铺丝机的结构设计Word下载.docx

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摘要

铺丝是腈纶烘干的前一道工序，铺丝的质量直接影响到烘干的效率。

目前国内几个腈纶生产厂家所使用的铺丝装置，普遍存在送丝的运动速度难以控制，和铺丝方式落后等问题。

为改进铺丝的质量，本次设计完成一套性能得到改进的铺丝设备。

首先，对铺丝所要完成的功能进行了分析。

根据机电一体化装置设计的基本思想，把铺丝机划分为机械执行部分和控制部分，本次设计主要设计机械执行部分。

机械执行部分包括机械执行机构和驱动电机的控制。

铺丝机在工作过程中，为了达到理想的铺丝效果，需要对几个运动参数进行控制，包括滚轮驱动电机的转速，平台工作台电机的转速、行程等。

这些运动参数需要根据前一级工序生产速度的不断变化进行调整，以达到最佳的铺丝效果。

本次设计的腈纶铺丝装置是典型的机电一体化系统，具有高智能化、高可靠性、易控制等优点。

关键词　铺丝机;

腈纶;

纺织机械;

机电一体化;

铺丝

Abstract

Fiber-spreadingistheworkingprocedurebeforefiber-drying，thequalityofwhichinfluencestheresultoffiber-dryingdirectly.Atpresent，speedproblemsoffiber-delivering，existinmostofthefiber-spreadingequipmentsusedinallthefiber-producingfactories，weusedprogrammableLogicControllertodesignanewequipmentoffiber-spreading，byintegratingmechanismandthecontrollingsystem.

First，ananalysiswasmadetothefunctionthatwastobedonebythefiber-spreadingdevice.AccordingtothebasicthoughtoftheMechatronic，afiber-spreadingdeviceisdividedintotwoparts:

machine-executingandmachine-controlling.Theformerincludesmachine-executinganddrivingmachinery.Themovingparametersneedtoadjustaccordingtothechangesofproducingspeedoftheworkingprocedurebeforeit，inordertogetthebestresult.

Thefiber-spreadingdevicedesignedinthisarticleisatypicalMechatronicsystem.Ithaslotsofadvantagessuchashighofintelligenceandability，highofreliability，easytobecontrolledandsoon.

Keywords:

fiber-spreadingdevicefiberspinningweavingmachineryMechatronicfiber-spreading

第1章绪论

1.1课题背景

腈纶丝，学名聚丙烯纤维。

聚丙烯腈纤维（PAN）纤维是指由聚丙烯腈或丙烯晴含量占85%以上，和其它第二、第三单体的共聚物纺织而成的纤维。

各国的聚丙烯腈纤维产品名称各不相同。

在我国的商品名为腈纶。

腈纶丝具有高强度、耐热的特性和优良的纺织性能，主要应用于纺织业。

中国是目前世界上最大的腈纶消费市场，并且预计在今后几年内，国内市场需求量仍将以较高的速度持续增长。

腈纶丝的生产是经过化学合成、喷丝、剔丝、洗涤、烘干、成型等前几道工序处理，成为扁平带的化学纤维束。

其中烘干的前一道工序是把腈纶丝均匀的平铺在传送带上，送进烘干箱。

而烘干的效果主要取决于铺丝的效果，本装置的研究设计正是基于此生产目的而进行的。

本次设计的腈纶铺丝装置是典型的机电一体化系统，具有高智能化、高可靠性、易控制等优点：

（1）高性能；

（2）低成本；

（3）智能化；

（4）高效率；

（5）高可靠性；

（6）体积小。

运用机电一体技术已经是在工业制造中获得更价廉，更优质产品的重要手段。

机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是机械技术、微电子技术相融合的产物。

他打破了传统的机械工程、电子工程、资讯工程、控制工程等旧模块的划分，形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。

作为多种技术交叉合成的一门新兴的边缘学科，机电一体化技术正在迅速成为现代加工和产品的一个重要元素，并且逐步成为现代制造加工领域获得竞争优势的一种关键性技术。

最近几年，机电一体化技术和智能系统的应用在呈指数增长的同时也有进一步结合的趋势。

机电一体化与模糊控制、人工神经网络等职能系统的相关发展，为从照相机、洗衣机、轿车、轮船等产品的开发研制到工业过程的控制都提供了创新发展的巨大推动力。

1.2铺丝机国内外的发展情况

纵观国内外的铺丝的设计发展，从运动实现的方式看，铺丝的发展经历了从手工到自动的几个阶段。

1．手工铺丝完全依赖于人工的操作，由于生产效率低，工作环境恶劣等原因，现已经淘汰不用。

2．半自动铺丝这种方法使用了电力拖拉机械完成一部分工作，但需要人对铺丝的情况分析、判断，并做出相应的动作，从而限制了铺丝效率和质量的进一步的提高。

由于设备投资低，目前仍在广泛使用。

3．全自动铺丝全自动铺丝不仅在所有运动上实现了机械化，而且具备相应的检测能力。

应变能力和人工智能。

具备了这些条件的铺丝系统将不需要和需要少量的系统监督人员，除可初期投资较大以外，在效率、质量、工作环境等方面是过去的方式所不能比拟的。

这种铺丝方式是铺丝设计发展的主方向，也是铺丝机生产厂家和化工厂的主要生产和应用类型。

目前，国内主要的大型腈纶铺丝机生产厂家有五、六家，根据查阅文献来看，发现了以下几种由于腈纶铺丝目的的设备。

（1）意大利STP公司生产的SMS型纺粘法纺织造布生产设备类型的铺丝机，铺丝机构采用了摆臂式铺丝方式，结构比较简单，而且整体单元可以电动升降，但在实际生产中铺丝效果不理想。

（2）国内也有生产此类铺丝设备：

如邵阳纺织机械厂生产的HT505型铺丝机是引进美国杜邦（DU-PONT）与康泰丝（CHEMTEX）公司的制造技术与图纸而进行制造的，但是多数设备仍存在堆丝，运动速度不匹配的问题。

总体来说，铺丝设备与腈纶生产线其他工序设备一样，目前均已采用胶轮变频电机传动、变频调频、计算机和可编程控制器（PLC）控制为发展方向。

多数国产设备与国际水平仍有较大差别，等待加快新技术的应用，以提高国产设备的机电一体化。

1.3本课题的内容及意义

铺丝是腈纶纺丝生产中非常关键的一道工序，其工艺质量直接影响到以后的烘干质量与效率。

目前大量使用中的国外各种型号的铺丝设备缺点都很明显，普遍存在铺丝不均匀的现象。

由于铺丝工艺不过关，造成下道工序烘干的质量，影响到整个腈纶丝生产的质量，使生产的腈纶丝发黄，质量达不到要求。

本课题用于大庆石化总厂，腈纶分厂生产线的改造，用以替代已老化的，对产品质量有一定影响的纺丝铺丝装置。

此课题的实现，能够有效的提高腈纶的生产质量，并使腈纶丝的自动化生产顺利完成。

1.4本次设计的主要工作

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第2章方案的选择与论证

2.1铺丝机的技术要求

所设计的F15纺纱铺丝机是代替以老化的。

对产品质量有严重影响的日本的同类产品，在具备原产品的功能外，要求新装置能达到更好的铺丝效果，达到更高大可靠性。

要求：

（1）铺丝机的铺丝速度为4m/s；

（2）铺丝范围为2m。

2.2原理设计与方案的选择

2.2.1原理设计

根据要求和工作原理，进行设计。

铺丝机所要完成的运动由横向拉丝运动和纵向上的铺丝运动组成，对此进行了如下的设计构想。

1．横向：

采用两个滚筒在电机的带动下旋转。

啮合（如图2.1）而带动丝束，实现丝束的横向拉丝移动。

2．纵向：

第一方案：

采用工作台在导轨上的往复运动（如图2.2），从而实现丝束的纵向铺丝运动。

第二方案：

采用一个摆臂式机构的往复运动（如图2.3），从而实现丝束的纵向铺丝运动。

横向和纵向运动的叠加，还有传送带的移动，从而可以达到铺丝的运动要求。

图2.1啮合运动示意图

图2.2工作台往复运动

图2.3摆臂式铺丝机

2.2.2方案选择

1．运动方案的选择

现在铺丝机的拉丝功能的实现选择采用滚筒啮合拉丝，而横向的移动有两种方案可以选择。

下面以这两种方案的优缺点进行了分析。

方案一往复移动式

优缺点：

往复式铺丝是往复直线运动，传动平稳性有了较大改善。

铺丝比较均匀，横向移动速度可以比较方便的实行控制，设备的可靠性比较高。

但是实行起来机构比较复杂，占地比较大。

方案二往复摆臂式

机构比较简单，实现比较容易。

摆臂式铺丝机在产量较低时，该机具有结构简单、易于操作的特点，且到两边时的冲击也能有效控制，但在高产量下，其摆臂长度Ｌ和摆幅角度α均受限制，而且随着Ｌ和α的增大，到两边时的机械惯性增大许多，冲击在所难免，没有有效的办法解决。

其工作台的运动轨迹为圆弧，影响到铺丝的效果。

现在已经有厂家生产出采用方案二设计的铺丝机，但实际工作效果并不理想。

这种铺丝机所铺的丝烘干后颜色发黄，影响了腈纶丝的生产质量。

铺丝效果比较。

图2.4和图2.5分别是摆臂式铺丝机和往复式铺丝机铺丝效果示意图，摆臂式铺丝由于在两端的速度惯性无法避免，势必造成两边铺丝较厚，形成不均匀铺丝，往复是铺丝机则无此缺陷为了保证铺丝的质量，提高系统的稳定性，本次设计准备用第一种方案作为铺丝横向运动的实现方式。

。

往复式铺丝机的铺丝运动主要由以下几个运动合成：

（1）往复直线运动完成横向铺丝，采用简谐运动规律；

（2）喂丝部分的匀速直线运动，其运动速度大小决定丝层的密度；

（3）烘燥机链板的匀速直线运动，该运动保证了丝层的动态连续性，形成良好的丝层，具有铺丝均匀，连续性好，无镂空、规程现象等特点。

2．控制组件的选择

本次设计中的驱动部件由交流伺服电机和交流变频电机两种电机可