1、目 录一 设计任务书二 硫化机的用途与分类三硫化机的结构及参数四机械手五微机控制系统的设计六设计总结七参考文献全套图纸，加 153893706设计任务书一、设计内容(1) 硫化机机械手运动机构设计(2) 微机控制系统的设计(3) 控制程序设计二、应完成的内容：（1）硫化机主机图 （图幅不小于 A1）（2）硫化机机械手部装图 （图幅不小于 A1）（3）机械手控制程序清单 （4）机械手控制程序磁盘文件（5）机械手控制电路（总图幅不小于 A1）（6）机械手程序框图 （总图幅不小于 A2）（7） 硫化机中非标零件图（总图幅不小于 A3）（8） 设计说明书硫化机的用途与分类轮胎定型硫化机主要用于空心轮胎
2、（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-B525/4220 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
3、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（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。硫化机的结构及参数一、系统结构本机属 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
4、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。系统主要参数和功能序 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 258-637mm5 适用钢圈直径 1624 mm6 主电机 LG41-6 13 KW 890 r/min7 机械手爪张开（闭合）直径632（360） mm位置显示 微 机系 统放大 控制执行系统 硫化机机械手控制面板反馈电路控制输入 位置信号反馈8
5、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 036 MPa14 最大充气压力 14 MPa15 开（合）模理论时间 约 100s16 垂直开模距离 662 mm17 抓胎器最大升降行程 1622 mm18 外型尺寸（长 X 宽 X 高） 7010X 5522X 5953 mm19 总重 约 60 t20 动力空气压力 0.7 1.0,1.4mpa22 硫化内压 最大 28kg/cm*223 硫化外压 最大 7cm/mm*2四 、机械
6、手一机械手示意图:1.张开闭合汽缸2.升降架3.转动臂4.升降水缸5.卡盘6.方柱功 能：机械手的作用是将生胎从存胎器上提取送至下模上定位，并在定型过程中对胶囊进入胎内起导向作用；硫化后，将轮胎从卸胎装置上取出，放至放胎位置。二、机械手工作原理机械手由钩爪，连杆及托架板汽缸等组成，机械手由双向汽压驱动，当汽缸向下时,八瓣钩胎爪张开至最大，当汽压缸向上时，钩胎胚是不会脱落的，因为连杆在张开时接近一字行，足以平衡钩胎爪胚的作用力。这种机械手钩胎爪设成锥体对偏心 25125mm 和变形厉害的生胎同样能抓起来。机械手球鼻其主要是配合装胎时定型。根据轮胎规格调节定型弹簧，当胶囊受内压囊筒翻出进入胎胚时，
7、胶囊的凹处与球鼻的球面吻合接触，当胶囊内压继续增加，球鼻及定型盘受压上升，弹簧经定型板传给胶囊一个大小相等方向相反的作用力控制住胶囊的中心定位，当定型压力达到一定值时，定型杆上升，碰到行程开关，发出信号，胶囊内压降低定型完毕，机械手及球鼻返回。三、触胎杆1.导杆 2.导向板 3.触胎板触胎气是机械手的主要执行部件，其作用是感知胎的位置及大小。由于触胎杆的主要作用是感触，因此其特点主要是：力求结构紧凑，以减少惯性力。现取导杆 l1=382mm， 直径为 15mm，导向板 l2=172mm， 厚为 6mm， 触胎板 l3=154mm 厚取 6mm四手指设计硫化机机械手的手部是用来抓持工件的部件，将
8、直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。4.1 设计时要注意的问题：(1) 结构尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计(2) 手指应有一定的开闭范围。它的大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。(3) 手指应有足够的夹紧力，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷(4) 应能保证工件在手指内准确定位。4.2 零件的计算V=(R 2-r2)h=3.14(402-302)*150=329931(mm3)m=vG=mg=vg=7800*329931/10 9=25.7164(N)其中 g 取 10N/kg取 G=26（N）4
9、.3 紧力的计算：2.3.1 Gf4f 为手指与工件的静摩擦系数，工件材料为 40 号钢，手指为钢材，查表 2-5 f=0.15所以 4015.264fGN取 N=43（N）驱动力的计算 14NtgP为斜面倾角， ， 为传动机构的效率，这里为o15平摩擦传动，查表 这里取 0.8592.085所以)(23.548.0134NtgP取 p=55(N) 五大小臂的设计1）小臂的设计臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支撑手部和腕部，主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。1 设计时注意的问题(1) 刚度要好，要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，空心杆比实心杆刚度大的多
10、，常用钢管做臂部和导向杆，用工字钢和槽钢左支撑板，以保证有足够的刚度。(2) 偏重力矩要小，偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。(3) 重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。(4) 导向性要好。2. 小臂结构的设计把小臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。选 10 号工字钢。理论重 ,mdhcmWy 5,120,7.9,1.26kg/3小臂长为 800mm。较核： （N）59.7108.26.1大mgG取 100N其受力如下图:F=100+105=205（N） ).(12
11、43.06.1052大1 mNLGFMMPaPaWy 76.)0(72.953hbQ其中 h 为工字钢的高度，b 为工字钢的腰宽，Q 为所受的力。所以 MPaa6034.0150123 所以选 10 号工字钢合适。3. 轴的设计计算大轴的直径取 25mm，材料为 45 号钢。受力如下图:验算：F=205N )(1240021 NlMF MPaar 608.3)(4.322 所以合适2) 大臂的设计1. 结构的设计把大臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。选 14 号工字钢。理论重 ,mdhcmWy 6,15,.6,16.890kg/3小臂长为
12、 950mm。较核： （N）45.1809.8.16大mgG取 160N其受力如图:F=100+105+160=365（N） ).(753942.016)95.280(1)95.08(1 2大21大21 mNLGLLFM MPaPaWy .4)(.67332hbQ其中 h 为工字钢的高度，b 为工字钢的腰宽，Q 为所受的力。所以 MPaa6038.0160135 所以选 10 号工字钢合适。验算：F=320N)(201145.821 NlMF MPaar 6037.6)(.3232 所以合适2.轴承的选择大轴轴承的选择：因为上轴承只受径向，下轴承受轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承，按机械零
13、件手册表 9-61（GB 297-84）选 7304E，d=20mm e=0.3kN2.17c 3.5c0轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动，所以其失效形式是，接触应力过大，产生永久性的过大的凹坑（即材料发生了不允许的永久变形） ，按轴承静载能力选择的公式为：0PSC其中 为当量静载荷， 为轴承静强度安全系数，取决于轴0S承的使用条件。此处 1.5.5.10S上轴承受纯径向载荷, )(2010NFP所以 .7)(5.3.120KCPS因此轴承合适.下轴承受径向和轴向载荷, AYRXP00R 为径向载荷A 为轴向载荷X Y 分别为径向轴向载荷系数，其值按机械设计表135 查取因为 3.0159.
14、203eRA所以 10XYNRAYXP21所以 )(.7)(5.31.0KCS因此轴承合适小轴承受力很小，所以不用教核3.轴承摩擦力矩的计算如果 （C 为基本额定动载荷，P 为所受当量动载荷） ，可按10公式:估算FdT5.0其中: 为滚动轴承摩擦因数，F 为轴承载荷，d 为轴承内径。查表得 ，01.，所以也可以用此公式估算1059.420PC所以 ).(021211 MNFdT查表得 ，3.，所以也可以用此公式估算1084270PC所以 ).(0416.2.3.5. NFdT70462101 M（总 取 0.1五 微机控制系统的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（
15、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。目前，单机自控在国内外使用较为普遍，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
16、、 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
17、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-T 0)/10t式中 I硫化强度 K硫化湿度
18、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
19、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，但单片机本来龙去脉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/
20、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/
21、O 口的要求，控制器的硬件原理如图如示。（见图纸）四、 调试方法本控制器在安装调试中，主要是控制电动机的工作时间及正、反转，编程不是很复杂，在普通的单片机中调试就可以了。、设计总结这次设计是我们大学三年最后一次设计，是对我们三年来所学的专业知识的一次全面检查.让我们对三年来所学的知识进行了一次很好的巩固.并使我们对所学知识的综合运用能力大大提高,为今后解决工作中的实际问题打下了一个很好的基础.通过这次设计，使我们明白了设计一般控制系统的方法，特别是应用了单片机进行控制，并由自己编写程序并且调试，使我们初步掌握了软件设计的方法,也增强了对单片机系统硬件设计的了解，还增强了在计算、绘图及检索参考文献等方面的能力。但是，这是我第一次进行系统的设计，涉及知识较多且广，加之时间苍促，经验方面不足，难免存在不对或不妥问题，恳请各位指导老师批评指正，同时感谢各位老师在这段时间对我进行设计的帮助，本人不胜感激！、参考文献1 定型硫化机使用手说明书 桂林橡胶机械厂2 橡胶机械设计 化学工业出版社3 现代机械传动手册 机械工业出版社4 单片微型计算机原理及应用清华大学出版社5 单片微型计算机技术 机械工业出版社6 机电一休化手册 机械工业出版社7 轻工机械设计手册 科学技术出版社8、 组合机床与自动化加工技术 组合机床与自动化加工技术杂志社
