全自动气瓶缠绕成型生产线设计

摘要

近年来，伴随全球液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG）使用量持续增长，气瓶市场需求量也不断增加。与普通复合材料气瓶相比，干纤维缠绕气瓶具有轻巧便捷、抗疲劳性能强、价格低廉、生产周期短等诸多特点。目前气瓶主要采用单工位缠绕设备进行制品生产，这种方式不仅成型效率低，人工强度高，而且制品质量不易保证，本文设计一套低成本、高质量、快换产的高柔性化生产线代替传统的单工位缠绕设备。
　　本文首先分析干纤维缠绕的难点，根据干纤维缠绕特殊要求，设计气瓶全自动成型工艺流程，并对缠绕生产线工艺模块进行划分;设计生产线模块化方案，同时制定详细的生产作业流程;根据网格理论对气瓶内胆结构进行设计，根据应力平衡方程对机器人缠绕铺层方案进行设计;根据成型工艺要求，设计出整体生产线的机械结构功能、布局以及流程，详细设计生产环节的每个工位和工序。
　　本文设计了生产线控制系统方案，并对硬件电路选型以及搭建系统硬件结构图，采用一套基于倍福CX2020和工业PC上下位机的全自动气瓶缠绕成型生产线。通过TwinCAT3.0软件实现整条生产线的顺序与运动控制，使用VS2010软件平台对机器人缠绕工作站上位机进行设计，并基于倍福的可编程HMI组态软件，对生产线在线实时监测控制系统进行开发，完成工业PC与CX2020的通讯，完成整套生产线的数据、设备以及人员的管理。
　　缠绕实验表明，倍福控制器结合工控机的控制系统柔性自动化能力强，软件能满足缠绕工艺过程控制要求，气瓶缠绕线型稳定且整齐，整个生产线实现了气瓶在成型工艺过程的自动化控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究目的与意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复材气瓶及干纤维缠绕技术研究现状

1．2．2 缠绕设备的研究现状与发展趋势

1．3 本文主要研究内容

第2章 成型工艺总体方案分析与设计

2．1 成型工艺分析与设计

2．2 生产线模块化设计

2．3 缠绕成型总体方案设计

2．3．1 干纤维缠绕气瓶结构设计

2．3．2 气瓶封头处缠绕铺层设计

2．3．3 气瓶简身处缠绕铺层设计

2．4 生产线机械结构设计

2．4．1 机构布局及流程设计

2．4．2 成型装置功能设计

2．5 本章小结

第3章 生产线控制系统硬件设计

3．1 硬件总体方案设计

3．1．1 硬件结构与功能方案设计

3．1．2 主要器件选型

3．2 机器人缠绕工作站系统设计

3．2．1 工作站任务分配及工作过程

3．2．2 工作站总体方案设计

3．2．3 工作站硬件方案设计

3．3 控制系统电气设计

3．4 本章小结

第4章 生产线控制系统软件设计

4．1 整体软件设计

4．1．1 软件方案设计

4．1．2 运动控制程序设计

4．1．3 顺序控制程序软件设计

4．2 机器人工作站软件设计

4．2．1 上位机软件模块设计

4．2．2 上位机软件设计

4．2．3 机器人下位机软件设计

4．2．4 监测界面设计

4．3 本章小结

第5章 缠绕工艺实验

5．1 缠绕过程及工艺参数

5．2 缠绕线型分析

5．3 纤维缠绕层试验

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢