橡塑工业循环温控技术机电一体化的设计与研究

摘要

在现代橡胶工业中，温度控制一直以来都是橡胶加工工艺的重要环节。今年来，现代橡胶工业随着经济的发展不断发展，橡胶制品的需求量越来越大，竞争也越演愈烈。因此，谁拥有了先进的橡胶加工工艺，就抢占了市场的主动权，更能够获得市场的认可。因此，控制着橡胶加工过程中重要的工艺参数之一的温控装置的设计与研究被日益提上研究者日程。
　　橡塑工业循环温控技术的引入取代了蒸汽加热过程中由于煤的使用产生的废气排放，对环境保护有一定的作用。同时，与直接加热的温控装置相比，其加热温度低，因此节约了大量的能源，因此本课题的研究具有很强的市场及现实意义。
　　自上世纪末，循环温控技术产生以来，大量工作人员对温控装置进行了研发与应用，但是一直未形成一个比较全面的设计理论。本文通过搜集大量文献资料、设计图纸，亲历现场的设计、制作、安装、调试，同时对控制系统进行了实践和研究，初步形成了机电一体化的设计思路，并最终形成了一个比较全面的设计方法。
　　首先，本文提出了一些重要部件的设计的计算，为下文的设计过程提供了大量的理论支持。通过加热器的选取，确定了油箱的尺寸；通过流量泵的计算，确定泵的排量和功率，选取了恰当的流量泵，同时也确定了管路的连接方式，同时也为接下来的设计提供了方向。
　　其次，通过机械设计尽量采用标准化、型材化的设计思路，结合AutodeskInventor强大的标准件库对温控装置进行了设计。同时考虑到本装置大量采用非标准常用件的原因，笔者用Visual Basic计算机语言编程设计了非标准常用件数据库以方便设计人员进行查阅和调用。本次设计结合了模块化的设计思路，使得温控设计从原来零件选型、零件建模、零件组装变成了简单的零部件的装配过程，大大提高了设计人员的工作效率和设计质量。
　　再次，本文对温控装置核心的控制部分分及原理做了一定程度的介绍。包括电器件的原理、选型、介绍，主要电路的设计、控制核心PLC程序的编译以及人机界面等简单的工业组态设计。提出了机械和电器结合的重要性，在机械和电器结合的方面，做了大量的工作。
　　最后，基于有限元的理论对水罐及主油箱进行了流场和温度场的分析，对缸体中热介质的温度分布、流速分布提供了大量的参考数据，同时为上文的各个结构的设计以及传感器测点的选取都起到了一定的验证作用。同时，通过3Dmax软件，对热水循环温控装置进行了三维动态模拟，大大提升了用户对温控装置工作过程的直观认识。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1 绪论

1.1 课题的来源及迫切性

1.2 课题设计的研究意义与应用前景

1.3 本文设计研究的主要内容

1.3.1 本文的章节安排

1.3.2 本文创新点

2 橡胶加工工艺中的温度控制

2.1 橡胶加工工艺中的温度条件

2.2 橡胶工业中的温度控制装置

2.2.1 温控装置的加热方式

2.2.2 温控装置的封装方式

3 橡胶机械温度控制系统中的数学模型的建立

3.1 温控装置循环泵的计算

3.1.1 循环泵的流量计算

3.1.2 循环泵的功率计算

3.2 温控装置加热器的计算

3.3 换热器的传热计算

3.3.1 计算热负荷及出水口出油口温度

3.3.2 计算平均温度差及传热面积

4 橡胶工业温控装置的结构设计

4.1 温度装置中缸体的设计

4.1.1 热水循环温控装置水灌的设计

4.1.2 热油循环温控装置油箱的设计

4.2 温度装置中的管路设计

4.3 温度装置机架和控制柜的设计

4.4 温度装置的模块化设计

4.4.1 零件数据库的设计

4.4.2 计算机程序设计

4.4.3 整个系统机械部分的装配

5 热介质循环温度控制系统机电一体化设计

5.1 电路元件的选取

5.1.1 传感器与A/D转换元件

5.1.2 执行器与执行驱动器

5.2 PLC外围电路的设计

5.2.1 独立式热水循环温控装置

5.2.2 工控系统中的温控装置

5.3 PLC程序的设计

5.3.1 独立式热水循环温控装置

5.3.2 工控系统中的温控装置

5.4 模温机电路安装

6 温度控制系统的温度场分析与三位动态模拟

6.1 温控装置内的温度流场分析

6.1.1 有限元理论与Fluent软件

6.1.2 热水循环温控装置水箱的温度场流场分析

6.1.3 热油循环温控装置主油箱的温度场流场分析

6.2 温控装置工作过程中的三维动态模拟

6.2.1 热水循环温控装置工作过程

6.2.2 热水循环温控装置动态模拟

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果