橡胶行业粉料自动称量系统设计及实验研究

论文摘要

将不同的粉料按照一定量进行配比混合是很多行业中所共有的生产环节,也是各个行业生产的源头工序,配料质量的好坏直接影响下游工序的进行及产品质量。橡胶行业在橡胶的混炼工序中需要各种化学药品做辅料(俗称小粉料),这些辅料主要有促进剂、氧化锌、轻质氧化镁、防老剂、碳酸钙、树脂、防焦剂等几十种粉料。按设定的配方准确对小粉料称量配料是保证产品质量的关键环节,这些粉料的配比精度常常以克(g)为单位进行称量配料。随着工业自动化的不断发展,全自动粉料称量系统取代人工称量配料已经成为时代的需要。鉴于此,本文对粉体的自动称量机理进行了研究和探讨,并根据轮胎行业的需求设计了一套圆环式全自动称量系统并对之进行了实验验证。首先,本文对所设计系统的处理对象粉体进行了论述,并对粉体的性质如颗粒形状、尺寸、团聚性等对粉体流动性影响进行了理论研究,从而指导方案制定及系统各个组成单元的设计。针对当前橡胶行业的粉料自动称量系统现状,确定了新型圆环式粉料自动称量系统的设计方案,包括各工位的称量方案、系统的除尘方案、粉料筐输送线方案及系统的控制方案,力图解决当前称量系统中所存在的贮仓结拱、环境粉尘飞扬、称量精度和效率都不高等缺点。对贮仓内粉料的流动机理进行了研究,并根据粉料的流动机理,确定了所设计贮仓的粉料流型、开口孔径、仓壁倾斜角等重要参数,并设计了多种破拱方式,不同的粉料选择相适应的破拱方式。系统采用了一套单工位单除尘的除尘系统,避免了粉料除尘后混合在一起,无法回收再利用的情况。对全套系统以及解包室、贮仓、给料器、除尘器、称量装置、粉料输送线等部位进行了设计。在设计过程中对气动系统进行了节能优化设计,以求降低本系统的运行能耗。为了验证所设计系统的先进性、合理性和可靠性,系统在安装调试完毕后作为实验对象进行了运行实验,对系统的总体性能以及各工位的给料器给料性能和称量精度进行了实验验证。实验结果表明,系统的称量精度和生产效率均达到了预期的设计目的。最后,对本文的研究工作进行了总结陈述,对以后粉料自动称量系统的发展提出了一些见解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外称量配料设备的现状
• 1.3 课题的研究内容及目的
• 2 粉料性质及流动性概述
• 2.1 粉体颗粒性质
• 2.1.1 颗粒尺寸
• 2.1.2 颗粒的尺寸分布
• 2.1.3 平均颗粒尺寸
• 2.1.4 颗粒尺寸分布宽度
• 2.1.5 颗粒密度和多孔率
• 2.1.6 颗粒的形状
• 2.1.7 颗粒间的团聚性
• 2.2 粉体的物性
• 2.2.1 粉体的堆积物性
• 2.2.2 粉体的可压缩性
• 2.2.3 粉体的安息角
• 2.2.4 粉体的内摩擦角
• 2.2.5 壁面摩擦角与滑动角
• 2.3 粉体的流动性
• 2.3.1 粉体的屈服轨迹
• 2.3.2 粉体的开放屈服强度
• 2.3.3 粉体的流动函数FF
• 2.4 本章小结
• 3 粉料称量系统总体方案确定
• 3.1 橡胶行业对粉料称量系统的要求
• 3.2 粉料称量系统总体方案的确定
• 3.2.1 总体结构布置的确定
• 3.2.2 单工位称量方案的确定
• 3.2.3 控制方案的确定
• 3.3 本章小结
• 4 粉料称量系统机械部分设计
• 4.1 解包室设计
• 4.2 贮仓设计
• 4.2.1 贮仓内流型的确定
• 4.2.2 整体流型贮仓粉料的流动性研究
• 4.2.3 贮仓开口孔径的确定
• 4.2.4 贮仓破拱装置
• 4.2.5 仓壁倾斜角的确定
• 4.2.6 贮仓整体结构设计
• 4.3 给料器设计
• 4.3.1 电磁振动给料器
• 4.3.2 螺旋给料器
• 4.4 称量装置
• 4.5 除尘系统设计
• 4.5.1 脉冲袋式除尘器结构
• 4.5.2 脉冲袋式除尘器的清灰机理
• 4.5.3 除尘器的回收粉料处理
• 4.6 粉料输送线设计
• 4.7 机架设计
• 4.8 粉料称量系统的节能优化设计
• 4.8.1 气动系统的节能意义
• 4.8.2 气动系统的能耗
• 4.8.3 压缩空气的成本
• 4.8.4 粉料称量系统中气压传动节能优化路线
• 4.8.5 称量系统中气压传动系统的气动元件优化
• 4.9 本章小结
• 5 粉料称量系统的控制
• 5.1 三级计算机控制方案
• 5.1.1 设备控制级
• 5.1.2 系统控制级
• 5.1.3 管理级
• 5.2 AB controllogix 在系统中的应用
• 5.2.1 粉料称量工艺
• 5.2.2 控制系统总体结构配置
• 5.2.3 控制过程概述
• 5.2.4 本章小结
• 6 系统的实验研究
• 6.1 实验装置
• 6.2 实验对象
• 6.3 实验过程
• 6.4 实验数据
• 6.4.1 给料器给料性能实验数据
• 6.4.2 给料精度称量实验数据
• 6.5 数据分析
• 6.5.1 给料器给料器性能分析
• 6.5.2 给料精度分析
• 6.6 影响粉料称量的因素分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录