臥立式墻板擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)目錄摘要 4第1章緒論 61.1課題研究背景及意義 61.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.2.1國外研究現(xiàn)狀 71.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 81.3本課題的主要研究?jī)?nèi)容 101.4本章小結(jié) 10第2章臥立式墻板擠壓成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 122.1臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)樣機(jī)簡(jiǎn)介 122.2臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的核心部件 132.2.1鉸刀的設(shè)計(jì) 132.2.2機(jī)架的設(shè)計(jì) 142.2.3電機(jī)的選型 152.2.4傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 162.3螺旋鉸刀的載荷建模分析 182.3.1螺旋鉸刀的受力模型 182.3.2運(yùn)動(dòng)分析 202.3.2受力分析 212.4本章小結(jié) 24第3章基于51單片機(jī)的電控設(shè)計(jì) 263.1電控設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 263.2主電路設(shè)計(jì) 263.3供電電路設(shè)計(jì) 273.4PC817電路設(shè)計(jì) 283.551單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 283.6本章小結(jié) 31第4章總結(jié)及展望 334.1總結(jié) 334.2展望 33參考文獻(xiàn) 35摘要傳統(tǒng)的輕質(zhì)墻板生產(chǎn)主要采用的是模具成型法進(jìn)行加工制造，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)加工，然而輕質(zhì)墻板連續(xù)擠壓成型加工的自動(dòng)化流水線生產(chǎn)，是未來的輕質(zhì)墻板加工的主流發(fā)展方向，是大勢(shì)所趨。因此，本課題對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成了其重要部件的有限元分析。首先，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)對(duì)輕質(zhì)墻板的加工需求，完成了臥立式墻板擠壓成型機(jī)的三維模型繪制工作；再針對(duì)該設(shè)備的螺旋鉸刀進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，以確保該部件滿足設(shè)計(jì)要求；緊接著，為滿足自動(dòng)化程度高、可連續(xù)加工的設(shè)備要求，完成了該設(shè)備的控制電路設(shè)計(jì)；最后，為避免該設(shè)備中的螺旋鉸刀和振動(dòng)腔這兩大核心部件在服役年限內(nèi)發(fā)生失效，結(jié)合該設(shè)備的實(shí)際工作情況開展了靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，驗(yàn)證了本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。通過完成了以上所述的各項(xiàng)工作，設(shè)計(jì)出來符合當(dāng)今建筑行業(yè)對(duì)輕質(zhì)墻板加工需求的自動(dòng)化、可連續(xù)加工的高效生產(chǎn)設(shè)備，符合時(shí)代發(fā)展的大潮流。關(guān)鍵詞：輕質(zhì)墻板，擠壓成型機(jī)，螺旋鉸刀，電路設(shè)計(jì)，有限元第1章緒論1.1課題研究背景及意義現(xiàn)階段，我國依然處于持續(xù)高速發(fā)展住宅建設(shè)時(shí)期，這也是我國的一大重要經(jīng)濟(jì)來源。粘土磚在我國被用作主要的建筑材料已有了數(shù)千年的歷史，幾千年以來，因其具備良好的力學(xué)性能，取材難度低，制造工藝簡(jiǎn)單，在我國的建筑材料中常年占據(jù)主導(dǎo)地位。石膏建材制品，因其具備質(zhì)量輕，成型快、保溫性能好、防火性能好等優(yōu)點(diǎn)，在輕質(zhì)墻板建材中有著卓越的效果，是一種優(yōu)異的綠色輕質(zhì)墻板材料。發(fā)達(dá)國家已近在大規(guī)模的將石膏墻板作為墻材來使用。世界上的多數(shù)國家早在上個(gè)世紀(jì)就著手進(jìn)行了墻體材料的改革，為推進(jìn)墻體材料的環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)。我國的相關(guān)政策也在積極引導(dǎo)建筑行業(yè)用輕質(zhì)墻板代替實(shí)心磚頭轉(zhuǎn)變。根據(jù)我國國家建材局和國外相關(guān)組織發(fā)布的資料可知：美國市場(chǎng)采用的輕質(zhì)墻板材料占到了整個(gè)市場(chǎng)的40%，日本甚至達(dá)到了64%，而我國卻僅僅達(dá)到1%的市場(chǎng)份額，尚且處于起步階段。雖然我國的幅員遼闊，但由于我國的人口基數(shù)太大，導(dǎo)致人均可耕種土地面積相對(duì)較少，為了保護(hù)好子孫后代的糧食供應(yīng)，堅(jiān)決守好耕地紅線，但隨著社會(huì)科技的發(fā)展，中國延續(xù)了幾千年的一磚一瓦式的住宅建筑方式也逐漸向生產(chǎn)組裝式建造轉(zhuǎn)變，為了更好的服務(wù)這一變化，開發(fā)出一套節(jié)能、環(huán)保、效率高的臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)已是大勢(shì)所趨。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)是采用粉煤灰等工業(yè)廢料這種對(duì)環(huán)境損害小的新型墻體材料進(jìn)行輕質(zhì)墻板擠壓成型制造的自動(dòng)化成型設(shè)備，這種設(shè)備制造生產(chǎn)出來輕質(zhì)心墻板，主要應(yīng)用于隔斷墻，不僅具備重量輕，安裝方便這些簡(jiǎn)化施工方制造難度的優(yōu)點(diǎn)，還具備隔聲、隔熱效果好等優(yōu)化住戶居住體驗(yàn)的好處。輕質(zhì)墻板螺旋擠壓成型機(jī)在國內(nèi)外已近得到了廣泛的推廣使用，綜合國內(nèi)外的螺旋擠壓成型方式，大體可以將其分為主機(jī)固定式和主機(jī)移動(dòng)式這兩類。圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC5主機(jī)固定式輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC6主機(jī)移動(dòng)式輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線1.2.1國外研究現(xiàn)狀在美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用范圍已近十分廣泛了。國外普遍采用的是機(jī)械化程度高的立模成型裝置，通過一次澆筑作業(yè)就可以得到幾十塊輕質(zhì)墻板。成組立模澆注成型設(shè)備：圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC3立模成型機(jī)研究人員針對(duì)平模澆注成型設(shè)備存在的以上問題進(jìn)行了大量研究，在不同程度上起到了一定的改善，制造處理成組立模澆注成型設(shè)備，改進(jìn)后的設(shè)備優(yōu)點(diǎn)在于：一次澆注成型制造就可以生產(chǎn)出多塊墻板，設(shè)備的占地空間也就相應(yīng)減少了；存在的主要缺點(diǎn)在于：增強(qiáng)玻纖網(wǎng)的定位精度不高、一次成型制造的周期太長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低等方面。國外的輕質(zhì)墻板擠壓成型生產(chǎn)基本上已近實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，采用的成型工藝大多為固定式擠壓成型，即底模以及輕質(zhì)墻板在傳輸帶上輸送，結(jié)合機(jī)械臂進(jìn)行堆放，成品的整體質(zhì)量均勻，外觀質(zhì)量高。多螺桿螺旋擠壓成型機(jī)是采用螺旋擠壓設(shè)備將輕質(zhì)墻板物料輸送至成型腔，在振動(dòng)電機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)物料的擠壓成型效果，其優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、生產(chǎn)效率高。但由于現(xiàn)有的螺旋擠壓成型機(jī)還經(jīng)常發(fā)生各類故障，在國內(nèi)的使用率還不是太高。早在20世紀(jì)20年代，英國工程師R.H.Pearsal就開始了單螺桿泵中的流動(dòng)模型建立，并推導(dǎo)出了Rowell、Finayson兩大最早的螺桿基礎(chǔ)理論公式。1953年，瑞士的C.maillefer在它的博士論文中率先針對(duì)螺桿擠出機(jī)中的固體磨料輸送及其壓力的發(fā)展關(guān)系展開了研究。1956年，Darnell和Mol針對(duì)螺桿壓縮過程展開了理論分析，并將螺紋槽中的流動(dòng)物資假定為一種固體塞。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)的第一條輕質(zhì)墻板擠壓成型制造生產(chǎn)線在2007年才在天津投產(chǎn)，在天津的那條輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線還不能投入生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，國內(nèi)使用的輕質(zhì)墻板需要大量的從日本進(jìn)口，極大的提高了建筑制造成本，增大了國民的購房壓力。國內(nèi)采用的大多時(shí)候半機(jī)械半人工的平模和壓模成型設(shè)備，澆筑作業(yè)一次能制得得輕質(zhì)墻板只有幾塊。平模澆注成型設(shè)備圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC1平模模具圖圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC2平模成型機(jī)平面澆注成型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)備的前期資金投入較少，可利用纖維網(wǎng)格布來進(jìn)行增強(qiáng)處理，工作人員操作方便易上手；其缺點(diǎn)在于：機(jī)械化程度低、體積龐大、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)能低、產(chǎn)品質(zhì)量不可控等方面。拉模澆注成型設(shè)備圖1.SEQ圖_1.\*ARABIC4國內(nèi)的輕質(zhì)墻板拉模成型設(shè)備該設(shè)備的成型工作原理與預(yù)制板相同，在國內(nèi)主要運(yùn)用于中等規(guī)模的輕質(zhì)墻板生產(chǎn)工廠，其工作效率相比于立模成型要高一些，而且其設(shè)備的整體資金投入與立模設(shè)備相差不大，該設(shè)備的出現(xiàn)促進(jìn)了輕質(zhì)墻板生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械化程度提高。從我國于2005年7月1日實(shí)施至今的由北京森林新型材料有限公司起草編撰，北京建都設(shè)計(jì)研究院、中國建筑材料工業(yè)研究院和湖北省建筑材料工業(yè)研究設(shè)計(jì)院參加編撰的國家建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《墻板擠壓機(jī)技術(shù)條件》（JC/T969-2005）要點(diǎn)說明中可知，目前我國的墻板擠壓成型機(jī)市場(chǎng)中主要由技術(shù)水平低的早期設(shè)備組成，其墻板擠壓成型生產(chǎn)效率低下，對(duì)原材料的損耗量大，無法保證成品的制造質(zhì)量穩(wěn)定，安全性能沒有保障且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)成型制造。就國內(nèi)目前的情況來看，只有寥寥可數(shù)的幾家廠商能夠生產(chǎn)出較高水平的輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)。國內(nèi)的臥立式輕質(zhì)墻板螺旋擠壓成型涉筆存在的主要問題可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：1）成型設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障；2）螺旋擠壓部分磨損大，使用壽命短；3）輕質(zhì)墻板的成品緊密度不均勻；4）成品率低；5）單個(gè)設(shè)備的使用材料范圍小；6）設(shè)備的自動(dòng)化水平較低。1975年，北京化工大學(xué)開展了我國關(guān)于擠出理論研究的第一次項(xiàng)目研制工作，在開展了大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，依靠散粒體理論、彈塑性力學(xué)以及流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論，首創(chuàng)了非塞流的固體輸送理論，但由于其公式繁雜，且是一套隱式公式，傳播受到了較大限制。目前國內(nèi)外對(duì)臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的研究還比較少，對(duì)其成型機(jī)理的研究文獻(xiàn)則更少，很難找到專門針對(duì)臥立式輕質(zhì)墻板螺旋擠壓成型機(jī)設(shè)計(jì)的資料作為參考。因此，本課題借鑒了比較成熟的塑料擠出中關(guān)于螺旋擠出輸送部分的理論，為本課題中的臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)設(shè)備建模與分析作參考，將分析結(jié)果作為臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)螺旋鉸刀關(guān)鍵參數(shù)研究的支撐。由以上論述可知，無論是采用平模、拉?；蚴橇⒛３尚凸に?，他們都是依靠模具的澆筑成型，具備水資源浪費(fèi)量大、墻板邊角料多、無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)成型加工、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。相比于以上模具成型的固有缺點(diǎn)，螺旋擠壓成型因其可實(shí)現(xiàn)連續(xù)成型加工、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，是未來輕質(zhì)墻板成型設(shè)備的主流發(fā)展方向。但是、目前針對(duì)輕質(zhì)墻板的臥立式螺旋擠壓成型機(jī)進(jìn)行的設(shè)計(jì)研究還比較少，為了更好的為住宅這一重大的民生工程服務(wù)，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的大批量自動(dòng)化連續(xù)加工制造，對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)展開設(shè)計(jì)研究具備很強(qiáng)的工程意義。臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的設(shè)計(jì)研究涉及到材料、機(jī)械、電氣等組多學(xué)科的知識(shí)，需要一個(gè)龐大的知識(shí)體系來支撐，在本課題臥立式墻板擠壓成型機(jī)的設(shè)計(jì)研究中主要存在如下問題：（1）臥立式輕質(zhì)墻板物料在螺旋成型機(jī)構(gòu)中的成型機(jī)理還不明確，無法找到成熟的理論來支撐；（2）臥立式輕質(zhì)墻板的成型材料凝結(jié)時(shí)間較短，最快的只需要三分鐘，需要合理規(guī)劃設(shè)計(jì)物料到擠壓成型機(jī)構(gòu)中所需的工作流程。（3）解決螺旋成型機(jī)構(gòu)中螺旋鉸刀的磨損問題、有效延長(zhǎng)設(shè)備的服役壽命；（4）保證輕質(zhì)墻板的成型質(zhì)量；（5）實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化連續(xù)加工控制；1.3本課題的主要研究?jī)?nèi)容（1）設(shè)計(jì)出臥立式墻板擠壓成型機(jī)三維模型，并以此為基礎(chǔ)建立其螺旋鉸刀擠壓作業(yè)時(shí)的數(shù)學(xué)模型，并展開運(yùn)動(dòng)分析、受力分析；（2）基于臥立式墻板擠壓成型機(jī)三維模型，建立其關(guān)鍵部件的有限元分析模型，校驗(yàn)本次設(shè)計(jì)的設(shè)備是否達(dá)到使用要求；（3）完成自動(dòng)化控制電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)加工。1.4本章小結(jié)本章通過針對(duì)現(xiàn)有的輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)展開相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，獲取了現(xiàn)目前的相關(guān)設(shè)備研究情況，指出了輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)中的澆注成型工藝還存在哪些問題。介紹了建筑行業(yè)對(duì)輕質(zhì)墻板的需求情況，分析了國內(nèi)外輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為本課題的臥立式墻板擠壓成型機(jī)設(shè)計(jì)提供參考，最后簡(jiǎn)要梳理了螺旋擠壓輸送理論的發(fā)展情況，為螺旋鉸刀內(nèi)的受力、運(yùn)動(dòng)分析提供理論支持。

第2章臥立式墻板擠壓成型機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)樣機(jī)簡(jiǎn)介本課題通過對(duì)輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的擠壓成型機(jī)理以及實(shí)現(xiàn)擠壓成型的工藝方法進(jìn)行了深入研究，初步設(shè)計(jì)出了如下圖2.1所示的臥立式墻板擠壓成型機(jī)，此設(shè)備主要由驅(qū)動(dòng)部分、擠壓成型部分、料倉部分、以及相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)構(gòu)成。圖2.SEQ圖_2.\*ARABIC1臥立式墻板擠壓成型機(jī)如圖2.2所示，臥立式墻板擠壓成型機(jī)的擠壓成型部分主要由一根螺旋鉸刀構(gòu)成，光桿端懸浮，連接端通過帶傳動(dòng)與電機(jī)相連，螺旋鉸刀安裝在擠壓機(jī)腔體的軸線方向。參照輕質(zhì)墻板擠壓成型的相關(guān)要求，本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾點(diǎn)：材料輸送、物料擠壓、墻板成型這三點(diǎn)功能，因此，本課題將臥立式墻板擠壓成型機(jī)設(shè)計(jì)為一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、螺旋鉸刀、成型腔擠壓成型的設(shè)備。為了確保該設(shè)備能夠滿足輕質(zhì)墻板擠壓成型正常工作時(shí)的工作運(yùn)轉(zhuǎn)、輕質(zhì)墻板成型成品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，還進(jìn)行了螺旋鉸刀轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)墻板質(zhì)量達(dá)標(biāo)、成品均衡一致的效果。圖2.SEQ圖_2.\*ARABIC2擠壓成型部分整套設(shè)備的動(dòng)力由電機(jī)的動(dòng)力輸出段經(jīng)由聯(lián)軸器與齒輪減速器的輸入端連接，實(shí)現(xiàn)減速增扭矩后的動(dòng)力通過鍵連接從三級(jí)齒輪減速器的低速端傳遞到帶傳動(dòng)的高速端帶輪，再借助V帶通過摩擦的形式將動(dòng)力傳遞到帶傳動(dòng)的低速端帶輪，傳遞到低速端帶輪的動(dòng)力通過鍵連接的形式完成帶輪到螺旋鉸刀的動(dòng)力輸送。振動(dòng)倉底部配備振動(dòng)電機(jī)，將從進(jìn)料六投入的輕質(zhì)墻板物料振動(dòng)均勻，再借助螺旋鉸刀將物料在成型倉中壓緊擠實(shí)，最后通過排料口將擠壓成型的輕質(zhì)墻板擠出并完成剪切，存放到儲(chǔ)料盤中等待后處理。通過擠壓成型的方法制作輕質(zhì)墻板不但可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率有效提高的效果，還可以去除模具、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)加工成型，降低了設(shè)備資金投入，提高了整體的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)將本課題設(shè)計(jì)的窩里是墻板擠壓成型機(jī)的生產(chǎn)工藝流程作如下介紹：（1）稱取足量的輕質(zhì)墻板物料，投入進(jìn)料口；（2）物料進(jìn)入振動(dòng)腔后由振動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合；（3）混合均勻后的物料通過螺旋鉸刀進(jìn)入成型腔擠壓成型；（4）擠壓成型后的輕質(zhì)墻板物料通過出口剪切排出到收集倉。整個(gè)設(shè)備只需要更換出口處的孔板，就可以生產(chǎn)出不同規(guī)格的輕質(zhì)墻板，一臺(tái)設(shè)備就能獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。流程圖如下：圖2.SEQ圖_2.\*ARABIC3擠壓成型加工流程圖通過以上對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成以及成型工藝的了解，可以得知，螺旋擠壓部分的螺旋鉸刀在輕質(zhì)墻板成型加工中起到了關(guān)鍵性作用。2.2臥立式輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)的核心部件2.2.1鉸刀的設(shè)計(jì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)的各個(gè)部分是緊密聯(lián)系、相輔相成的，每一個(gè)部分的性能優(yōu)良與否都對(duì)最后的輕質(zhì)墻板成品質(zhì)量起到了至關(guān)重要的影響作用。然而，國內(nèi)外對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)的研究和實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)都證明了，螺旋擠壓成型部分的螺旋鉸刀設(shè)計(jì)的性能優(yōu)良與否才是整套設(shè)備中最關(guān)鍵的一點(diǎn)。相比與整個(gè)臥立式墻板擠壓成型機(jī)，單根螺旋鉸刀的資源投入是極低的，只對(duì)螺旋鉸刀這一個(gè)部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整就能獲得極高的經(jīng)濟(jì)效益，使得墻板成型質(zhì)量獲得大幅度提升。因此，我們可以得知，輕質(zhì)墻板的成型質(zhì)量高低很大程度上由螺旋鉸刀來決定，所以在本次設(shè)計(jì)的整個(gè)臥立式墻板擠壓成型機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，螺旋鉸刀設(shè)計(jì)所投入的研究精力應(yīng)當(dāng)是最多的。圖2.SEQ圖_2.\*ARABIC4螺旋鉸刀結(jié)構(gòu)依照輕質(zhì)墻板的螺旋擠壓原理可以得知，輕質(zhì)墻板物料會(huì)在螺旋鉸刀進(jìn)行物料輸送的過程中實(shí)現(xiàn)擠壓作業(yè)，因此，螺旋鉸刀的設(shè)計(jì)需要達(dá)到一定的壓縮比例，查閱參考文獻(xiàn)可知，當(dāng)壓縮比為2時(shí)，臥立式墻板擠壓成型加工出來的輕質(zhì)墻板質(zhì)量能達(dá)到最高水平。而帶壓縮比的螺旋鉸刀有等螺距變底徑螺旋鉸刀，變螺距等底徑螺旋鉸刀，變底徑等螺距螺旋鉸刀等，從實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中得知，以上鉸刀中的等螺距變底徑螺旋鉸刀的壓縮效果最好，所以本次設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)中的螺旋擠壓部分就采用了等螺距變底徑的螺旋鉸刀。如圖2.4所示，單根螺旋鉸刀主要可分為連接端、螺旋端以及光桿端。其中起到對(duì)螺旋鉸刀的連接以及傳動(dòng)效果的是連接端，用來實(shí)現(xiàn)物料輸送和物料壓縮的是螺旋端，用來哦形成光孔的是光桿端。他通過以上分析容易得知，螺旋鉸刀起到擠壓成型作用是的受力部分主要在螺旋段，尤其作用在螺旋體上。由此可知，后文中將對(duì)螺旋鉸刀的螺旋段進(jìn)行受力分析，進(jìn)而驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)的螺旋鉸刀是否能夠滿足生產(chǎn)要求。2.2.2機(jī)架的設(shè)計(jì)從設(shè)備的穩(wěn)定性來進(jìn)行考慮，整套設(shè)備的布局應(yīng)盡量呈對(duì)稱式布置，這種結(jié)構(gòu)既可以在最大限度下保證設(shè)備在振動(dòng)電機(jī)運(yùn)作時(shí)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)行，也可以最有效的避免結(jié)構(gòu)因受力不均而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)失效問題，在該設(shè)備中，機(jī)架的作用主要體現(xiàn)在為各部件提供支撐、容納空間，主要包括以下部分：振動(dòng)倉支撐平臺(tái)，電機(jī)支撐平臺(tái)、減速器支撐平臺(tái)。因此，在進(jìn)行本次臥立式墻板擠壓成型機(jī)機(jī)架部分設(shè)計(jì)時(shí)，全部采用形狀規(guī)則的型材來焊接完成機(jī)架部分的設(shè)計(jì)。圖2.5機(jī)架結(jié)構(gòu)2.2.3電機(jī)的選型通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，當(dāng)輕質(zhì)墻體物料臥立式墻板擠壓成型機(jī)擠壓成型腔后，其物料先以非塞流的形式進(jìn)行輸送，隨著物料的擠壓成型，其物料內(nèi)部的接觸壓力也隨之增大，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槿鬏斔?，物料在螺旋鉸刀的旋轉(zhuǎn)擠壓作用下，逐漸擠壓成型并輸出擠壓機(jī)。由于整個(gè)階段的受力過程主要可以分為兩個(gè)階段，即：非塞流階段和塞流階段，其中受力較大的是塞流階段，故而只要滿足塞流階段的動(dòng)力需求，即可順利完成整個(gè)擠壓成型工作。本次設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)的擠壓成型腔腔體容量為0.0254m3,以石膏作為設(shè)計(jì)對(duì)象，查閱資料可知石膏密度為2000kg/m3，綜上可以求得，整個(gè)擠壓成型裝置需要價(jià)格的石膏質(zhì)量為50.8kg，將JG定義為輕質(zhì)墻板物料的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，m定義為輕質(zhì)墻板物料的對(duì)應(yīng)質(zhì)量，l定義為其質(zhì)點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心的距離。結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求解公式：（2-1）由于JG遠(yuǎn)小于ml2，因此在求解其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)值大小時(shí)可以將其忽略，進(jìn)而可知本次求解的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=ml2=0.15,參考其余設(shè)備假定本次設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)的螺旋鉸刀每秒轉(zhuǎn)動(dòng)6圈，由此可知其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：根據(jù)以上結(jié)果可以看出，電機(jī)需在螺旋鉸刀高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)至少提供6.3N·m的轉(zhuǎn)矩。2.2.4傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)（1）傳動(dòng)方式確定在常規(guī)的機(jī)械傳動(dòng)方式中，最常見的主要為以下四種：齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)以及帶傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)方式作為最重要的機(jī)械傳動(dòng)方式之一，其形式多樣，運(yùn)用范圍廣泛，可傳遞的功率大，圓周速度最快能高達(dá)200m/s，其主要特點(diǎn)在于以下4點(diǎn)：1）效率高；2）結(jié)構(gòu)緊湊；3）工作可靠性高、使用壽命長(zhǎng)；4）傳動(dòng)比穩(wěn)定。但是由于齒輪傳動(dòng)這種機(jī)械傳動(dòng)方式對(duì)安裝精度要求極高，且制造價(jià)格昂貴，在傳動(dòng)距離過大的場(chǎng)合使用受限，不適用于本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)。鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)方式，它主要由鏈輪、鏈條這兩部分組成，通過鏈輪的輪齒與鏈條的鏈節(jié)之間的嚙合作用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，在機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛運(yùn)用，相對(duì)于齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)對(duì)制造及安裝精度要求不高，相應(yīng)的制造成本也更低，在進(jìn)行長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)于齒輪傳動(dòng)更加簡(jiǎn)便；相對(duì)于摩擦型的帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)無彈性滑動(dòng)或整體打滑這種情況，傳動(dòng)比相對(duì)更加穩(wěn)定，傳動(dòng)效率更高，再加上鏈傳動(dòng)不需要帶傳動(dòng)那樣的張緊力，作用在軸上的壓力就會(huì)更小，在同樣的工況要求下作業(yè)，由于鏈傳動(dòng)的制造材料是金屬，而帶傳動(dòng)的制造材料為非金屬，鏈傳動(dòng)的整體尺寸也會(huì)更小。雖然鏈傳動(dòng)具備以上那么多的優(yōu)點(diǎn)，但由于其僅限于平行軸之間鏈輪的同向傳動(dòng)，磨損后容易發(fā)生跳齒，工作時(shí)的噪音大，無法運(yùn)用于高速重載的環(huán)境中，也不適用于本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)是一種在空間中交錯(cuò)布置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線可調(diào)整至任意角度。其主要特點(diǎn)在于以下5點(diǎn)：1）傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間??；2）傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音；3）具有一定的自鎖性；4）傳動(dòng)效率低；5）發(fā)熱量較大，接觸面任意發(fā)生磨損失效，制造及維護(hù)成本高。與齒輪傳動(dòng)類似，由于其無法滿足中長(zhǎng)距離傳動(dòng)而不適用于本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)。與鏈傳動(dòng)相似，帶傳動(dòng)也是一種撓性傳動(dòng)方式，其主體由帶輪和傳動(dòng)帶兩部分組成。主動(dòng)帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，借助于帶輪與傳動(dòng)帶之間的摩擦力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)帶輪到從動(dòng)帶輪的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、成本低和能緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)，且適用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，適用于本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)。（2）減速器選型減速器作為一種原動(dòng)機(jī)和工作設(shè)備之間的重要傳動(dòng)裝置，主要用來實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩來滿足工作設(shè)備的動(dòng)力需求。減速器的種類多種多樣，按照傳動(dòng)方式來分可以分為齒輪傳動(dòng)減速器、渦輪蝸桿傳動(dòng)減速器以及行星齒輪減速器；按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)的不同可以分為單機(jī)減速器和多級(jí)減速器；按照傳動(dòng)布置形式的不同可以分為同軸式減速器、展開式減速器以及分流式減速器。初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為200rpm，根據(jù)下式求得減速器的速比：（2-3）因此本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)選用的是傳動(dòng)比為40的兩級(jí)展開式齒輪減速器。圖2.6齒輪減速器結(jié)構(gòu)（3）聯(lián)軸器選型聯(lián)軸器也是一種在兩軸間實(shí)現(xiàn)動(dòng)力與轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)某Ｓ貌考?，根?jù)其種類及特性的不同，主要可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類，參照常見的輕質(zhì)墻板擠壓成型機(jī)，為了隔絕振動(dòng)與沖擊本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)選用的是有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，根據(jù)下式可以求出公稱轉(zhuǎn)矩：（2-4）式中：T-公稱轉(zhuǎn)矩；P-功率；n-轉(zhuǎn)速；（2-5）式中：KA-工作情況系數(shù)，此時(shí)取1.7；從國標(biāo)GB4323-2002中查得DJM-04型膜片聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為，許用轉(zhuǎn)速為15000rpm，軸徑在20-48之間，故而符合設(shè)計(jì)要求，其結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。圖2.7聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)2.3螺旋鉸刀的載荷建模分析從圖2.4可知，螺旋鉸刀主要可分為螺旋段以及光桿段，其中光桿段不受軸向力的作用，而且其所受的轉(zhuǎn)矩大小與螺旋段相比也很小，可以忽略不計(jì)，因此下文主要分析螺旋段的受力情況。2.3.1螺旋鉸刀的受力模型螺旋鉸刀主要由螺旋段和光桿段構(gòu)成，螺旋段實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)墻板的物料壓縮輸送，光桿段實(shí)現(xiàn)墻板成型時(shí)的孔段成型，墻板通孔的大小及數(shù)量由光桿的數(shù)量和直徑大小決定。單從結(jié)構(gòu)外形上來看，螺旋鉸刀的形狀很簡(jiǎn)單，圖中示出了單根螺旋鉸刀的主要幾何參數(shù)，其中螺旋鉸刀的有效長(zhǎng)度用L表示，在通常情況下，我們可以將它分為兩段，其中用L1表示螺旋段長(zhǎng)度，用L2表示光桿段長(zhǎng)度。當(dāng)螺旋鉸刀旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，螺旋鉸刀上的任何一點(diǎn)都會(huì)沿著軸線方向前進(jìn)一個(gè)導(dǎo)程的距離T。圖2.8螺旋鉸刀的幾何參數(shù)螺旋段的底徑用Ds表示，外徑用Db表示，螺旋鉸刀的螺旋槽深度由H1逐漸變?yōu)镠2，螺桿段的螺旋槽深度變化主要起到了擠壓成型的作用。如果將螺旋鉸刀的鉸刀上涂抹顏料，再講白紙包裹在螺旋鉸刀的圓周上，將白紙展開后就可以得到如下圖所示的實(shí)線，這幾根實(shí)線代表的是螺旋鉸刀各參數(shù)之間的關(guān)系。圖2.9螺紋展開圖螺旋鉸刀螺旋段的主要作用在于實(shí)現(xiàn)壓縮并輸送輕質(zhì)墻板物料，因此，在進(jìn)行螺旋鉸刀設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合輕質(zhì)墻板物料的實(shí)際材料屬性和墻板的緊密度需求來設(shè)置螺旋鉸刀的壓縮比。因此，臥立式墻板擠壓成型機(jī)的螺旋鉸刀必須采用帶有壓縮比的螺旋鉸刀，再結(jié)合Damell-Mol的塞流固體摩擦理論來進(jìn)行螺旋鉸刀的受力分析。為了使得計(jì)算求解能夠順利開展，本課題將某些因素作了簡(jiǎn)化和假設(shè)處理：（1）從進(jìn)料口投放的輕質(zhì)墻板物料在螺旋鉸刀中因螺旋擠壓作用而成的固體塞，其材料特性可看作連續(xù)的彈性體；（2）固體塞部分與螺旋鉸刀底面、成型倉內(nèi)表面同時(shí)保持緊密接觸狀態(tài)；（3）固體塞部分的壓力值P可以看作沿螺旋線方向的函數(shù)Z；（4）螺旋鉸刀與固體塞部分的各個(gè)接觸面以及固體塞與輕質(zhì)墻板物料之間的摩擦系數(shù)均看為一個(gè)常數(shù)，而螺旋鉸刀與輕質(zhì)墻板物料的間的摩擦系數(shù)不為一個(gè)常數(shù)，其表面的摩擦力大小可以結(jié)合昆侖定律F=FP進(jìn)行求解；（5）相較于螺旋槽中的其余各種力，其輕質(zhì)墻板物料的重力數(shù)值很小，不會(huì)對(duì)求解結(jié)果帶來太大影響，可以忽略不計(jì)；（6）鉸刀的截面形狀為矩形，鉸刀與成型腔的間距很小，可以忽略其數(shù)值大小對(duì)結(jié)果造成的影響；（7）固體塞的任意一個(gè)截面內(nèi)的X方向壓力保持一致。在完成了上述幾點(diǎn)假設(shè)后，就可以開始展開對(duì)固體塞部分在螺旋槽中的受力以及運(yùn)動(dòng)情況分析。圖2.10螺旋鉸刀受力模型2.3.2運(yùn)動(dòng)分析在固體塞表面取出一個(gè)微元，固體塞微元在螺旋線方向的運(yùn)動(dòng)速度為V2，同時(shí)，螺旋鉸刀本身具備一個(gè)饒其軸線方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，速度為V1，結(jié)合理論力學(xué)中的絕對(duì)速度與牽連速度的矢量和原則，我們可以將動(dòng)坐標(biāo)上的螺旋鉸刀切線速度看作牽連速度，將固體微元在動(dòng)坐標(biāo)上的螺桿轉(zhuǎn)速看作相對(duì)速度。由此可以得知，固體塞微元相對(duì)于底面的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)速度。圖2.11固體塞微元運(yùn)動(dòng)分析2.3.2受力分析當(dāng)固體塞在螺旋鉸刀中的平行螺旋槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把運(yùn)動(dòng)時(shí)的任何一個(gè)微元所受的力分解成九個(gè)力來表示。其中F1、F3、F1l、F4以及F6是摩擦力，F(xiàn)9是螺旋鉸刀根莖的錐角力，其余的是正壓力。根據(jù)牛頓第三定理可以得知，物料在螺旋鉸刀中受到的壓力對(duì)應(yīng)位置的螺旋槽內(nèi)物料壓力，其壓力數(shù)值大小可由小時(shí)求解：（2-2）（2-3）式中：A1=在本次設(shè)計(jì)中：D=76mm，fb=0.5，fs=0.3,n=4rpm,P0=0.1Mpa,?=13°，H=16mm，W=63mm，α=2°，螺旋槽長(zhǎng)度取兩個(gè)半有效導(dǎo)程對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度L=0.425m，由此可知Pz大小如下圖2.12所示。圖2.12沿推進(jìn)方向的壓力變化上式中的壓力指數(shù)C是一個(gè)恒定的正值，這也就表明，其壓力大小沿螺旋槽方向遞增，這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是螺旋鉸刀將輕質(zhì)墻板物料在螺旋槽內(nèi)向前推進(jìn)，壓力數(shù)值C越大，則代表著壓力沿螺旋槽方向的增大程度越劇烈，其數(shù)值越小則代表著壓力沿螺旋槽方向的增大程度越輕微，綜上可知，在螺旋鉸刀的壓縮段，螺旋槽壓力P[z]以指數(shù)式變化。在開展受力分析之前，首先要考慮的是固體中的不等壓?jiǎn)栴}。從現(xiàn)有的理論和實(shí)驗(yàn)中都可以得知，針對(duì)于疏松的顆粒和粉料而言，他們?cè)俾菪q刀和機(jī)筒的各個(gè)表面上的壓力都是不一樣的，若將螺旋槽方向上的壓力定義為P[z]，那么作用在機(jī)殼內(nèi)部、螺旋鉸刀底部以及螺紋側(cè)面的壓力就可以分別用Pb、Ps和Pf來表示，他們分別的數(shù)值大小可以用下式表示：Pb=KbP[z]≈P[z]（2-4）Ps=KsP[z]≈P[z]（2-5）Pf=KfP[z]=0.5P[z]（2-6）式中：Kb、Ks以及Kf代表壓力的各向異性系數(shù)值，在本課題的近似求解中可以將其看為Kb=Ks≈1，Kf=0.5。圖2.12固體塞受力分析F1代表的是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微元體和機(jī)殼內(nèi)壁的摩擦力數(shù)值，其摩擦力方向與V3相反；F2及F6代表的是微元體周圍的輕質(zhì)墻板物料對(duì)微元體造成的正向壓力；F3與F4代表的是螺旋鉸刀側(cè)面對(duì)微元體附加的摩擦力；F5代表的是螺旋鉸刀底面對(duì)固體塞微元體附加的摩擦力；F7與F8代表的是螺旋鉸刀對(duì)固體塞微元體附加的正向壓力；F9代表的是由于螺旋鉸刀根莖的存在而附加的錐角力；Fd代表的是在螺旋鉸刀推進(jìn)面上作用的正推力，其數(shù)值大小可通過Fd=F7-F8來進(jìn)行計(jì)算。以上沿軸向的分力的合力大小應(yīng)等于固體塞微元體的質(zhì)量m與其合力方向微元體加速度a的乘積，在漸變螺旋槽中通?？蓪⑵鋽?shù)值看為零，即：（2-7）（2-8）采用同樣方法求出各個(gè)切線方向上的分力與其作用半徑的乘積即可求得扭矩平衡：（2-9）（2-10）螺旋鉸刀的輸送段總體軸向力F1的大小可以由下式求得：（2-11）固體塞部分在螺旋鉸刀上的扭矩dT可由下式求得：（2-12）由此可以求得固體輸送段的總扭矩大?。海?-13）上式中：Z-沿螺旋槽方向的流道長(zhǎng)度；P-微元體所承受的壓力；P1-固體輸送段的計(jì)算起始位置壓力，MPa；P2-固體段的計(jì)算終端位置壓力，MPa；dp-微元體的前后壓力差，MPa；dz-微元體的寬度，mm；W-螺旋槽的寬度，mm；-微元體的寬度平均值，mm；-螺旋槽的寬度平均值，mm；Db-螺旋鉸刀外徑，mm；Ds-螺旋鉸刀光桿直徑，mm；-螺旋鉸刀的平均直徑，mm；H1-螺旋槽深度，mm。除了對(duì)螺旋鉸刀進(jìn)行上述受力分析以為，螺旋鉸刀是否能穩(wěn)定的工作也應(yīng)被重點(diǎn)考慮，根據(jù)查閱的相關(guān)文獻(xiàn)可知，對(duì)于單根螺旋鉸刀來說，每個(gè)部分的磨損程度也都是不一樣的，由前文的敘述可知，螺旋鉸刀的螺旋擠出段比螺旋鉸刀壓縮段的螺旋體磨損量大，而壓縮段的磨損速度又比進(jìn)料段要快，整體螺旋鉸刀的鉸刀推進(jìn)面又比螺旋鉸刀的背部磨損快，由以上各種磨損不均現(xiàn)象導(dǎo)致的輕質(zhì)墻板物料輸送速率不穩(wěn)定，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備擠出端的壓力波動(dòng)。結(jié)合以上分析，可以將提高螺旋鉸刀擠出端壓力穩(wěn)定性的措施總結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)螺旋鉸刀的螺旋升角、螺旋槽寬度、螺旋槽深度等重要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到減小螺旋鉸刀易磨損部位的軸向力和轉(zhuǎn)矩；（2）對(duì)螺旋鉸刀進(jìn)行輕質(zhì)墻板物料載荷作用下的應(yīng)力分布、應(yīng)力大小優(yōu)化設(shè)計(jì)；（3）選用耐磨材料制造螺旋鉸刀，對(duì)易磨損部位進(jìn)行表面加強(qiáng)處理，增強(qiáng)其表面耐磨性；（4）優(yōu)化動(dòng)力輸入控制系統(tǒng)，確保螺旋鉸刀始終保持恒定扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)。由于本次研究的時(shí)間及筆者相關(guān)知識(shí)掌握情況，暫時(shí)不對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)，僅在此處提出相應(yīng)的優(yōu)化方法，后續(xù)研究人員可結(jié)合以上分析對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)展開更深一層的研究。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了臥立式墻板擠壓成型機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、基本的工作流程、螺旋鉸刀的幾何結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)。結(jié)合塑料擠壓成型機(jī)理與Darnell-Mol理論建立了螺旋鉸刀在進(jìn)行擠壓成型工作中的受力模型，通過對(duì)螺旋鉸刀擠壓過程中產(chǎn)生的壓力進(jìn)行求解，完成了進(jìn)料段以及壓縮段的載荷分析，最后再結(jié)合臥立式墻板擠壓成型機(jī)的工作需求進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)，使其滿足自動(dòng)化、可持續(xù)的輕質(zhì)墻板擠壓成型加工。 第3章基于51單片機(jī)的電控設(shè)計(jì)3.1電控設(shè)計(jì)主要內(nèi)容臥立式墻板擠壓成型機(jī)電控設(shè)計(jì)圍繞51單片機(jī)來實(shí)施，配合供電電路、驅(qū)動(dòng)電路以及繼電器等控制整套系統(tǒng)的運(yùn)行。51單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)將動(dòng)力輸入到旋轉(zhuǎn)擠壓部分；單片機(jī)通過高低電平的輸出控制繼電器的通斷完成對(duì)啟動(dòng)控制閥的控制，實(shí)現(xiàn)氣缸的伸縮控制。本文設(shè)計(jì)了STC89C51單片機(jī)的主電路、供電電路、PC817電路以及單片機(jī)電路，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性。3.2主電路設(shè)計(jì)主電路由直接按裝在底盤上的斷路器開關(guān)ZK和兩個(gè)繼電器CJ1和CJ2組成，圖中的CNX1是伺服驅(qū)動(dòng)器的交流供電插口。主電路是為交流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器提供工頻交流供電電源的，而交流伺服電動(dòng)機(jī)本身則由伺服驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的。CJ1控制的是驅(qū)動(dòng)器的交流控制電源，而CJ2控制的才是驅(qū)動(dòng)器的工作電源。按驅(qū)動(dòng)器起動(dòng)時(shí)的時(shí)序要求，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先合上CJ1，在經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)之后，才可合上CJ2，才可以正常工作。在裝置CJ1和CJ2的線圈電路上，分別并聯(lián)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管，所以當(dāng)繼電器吸合得電時(shí)，其相應(yīng)的發(fā)光管就會(huì)發(fā)亮。如圖4-1所示。圖4-1CJ1控制圖CJ1、CJ2的線圈是24V供電的，電路受到PCB板上的中間繼電器RL1、RL2控制。圖4-2CJ2控制圖單片機(jī)通過其P2.6和P2.4口輸出開關(guān)量信號(hào)，控制RE1、RE2，經(jīng)過IC4驅(qū)動(dòng)和OPT5隔離、T9和T10放大后，能夠?qū)τ赗L1和RL2進(jìn)行控制，如圖4-3所示，并最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)于CJ1、CJ2的控制。圖4-3RL1、RL2控制圖3.3供電電路設(shè)計(jì)直流24V供電電源，用作交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流控制信號(hào)和接口電路的工作電源。該電源單獨(dú)由24V開關(guān)電源提供。在電路圖右側(cè)中部的虛線框內(nèi)用PW1表示。直流5V供電電源，用作單片機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)編碼器的工作電源。該電源單獨(dú)由5V開關(guān)電源提供。在電路圖的BJQ虛線框內(nèi)用PW2表示，如圖4-4所示。圖4-4供電電路圖直流+9V—-9V供電電源用作交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的模擬量電平輸入或限制輸入信號(hào)。該電源通過交流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)壓電源板提供。在電路圖中，用PW3表示。圖4-5直流供電圖3.4PC817電路設(shè)計(jì)PC817是常用的線性光藕，常常在各種要求比較精密的功能電路中被當(dāng)作耦合器件，具有上下級(jí)電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計(jì)，如圖4-6所示。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了"電-光-電"的轉(zhuǎn)換。圖4-6PC817內(nèi)部框圖3.551單片機(jī)電路設(shè)計(jì)電路實(shí)際上是圍繞著伺服驅(qū)動(dòng)器的CNX5插口展開的。CNX5插口是伺服驅(qū)動(dòng)器的控制與反饋的信息插口，插口內(nèi)共有50根引腳。電路圖左側(cè)、上方和下方有許多帶圈的數(shù)字符號(hào)表示的是與CNX5相對(duì)應(yīng)的PCB板上的J1插口的引腳，如圖4-7所示。由于兩個(gè)插口的每一個(gè)引腳都是一一對(duì)應(yīng)的，因此，圈內(nèi)的數(shù)字符號(hào)數(shù)則代表了該引腳在J1和CNX5插口內(nèi)的編號(hào)。與PCB板上的實(shí)物位置大體一致：電路圖的6個(gè)引腳信號(hào)都是伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出開關(guān)量信號(hào)，但它們對(duì)于單片機(jī)電路來說應(yīng)當(dāng)屬于輸入量反饋信號(hào)；圖4-7CNX5電路圖8個(gè)引腳信號(hào)都是伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入開關(guān)量信號(hào)，但它們對(duì)于單片機(jī)電路來說應(yīng)當(dāng)屬于輸出開關(guān)量信號(hào)，如圖4-8所示。圖4-8輸入開關(guān)量電路圖下方的14、16、18號(hào)引腳直接與驅(qū)動(dòng)器的模擬量信號(hào)輸入口相連接，用作轉(zhuǎn)速控制或轉(zhuǎn)矩控制模擬量的命令輸入口，如圖4-9所示。圖4-9模擬量單片機(jī)的開關(guān)量輸出口電路由其P0口的8個(gè)端口組成，通過IC3和IC4的驅(qū)動(dòng)，再經(jīng)過OPT1和OPT2的光電隔離后對(duì)由T1—T8組成的8路三極管開關(guān)電路進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的8路輸入開關(guān)量的通斷控制。結(jié)合驅(qū)動(dòng)器集成電路2003和光電偶合電路PC817-4的引腳電路來分析，不難看出：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出口電路的P0.0—P0.7端口對(duì)應(yīng)控制了伺服驅(qū)動(dòng)器CNX5插口中的第26—33號(hào)引腳與直流24V的地電位之間的通斷關(guān)系。與伺服驅(qū)動(dòng)器的8個(gè)開關(guān)量輸入口相連的8個(gè)LED輸出信號(hào)燈L1—L8分別對(duì)應(yīng)了8個(gè)控制引腳端口。作為標(biāo)志信號(hào)，在實(shí)際運(yùn)行中，若其中某個(gè)LED亮了，則表示對(duì)應(yīng)的開關(guān)已經(jīng)閉合，如圖4-10所示。圖4-10伺服驅(qū)動(dòng)器單片機(jī)的開關(guān)量輸入口由P1口的8個(gè)端口組成，目的是對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器的6個(gè)輸出開關(guān)量反饋信號(hào)以及2個(gè)行程開關(guān)的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。輸入接口電路由光偶OPT3、OPT4、排阻RS8、和6個(gè)發(fā)光二極管L9—L14組成（見電路圖）?，F(xiàn)將該電路的工作原理介紹如下。CNX5插口中的第11、12、35、37、39、40共計(jì)6個(gè)引腳是伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出開關(guān)量端口，此類開關(guān)量的動(dòng)作可以用某引腳與24V地線之間的通斷關(guān)系來描述，即：當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的某一個(gè)輸出開關(guān)量閉合時(shí)，該引腳在內(nèi)部與24V地線接通；否則，該引腳與24V地線斷開?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，可以很容易地從電路上看出，OPT3和OPT4中的6路光偶，其一次側(cè)發(fā)光二極管分別與圖中的L9—L14六個(gè)用作信號(hào)燈的發(fā)光二極管是串聯(lián)連結(jié)的，同時(shí)串入的還有圖中的排阻RS8，它起到了限流的作用。只要6路伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出引腳中有一路在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部與24V地線接通，該路的發(fā)光二極管LED便會(huì)發(fā)亮，與此同時(shí)，和它串聯(lián)的光偶電路也會(huì)飽和導(dǎo)通，使與其對(duì)應(yīng)的P1口端子呈現(xiàn)低電平。單片機(jī)將通過編程來檢測(cè)P1口電平的高低，從而獲取伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的開關(guān)量反饋信息。與輸出開關(guān)量接口電路一樣，輸入開關(guān)量的接口電路中使用光偶的目的是：在傳遞開關(guān)量信號(hào)的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電位的隔離。與伺服驅(qū)動(dòng)器的CNX5插口中的第8、9號(hào)線相連的SWD2數(shù)碼開關(guān)的作用是模擬外接行程開關(guān)的功能。圖4-11單片機(jī)3.6本章小結(jié)本章介紹了利用51單片機(jī)配合驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制，完成了三相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)并對(duì)電磁換向閥進(jìn)行控制今兒控制氣缸實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與控制器的配合運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)了配套的供電電路及控制電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了繪制，完成整套電路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保障了設(shè)備完整運(yùn)行。

第4章總結(jié)及展望4.1總結(jié)目前國內(nèi)的輕質(zhì)墻板生產(chǎn)工藝主要還是模具教主成型，這種成型加方式因其輕質(zhì)墻板物料邊角料多、生產(chǎn)效率低、難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)加工等缺點(diǎn)，阻礙著行業(yè)的發(fā)展，難以滿足現(xiàn)階段社會(huì)對(duì)住宅建設(shè)的新需求，所以本課題設(shè)計(jì)的臥立式墻板擠壓成型機(jī)會(huì)是以后住宅建設(shè)必不可少的一套重要設(shè)備。為設(shè)計(jì)完成上述的臥立式墻板擠壓成型機(jī)，本課題主要完成了以下工作：（1）完成了臥立式墻板擠壓成型機(jī)的樣機(jī)模型建立；（2）對(duì)本次設(shè)計(jì)的螺旋鉸刀部分進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析、受力分析，驗(yàn)算了其設(shè)計(jì)合理性；（3）針對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)的工作需求，完成了電路設(shè)計(jì)，使其具備自動(dòng)化高、可連續(xù)加工的工作需求；（4）基于臥立式墻板擠壓成型機(jī)的實(shí)際工作條件，完成了螺旋鉸刀和振動(dòng)腔這兩大核心部件的靜力學(xué)分析與模態(tài)分析，驗(yàn)證了本可以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理性。4.2展望本次設(shè)計(jì)雖然完成大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，但對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)的研究還比較淺顯，還存在很多沒考慮到的地方：（1）對(duì)于臥立式墻板擠壓成型機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需進(jìn)行更深一步的研究，以確保該設(shè)備具備更好的穩(wěn)定性。（2）本文主要從結(jié)構(gòu)層面對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了研究，對(duì)控制方面展開的研究還不是很深入，后續(xù)的研究者可從控制方面入手，對(duì)臥立式墻板擠壓成型機(jī)展開更深一層的研究工作。

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