用时测量杆的下端应紧固，不允许有间隙或松动。表应安装于上端，位置应正确，亦应紧固，在硫化机无负荷状态下，调整测量杆上端时调节器节螺栓，使其顶住测量头，并预压使吨位表指针转动三圈，拧紧防松螺母，最后转动表盖指针对零。这样即能正确反映实际合模力大小。6.长轴的设计轴支承着转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承与机架连接，轴上零件与轴、轴承组成了一个以轴为基准的组合件轴系部分。所以在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须考虑

20、轴承部件的整体结构。为了使轴系部件安全、平稳、经济地运转，轴必须满足以下几点要求： 有足够的强度承受作用主轴上的载荷； 轴的弯曲变形不应使轴与轴承产生边缘接触，同时，轴的弯曲和扭转刚度应保证机械精度和综合力学性能。 轴的工作转速必须避开临介转速的20%范围，保证平稳回转。 根据轴的使用条件选取经济的材料及恰当的热处理方式，结构形式和加工方法。长轴左传动进要承受较大的载荷，故取优质的碳素钢45钢作为材料，最后进行调质处理，长轴由底座上的加强筋两边对称支承，轴的两端与两个齿轮进行联接，为了传递动力，必须用键进行定位，该处选择楔键，中间与蜗轮进行联接，由普通平键进行定位，这了加工简便，该轴应该是多级

21、阶梯有状。估算轴颈d （实心轴）电动机额定功率为13kw，额外负担定转速为890r/min，减速器传动比为1：93，所以轴承转速为10.5r/min。故代入公式：d365/r1/3(p/n)1/3 r许用应力，45钢，值取 为50。 p 电机功率。 n 轴的转速 。所以： d365/501/3(13/890 93)1/3=106.4mm 取d=110 轴的转矩：t=9.55106p/n=9.5510613/10.5=1.04103(nm)其示意图如图三所示：15215248609248092159 图三:长轴示意图7.曲柄轮的设计曲柄轮也是主要受力零件之一，特别是轴颈尺寸的选择对传动装置的工作

22、有重大意义。因为轴颈上的负荷与颈径无关，对特点机器，负荷是一定值，则轴承内摩擦变为定值。但轴承内的摩擦力矩是与颈径成正比的，故颈径小，传动装置的功率小，颈径大，功率在。设计时，在保证半轴和锁轴安全工作的条件下，应昼减小颈径尺寸。曲柄轮采用铸钢件，由柄轮销轴与半轴可用中碳钢锻件,对于重负荷的机器可用合金钢。由于锁模进，传动装置的绝大部分功率都消耗在半轴、锁轴与轴承间的摩擦上，因此必须提高它的硬度，如通过热处理等，以减少其摩擦系数，降低功率消耗。如图（四）所示为曲柄轮受力（包括反支力）弯矩图。最大弯矩在-断面 mmax=rcl2 kg/cm这断面还有摩擦扭矩： mm=1/2(racl3rbcl2)

23、f kg/cm其中：ra 、rb 、rc分别为支承点a、b、c支反力，单位为kg；l2支承点b、c间中心距，单位为cm；d2、d3分别为支承点a、b轴径，单位为cm;f摩擦系数。 断面-处弯曲应力为：max= mnmax/(d3/32)kg/cm2扭应力n=mn/(d3/16) kg/cm2危险断面-处的总应力为：=(2wmax6n2)-2 =16/(/d32)(4mwmaxmn2)-2 kg/cm2图四:弯矩图 其强度条件：此外，断面也应酬进行验算，可作为悬臂梁考虑，其总应力也是合成应力。断面也产生较大弯矩，设计时应考虑对这一部分的轮幅进行加强。表一：各齿轮参数如下序号齿数模数材料数量110

24、918qalio-4-4 ht20-401(组合件)2181840cr237212zg3524201240cr251818zg452微机控制系统设计定型硫化机的自动化水平是较高的，一般对内温、内压及蒸汽室内（或蒸汽夹套）等的温度均能测量、记录与控制。整个硫化周期亦有采用程序控制的（包括后充气作业），此外还设有定型控制装置，模型清洁与涂隔离剂装置，胶囊预热装置，胶囊泄漏检查器，胶囊使用次数记录器，安全杆与压力开关（蒸汽室有内压时不能打开）等，故定型硫化机基本上可不用手操作，只需要在硫化机前的存胎器的胎座能保证供应生胎，整个周期即可自动连续进行。 按定型硫化机的控制方法可分为单机自控和群控形式两种

25、。 目前，单机自控在国内处使用较为普遍，它们的控制通常由主令控制（包旋凸轮和微机开关组成），时间继电器、时序控制器、行程开关、压力开关及继电器、电磁阀元件组成，由这些元件来实现，硫化过程中各工序的自动控制。一、 基本原理橡胶制品的硫化过程，就是将其放在一定温度一定压力的硫化模腔内,保持一定的时间,进行一种高分子反应,橡胶硫化性能的好坏取决于其所达到的硫化程度。过硫会使产产品发脆，欠硫化使产品发软，表面出现“白霜”。因此，在橡胶制品生产过程中，硫化工艺是必不可少的重要一环，也是对产品质重大影响的关键一步。为了使橡胶达到性能的最佳的硫化程度，传统的做法是，通过控制硫化时间来完成整个硫化过程，这一种

26、方法称为定时硫化工艺，它是以模腔内温度和压力恒定作为前提条件的。但是为了降低成本，橡胶厂一般采用饱和蒸汽作为热介质的，由于生产组织和环境的复杂性，以及某些机械和电气设备的故障，使得模范作用热锅炉的蒸汽压力经常产生或大或小的波动，从而这种供热系统不能使硫化模腔内的温度保持不变。对于大厂来讲，锅炉大，热惯性大，加上采用开环或闭环温度稳定系统来调节饱和热蒸汽压力，尚可减小温度波动的幅度，而对于小厂来讲，这个问题就显得更加突出了。同时，就是时间控制，也因这样那样的原因而不能得到准确保证。因此，定时硫化工艺不能实现最佳硫化。根据橡胶硫化理论，硫化效应是衡量胶料硫人程度深浅的一个尺度。因此，只要使橡胶制品

27、获得最佳硫化效应，就可使其达到最佳硫化程度。基于这种等效硫化概念来控制橡胶制品硫化过程的方法，称为等效硫化工艺。在硫化湿度恒定的情况下，硫化效应： e=it=k(t-t0)/10t式中i硫化强度 k硫化湿度系数 t从橡胶制品特定部位实测得的硫化温度 t硫化所经历的时间t0规定硫化所采用的标准温度 在一定范围内，忽略k、随t的非线性变化，因而有范德霍夫方程 e1=e2k k(t-t0)/10选t2=t0，因而e2=t，因此等效硫化工艺可根据温度的变化，随时间调整硫化时间，确保最佳硫化效应的实现。二、 设计思想 定型硫化机主传动系统的控制，主要是控制主电机的工作过程，当机械手把生胎存放好后，主电机

28、旋转带动横梁合模，定时器t1延时15秒，合模后进行硫化，定时器t0延时76分钟，得到最佳硫化轮胎，主电机又开始工作，带动横梁开模，定时器t2也延时15秒，然后这样重复下去，硫化第二个轮胎，为了安全起见，在横梁的极限位置装上限位器。三、 硬件的设计为保证主电机的正反转，主电路中接入两个接触器km1和km2，在控制电路中也有两个辅助触点km1和km2。在控制电路中，可用电气控制，也可用单片机来进行控制，但单片机本就有蕊片集成度过高，结构设计紧凑小而全的特点，mcs51单片机在简单的场合下应用，几乎不需要增加其他的硬件资源，就可构成一个最小应用系统，使用非常方便。不过对于复杂的应用场合，最小应用系统

29、往往不能满期足要求，必须在片外扩展相应的资源，单片机的系统扩展包括程序内存储器rom/ram的扩展，数据存储器（ram）扩展，i/o扩展，定时/计数扩展，中断系统扩展，以及其他特殊功能的扩展。橡胶硫化机单片微型电脑控制器的模拟输入量为温度和内压信号，需a/d转换，从精度考虑，8位就够了，其它输入信为：起动信号，上限位置信号，和下限位置信号。起动信号由机械手放外胎，离开模子后按动电钮开关给出，单片机只有接收到起动信号才能开始硫化，并自动达到最佳硫化程度，自动开模结束硫化过程。上、下限位置相应于开、合模的极限位置信号，显然，起模位置生如不关断电动机，将使电动机处于卡死状而烧毁。输出信号包括工位时间值的显示以及电动机和电磁阀的控制，电动机的正、反转和停止相应于合模、开模、停机。由电磁阀的吸合、释放相应于内压的加减。 根据整个系统对i/o口的要求，控制器的硬件原理如图如示。四、 调试方法 本控制器