APC2008-37 双顶置凸轮轴正时链传动系统的研究与设计
2008年长安大学机械设计考研真题
长安大学2008年硕士研究生入学考试试题试题名称：机械设计第 1 页共5页一、是非题（在括号内填√（正确）或填×（不正确））（每小题2分，共计10分）1、液体润滑滑动轴承中，摩擦阻力的大小取决于润滑油的粘度，而与轴承的转速大小无关。
（）2、因带传动是摩擦传动，所以传动中会出现弹性滑动现象，但只要设计得合理，就可以避免弹性滑动的出现。
（）3、为保证普通圆柱蜗杆传动良好的磨合（跑合）与耐磨性，通常采用钢制蜗杆与铜制蜗轮。
（）4、齿式联轴器是一种无弹性元件的挠性联轴器，它对轴的安装精度要求不高，允许有一定的偏移量。
（）5、在一般情况下，链传动的瞬时传动比与平均传动比都是常数。
（）二、选择题（在空格处填相应的答案号）（每小题2分，共20分）1、预紧力为QP的单个紧螺栓连接，受到轴向工作载荷F之后；螺栓杆受到的总载荷Q QP+F。
A、大于B、等于C、小于2、齿轮强度计算中引入动载系数KV是考虑了。
A、外加于齿轮上的载荷状态，如载荷不均匀或有一定程度的冲击B、齿轮制造与装配误差及啮合刚度的变化所引起齿轮传动的动载荷C、A与B两类因素的总和3、按弯扭合成计算轴的应力时，要引入系数α，这个α是考虑。
A、轴上有键槽而削弱轴的强度所引入的系数答案必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上不给分；答题纸上写明考试科目。
B、按第三强度理论合成正应力与切应力时的折合系数C、正应力与切应力的循环特性不同而引入的系数4、滚动轴承与液体动力润滑滑动轴承比较，在高速运转条件下，滚动轴承的。
A、噪声较大B、承受冲击载荷能力较高C、寿命较长5、与带传动相比较，链传动的主要特点之一是。
A、缓冲减振B、过载保护C、无打滑6、在下列机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的传动是。
A、带传动B、链传动C、齿轮传动7、在承受横向载荷或旋转力矩的普通紧螺栓组连接中，螺栓杆作用。
A、受切应力B、受拉应力C、受扭转切应力和拉应力8、滚动轴承的主要失效形式是。
LJ750发动机配气凸轮设计计算书
LJ750发动机配气凸轮型线设计计算书配气机构的设计思想：配气机构是发动机的重要组成部分，一台发动机的经济性能是否优越，工作是否可靠，噪声与振动能否控制在较低的限度，常常与其配其机构的设计是否合理密切关系。
特别对于高速大功率发动机，因对其较高性能指标的设计要求，配气机构的设计及其零部件的设计和制造就更加重要和严格。
配气机构的设计涉及到如下诸多问题：1.如果根据具体的机型的要求选取合理的函数凸轮型线并进行有关特性参数的计算和分析；2.配气机构方案选择及其气门的结构布置；3.对于高速配气机构来说，必须进行配气机构的动力学计算；4.在设计过程中，需要考虑很多重要的因素，如配气相位，平稳性（包括气门速度，加速度，脉冲数值大小及有无飞脱，落座反跳等），充气性能，润滑性能，凸轮与挺拄之间的接触应力等问题；因此，进行配气机构的设计往往需要很大的工作量，特别是为了获得一个最优的设计方案。
为了简化工作量，在目前国内外的设计中，常常采用参考某些成功机型的方法，来获得设计一台新发动机所需要的配气机构。
为此，在本设计了，参考了CBR900发动机的配气机构，通过对该机型配气机构的特性进行分析，并对提出的几种方案的凸轮型线进行的对比，最终获得了LJ750发动机配气机构的有关数据。
对比的结果最终还是采用了和CBR900发动机相同的配气结构，因此涉及到配气结构的许多动力学计算在这里都略去了。
本章主要介绍了多项动力凸轮设计的基本原理及其准则，并对CBR900发动机的凸轮型线进行了细致的分析和研究，在此基础上提出了LJ750发动机的配气机构。
一、凸轮型线类型的选择配气机构是发动机的一个重要系统，其设计好坏对发动机的性能、可靠性和寿命有极大的影响。
其中凸轮型线设计是配气机构设计中最为关键的部分，在确定了系统参数后，重要的问题是根据发动机的性能和用途，正确选择凸轮型线类型及凸轮参数。
凸轮型线有多种，如复合正弦，复合摆线，低次方，高次方，多项动力，谐波凸轮等。
REIZ(锐志) (发动机)F祥解
Chassis
Body
曲轴上半轴承的安装 – 曲轴轴承应该安装在轴承座中央以对齐油孔
[上半轴承]
润滑孔
中央
Body Electrical [正确]
机油孔
17
[错误]
Model Outline GR Series Engine
维修要点(发动机特点)
Chassis
Body
Body Electrical
Body
Body Electrical
21.0 mm (0.827 in.)
1号、4号轴径曲轴轴承
19
18.0 mm (0.709 in.)
2号、3号轴径曲轴轴承
概述
GR 发动机
底盘
车身
配气机构
概述 – 使用3条正时链驱动各气缸组进/排气凸轮轴
车身电器
VVT-i 控制器 (排气侧)
VVT-i 控制器 (进气侧)
曲轴下半轴承、连杆上/下轴承的安装 – 轴承应安装在轴承座中央并经过测量调整
[如图所示 “B” 和 “C”之差: 小于等于0.7 mm (0.028 in.)]
B
游标卡尺
C
18
Model Outline GR Series Engine
维修要点(发动机特点)
Chassis
曲轴轴承（上/下） • 不同位置曲轴轴承宽度不同
配气机构
24气门DOHC（双 顶置凸轮轴） , 链传动,
VVT-i (进/排气侧)
燃烧室形式
屋脊形
排气量
cm3 (cu. in.)
2,497 (152.4)
缸径 x 行程
mm (in.)
87.5 x 69.2 (3.44 x 2.72)
南京工业大学汽车设计复习题
第一章汽车的总体设计1. 总体设计的任务？1．从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量参数和尺寸参数，提出整车总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求。
2．对各部件进行合理布置和运动校核，使汽车不仅具有足够的装载容量，而且要做到尺寸紧凑、乘坐舒适、质量小、重心低、安全可靠、操纵轻便、造型美观、视野良好、维修方便、运动协调。
3．对汽车性能进行精确计算和控制，保证汽车主要性能参数的实现。
4．正确处理整体与部件、部件与部件之间，以及设计、使用与制造之间的矛盾，使产品符合好用、好修、好造和好看的原则，在综合指标方面处于国际先进水平。
汽车总体设计应满足的基本要求。
1、汽车的各项性能、成本等，要求达到设计任务书所规定的指标。
2、严格遵守和贯彻相关法规、标准的规定，例如，汽车外廓尺寸应符合GBl589—2004的外廓尺寸限界规定；使用环境复杂，应满足安全性要求－强制性安全法规。
3、知识产权保护。
4、尽可能贯彻“三化”要求：系列化，通用化，标准化。
5、进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和避免运动干涉。
6、拆装与维修方便。
2. 简述汽车开发程序。
1、概念设计2、成本控制（目标成本）3．试制设计（技术设计）4．试制、试验、改进、定型阶段5．生产准备阶段6．生产销售阶段3. 设计任务书包括哪些内容？1）可行性分析。
2）产品型号及其主要使用功能，技术规格和性能参数;3）整车布置方案的描述及各主要总成的结构、特性参数。
标准化、通用化、系列化水平; 4）国内、外同类汽车技术性能分析和对比;5）本车拟用的新技术、新材料和新工艺。
4. 不同形式汽车的区别主要体现在哪些方面？汽车有很多分类方法，可以按照发动机排量、乘客座位数、汽车总质量、汽车总长、车身或驾驶室的特点不同等来分类，也可以取上述特征量中的两个指标作为分类的依据。
5. 按发动机的位置分，汽车有哪几种布置型式，各自有什么优缺点？发动机前置前驱动（FF）优点a、有明显的不足转向性能；b、越过障碍的能力高；c、动力总成结构紧凑；d、有利于提高乘坐舒适性(车内地板凸包高度可以降低) ;e、有利于提高汽车的机动性(轴距可以缩短) ；f、有利于发动机散热，操纵机构简单；g、行李箱空间大；h、变形改装容易。
换气系统与唤起过程
第3章 换气系统与换气过程3.1 换气系统的作用与组成作用:根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，并及时地将废气排出。
组成：空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系和消声器等（图3-1）。
3.1.1 空气滤清器 1.作用去除新鲜空气中尘埃和油雾的装置(空气中灰尘的75％以上是高硬度的SiO 2，发动机不装空气滤清器，将使活塞磨损量增加3倍，活塞环磨损量增加9倍，发动机寿命将缩短2/3)。
图3-1 发动机换气系统组成1-空气滤清器 2-进气管系 3、4-配气机构 5-排气管系 6-消声器2.结构与工作原理结构（以干式纸滤芯空气滤清器为例（图3-2））：滤清器壳体、纸滤芯（用经过树脂处理的微孔滤纸做成）、塑料密封圈。
工作原理：带恒温进气装置的空气滤清器（图3-3）:作用：控制进气温度在30～53℃之间，可降低有害的CO 、HC 排放。
结构：增设一套空气加热与控制系统，二个进气口，一个接热空气管10，另一个接冷空气进气导流管1，由阀门3控制二个进气管的开闭。
原理：当发动机冷起动时，汽车前罩下的环境温度低于30℃，温度传感器4通过控制机构使控制阀3关闭导流管1，打开热空气管10，冷空气从排气支管8上部的热炉加热，经热空气管10和空气滤清器5进入动机；当温度超过53℃时，温度控制机构使控制阀3完全关闭热空气管10，进入空气滤清器的空气全部是环境空气。
当温度在30～53℃时，控制阀3部分开启，二个进气口均有空气流过。
3. 空气滤清器的分类 （1）按工作原理分 惯性式:利用气流高速旋转的离心力作用，将空气中的尘埃和杂质分离； 过滤式:利用滤芯材料滤除空气的尘埃和杂质。
综合式: 惯性式和过滤式都有。
（2）按滤芯材料分有纸滤芯、铁丝网滤芯等。
纸滤芯具有重量轻、成本低、滤清效果好等优点。
图3-2 干式纸滤芯空气滤清器a ）滤清器总成b ）纸滤芯1-滤芯 2-滤清器外壳 3-滤清器盖 4-金属网 5-打褶滤纸 6-滤芯上盖 7-滤芯下盖图3-3 带恒温进气装置的空气滤清器 1-进气导流管 2-真空控制膜盒 3-控制阀 4-进气温度传感器 5-空气滤清器 6-热炉 7-冷空气入口 8-排气支管 9-热空气出口10-热空气管纸质滤芯有干式和湿式两种。
驱动桥设计论文
摘要驱动桥作为汽车四大总成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于客车显得尤为重要。
本设计在满足各项设计参数要求的前提下，依据相关标准，在零部件、材料、结构工艺形式等方面，采用先进的工艺处理手段，行星齿轮轴采用表面纳米SiC复合化学镀。
借助CAXA、autoCAD、CATIA辅助设计。
其设计部分包括：主减速器、差速器、半轴、行星齿轮以及零部件参数等。
本文对驱动桥的设计过程进行了论述，采用双曲面齿轮主减速器，行星齿轮差速器，钢板冲压焊接整体式桥壳。
本设计的参数计算部分借助EXCEL计算，方便后期优化设计。
关键词：驱动桥；主减速器；差速器；行星齿轮AbstractDrive bridge as one of the four assemblies for motor vehicles,and its performance has a direct impact on vehicle performance,and is particularly important for passenger cars.This design on the premise of meeting the demands of various design parameters, according to the relevant standards in the form of parts, materials, technology and other areas, using advanced technology and processing means, planet gear shafts are made of surface nano-SiC composite electroless plating. Through CAXA, autoCAD, CATIA computer-aided design. Its design includes: final drive, differential, axle shaft, Planetary gears and components parameters and so on.This paper discusses the design process of the drive axle, hypoid gear reducer, planetary gear differentials, sheet metal welding integral rear axle housing.The design parameters calculation with EXCEL calculation and optimum design of late. Key words: axle; main reducer; diff; planetary gear目录摘要 (II)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1驱动桥概述 (1)第2章主减速器设计 (2)2.1主减速器结构方案分析 (2)2.2主减速比及计算载荷的确定 (3)的确定[3] (3)2.2.1主减速器比i2.2.2主减速器齿轮计算载荷的确定 (4)2.3主减速器齿轮主要参数的确定 (6)2.3.1主、从动齿轮齿数的确定 (6)2.3.2齿面宽的确定 (7)2.3.3双曲面齿轮的偏移距E、偏移方向和旋向的确定 (7)2.3.4螺旋角的确定 (7)2.3.5双曲面齿轮的几何尺寸设计 (8)2.4主减速器齿轮强度计算 (21)2.4.1单位齿上的圆周力 (21)2.4.2齿轮的弯曲强度计算 (22)2.4.3齿轮的接触强度计算 (23)2.5主减速器锥齿轮轴承的载荷计算 (24)2.5.1主动锥齿轮的支撑形式 (24)2.5.2从动锥齿轮的支撑形式 (25)2.5.3轴承载荷计算校核 (25)第3章差速器设计 (32)3.1差速器机构方案分析 (32)3.2差速器齿轮主要参数的计算 (33)3.2.1行星齿轮数目的选择 (33)3.2.2行星齿轮球面半径及节锥距的预选 (33)3.2.3行星齿轮齿数Z1和半轴齿轮齿数Z2的确定 (34)3.2.4行星齿轮和半轴齿轮节锥角γ1、γ2及模数的确定 (34)3.2.5压力角α的确定 (34)3.2.6行星齿轮轴直径d（mm）及支撑长度L的确定 (34)3.3差速器齿轮几何尺寸的计算 (35)3.4差速器齿轮强度计算 (38)3.5行星齿轮轴工艺设计 (39)第4章半轴设计 (41)4.1半轴的设计计算 (41)4.1.1半轴的型式 (41)4.1.2半轴杆部直径的初选 (41)4.1.3半轴的强度计算 (42)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)第1章绪论1.1驱动桥概述驱动桥是传动系统最后一个总成。
汽车拖拉机学(第2版)课件：发动机换气系统
气门头部直径越大, 气门口通道截面就越大, 进、 排气阻力就 越小。 为了尽量减小进气阻力, 进气门直径比排气门大15% ~ 30%。但在排气门数目少于进气门数目的发动机中 ( 如 3 个进气 门, 2个排气门) , 排气门头部直径大于进气门。
2024/10/10
《汽车拖拉机学》
发动机换气系统
9
第一节 配气机构
二、配气机构的类型
1.按气门的布置位置分
按气门的布置位置不同，配气机构可以分为侧置气门式和顶置气 门式。
侧置式的气门布置在气缸的一侧，使燃烧室结构不紧凑，热量损 失大，气道比较曲折，进气流通阻力大，从而使发动机的经济性和动 力性变差。目前，这种布置形式已被淘汰。
2024/10/10
《汽车拖拉机学》
发动机换气系统
20
第一节 配气机构 三、配气机构的主要部件
配气机构的主要部件有气门组、气门传动组。
1.气门组
气门组主要由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁夹等零件组 成
2024/10/10
《汽车拖拉机学》
发动机换气系统
21
1.气门组
（1）气门 气门的作用是控制进、排气道的开启和关闭，在压缩和做功冲
术？
《汽车拖拉机学》
信息化载体、参观 体验、课堂讨论； 制作讲义或教材、 制作PPT
科学精神 科技发展 自主学习
信息化载体、参观 体验、课堂讨论； 制作讲义或教材、 制作PPT
科学精神 科技发展 创新思维
发动机换气系统
第一节 配气机构
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《汽车拖拉机学》
发动机换气系统
机械传动双轴系翻袋离心机自动控制系统设计
第43卷第1期2022年1月自㊀动㊀化㊀仪㊀表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATIONVol.43No.1Jan.2022收稿日期:2020-12-29基金项目:合肥通用机械研究院青年科技基金资助项目(2019010378)作者简介:丁建国(1993 ),男,硕士,助理工程师,主要从事分离机械的设计与研发工作,E-mail:ding_jianguo03@机械传动双轴系翻袋离心机自动控制系统设计丁建国1,陈崔龙2,刘呈启2,朱碧肖2(1.合肥通用机械研究院有限公司,安徽合肥230031;2.合肥通用环境控制技术有限责任公司,安徽合肥230031)摘㊀要:机械传动双轴系翻袋机构解决了传统液压驱动翻袋机构带来的可靠性低㊁液压管路易疲劳失效的问题㊂为完成机械传动双轴系翻袋机构的翻袋动作㊁提高设备运行稳定性与操作便利性,设计了一种集远程监控㊁工况显示㊁一键操作㊁故障诊断于一体的自动控制系统㊂该系统以西门子S7-200可编程逻辑控制器(PLC)为核心,实时采集主电机与副电机转速㊁轴承温度㊁位置信号㊁振动参数等信号,完成设备的全自动操作㊂采用比例积分微分(PID)控制算法实现主㊁副电机的恒差速运行,完成翻袋与复位的动作,保障了翻袋动作的稳定性与可靠性㊂通过友好的人机界面,用户可实现运行状态的实时监控以及调整设备运行参数,保证设备的安全稳定运行㊂集成有该系统的翻袋离心机在硝化棉的脱水工艺中得到成功应用,系统运行稳定㊁操作简单㊁维护方便㊂该设计对翻袋式离心机的推广与应用具有一定的促进意义㊂关键词:翻袋离心机;机械传动;智能控制;监控系统;可编程逻辑控制器;比例积分微分中图分类号:TH17㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀DOI:10.16086/ki.issn1000-0380.2020120075Design of Automatic Control Systemfor Mechanical Transmission Double Shafting Invertible Filter CentrifugeDING Jianguo 1,CHEN Cuilong 2,LIU Chengqi 2,ZHU Bixiao 2(1.Hefei General Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Hefei 230031,China;2.Hefei General Environment Control Technology Co.,Ltd.,Hefei 230031,China)Abstract :Mechanical drive double shafting invertible filter mechanism solves the problems of low reliability and louie fatigue failure of hydraulic pipe brought by traditional hydraulic transmission invertible filter mechanism.In order to complete the bag-turning action of mechanical transmission double-shafting filter invert mechanism and improve the operation stability and convenience of the equipment,an automatic control system is designed,which integrates remote monitoring,working condition display,one-key operation and fault diagnosis.The system takes Siemens S7-200programable logic controller(PLC)as the core and collects signals such as main motor and auxiliary motor speed,bearing temperature,position signal and vibration parameter in real time to complete the automatic operation of the equipment.The proportional integral differential (PID)control algorithm is used to realize the constant differential operation of the main and auxiliary motors,complete the filter inverting and reset action,and ensure the stability and reliability of filter inverting action.Through the friendly man-machine interface,users can realize the real-time monitoring of the running status and adjust the operating parameters of the equipment to ensure the safe and stable operation of the equipment.The bag-turning centrifuge integrated with this system has been successfully applied in the nitrocellulose dehydration process.The system has stable operation,simple operation,and convenient maintenance.The design has certain promoting significance to the popularization and application of inverter filter centrifuge.Keywords :Invertible filter centrifuge;Mechanical transmission;Intelligent control;Monitoring system;Programmable logic controller(PLC);Proportional integral differential(PID)0㊀引言1971年,翻袋式自动卸料离心机(以下简称 翻袋离心机 )问世[1-3]㊂翻袋离心机是一种通过将装有滤饼的滤袋翻开进行固体卸料的新型过滤式离心机,属于分离机械范畴[4]㊂该设备具有独特设计的翻袋机构,能够克服传统立式或卧式离心机刮刀破坏物料晶型㊁存在残余滤饼以及机械接触带来的安全隐患等问第1期㊀机械传动双轴系翻袋离心机自动控制系统设计㊀丁建国,等题[5-7]㊂陈崔龙等[8]设计开发的机械传动双轴系新型翻袋离心机,改变了传统液压驱动翻袋机构存在的可靠性低㊁液压管路易疲劳失效的问题㊂设备翻袋以及复位动作的实现需内外轴系的协同工作,其稳定㊁可靠运行主要依赖于自动控制系统㊂本文以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为核心,设计了一种集远程监控㊁工况显示㊁一键操作㊁故障诊断等功能于一体的自动控制系统㊂1 控制系统结构在结构上,翻袋离心机将传统的卧式离心机回转构件分离成同步旋转的内㊁外轴系两部分㊂外轴系轴向固定㊂内轴系可在螺纹副机械装置的作用下沿轴向运动:前进时,翻出过滤袋,实现卸料;后退时,收回过滤袋,实现复位㊂翻袋离心机工作原理如图1所示㊂图1㊀翻袋离心机工作原理图Fig.1㊀Working principle diagram of invertible filter centrifuge翻袋离心机控制系统如图2所示㊂图2㊀翻袋离心机控制系统图Fig.2㊀Control system diagram of invertible filter centrifuge控制系统包括PLC㊁主副电机及配套变频器㊁温度传感器㊁振动传感器㊁称重传感器㊁流量传感器㊁速度传感器㊁触摸屏㊁远程计算机㊁扩展模块㊁控制阀门等㊂其中,西门子S7-200PLC 是控制系统的核心㊂它一方面对现场信号进行采集㊁运算处理与分析,实现对主㊁副电机及相应阀门的控制[9];另一方面,通过以太网与现场的触摸屏及远程计算机进行实时通信,以提供良好的人机交互窗口和远程监控功能㊂以常用规格型号FWZ600型翻袋离心机为例,对控制系统结构作以下详细说明㊂①PLC:西门子S7-200Smart㊂②主电机:YB225S-4,37kW,南阳防爆电机㊂③副电机:YB180L-4,7.5kW,南阳防爆电机㊂④主电机变频器:37kW,丹佛斯㊂⑤副电机变频器:7.5kW,丹佛斯㊂⑥温度传感器:PT100,安徽天康㊂⑦振动传感器:VT9285,沈阳振科㊂⑧称重传感器:SBT-1X,梅泰勒托利多㊂⑨接近开关:P +F㊂⑩液位传感器:SLF-70-F-A,上海思派㊂ 转速变送器:P +F; 触摸屏:西门子Smartline㊂翻袋离心机的核心是翻袋动作的实现㊂控制系统通过变频器控制主㊁副电机转速,并利用转速传感器实时检测主㊁副电机实际转速V 1㊁V 2,进而对转速进行调节,实现恒转速运行;利用主副电机的相对转速差,通过丝杆螺纹副,实现推盘机构的前进或后退,即翻袋或复位㊂主副电机的转速通过变频器实时控制㊂V 1㊁V 2通过转速传感器进行测量㊂翻袋或复位对应的位置信号S 1㊁S 2㊁S 3㊁S 4由位置传感器感应测量㊂当推盘机构推出到位或复位到位时,副电机停止运转,即停止推盘机构的伸缩㊂翻袋离心机的整个运行过程都是密闭的㊂翻袋离心机的优势是适合小批量㊁多批次的离心过滤工艺㊂因此,进料控制是关键㊂一般离心机的进料是通过流量计,结合进料时间进行控制㊂受物料的不均匀㊁进料波动㊁感应时间滞后等因素影响,这种控制方式误差较大㊂翻袋离心机采用杠杆式称重结构,通过杠杆原理,对前端转鼓内的物料变化进行放大,通过称重传感器精确测量,且通过阻尼消除了运行时的振动影响,能较好地对物料进料进行准确控制,使误差率在1%以内㊂翻袋离心机的主轴属于卧式㊁悬臂结构㊂主轴承在运行中承载较大,且受物料冲击㊂对此,采用温度传感器测得主轴前后两个轴承的温度T 1㊁T 2㊂主轴承温度报警值应在标准规定范围内:主轴承温升不超过45ħ;轴承温度不超过80ħ㊂当温度超过设定值时,系统报警并自动停机㊂过大的机械振动与动载荷不仅会严重影响翻袋离心机的使用寿命与可靠性,而且可能造成严重的生产事故㊂因此,在振动较大处设置振动传感器,实时监测振动速率V i ㊂当振动速率大于设定值时,为保证安全,系统报警并自动停机㊂设定的参㊃301㊃自㊀动㊀化㊀仪㊀表第43卷数为振动报警值应低于标准规定值;空载运转时振动速度不大于4.5mm /s;负载运转时振动速度不大于11.2mm /s㊂为保证两批物料无交叉,需对翻袋离心机进行无死角清洗,以达到良好生产规范(good manufacturingpractice,GMP)要求㊂翻袋离心机的清洗方式为浸泡清洗和喷淋球在线清洗,清洗彻底,无残留㊂在设备上设置液位传感器测量清洗液液位H ㊂当清洗液液位到达设定值,设备停止进液㊂当设备清洗完全后,设备自动开启出液阀,排出清洗液㊂2㊀翻袋动作的控制翻袋离心机通过控制主副电机的转速,使得内外轴系产生相对运动,进而实现翻袋式卸料动作㊂内轴系驱动原理如图3所示㊂图3㊀内轴系驱动原理图Fig.3㊀Internal shafting driving principle diagram当设备处于进料㊁过滤阶段时,内㊁外推盘与转鼓形成封闭腔体,使物料进入并且升速过滤㊁脱水㊂此时:主电机驱动转鼓旋转;滑动螺母带动丝杆作同步旋转;副电机被动旋转㊂当设备处于卸料阶段时:转鼓降速到卸料转速;副电机启动并转速超过转鼓转速;丝杆转速大于滑动螺母转速㊂这就导致滑动螺母开始向左滑动,带动推杆㊁内外推盘同步向左运动,使滤袋慢慢翻转㊁推出,从而卸除滤饼㊂当滑动螺母滑动到位时,副电机停止运转,则滑动螺母带动丝杆作同步旋转㊂滑动螺母向右滑动,使内㊁外推盘同步向右运动,直至关闭,完成复位,进入下一个循环㊂翻袋动作的快慢,通过调整主副电机之间的速度差Δn =n 主-n 副来实现㊂翻袋动作时,Δn =n 副-n 主㊂当n 主一定时,n 副ˌ(减小),Δn ˌ(减小),翻袋动作变慢;反之,翻袋动作加快,卸料时间缩短㊂翻袋完成后,复位动作时,Δn =n 主-n 副㊂当n 主一定时,n 副ʏ(增加),Δn ˌ(减小),复位动作变慢;反之,复位动作加快,复位时间缩短㊂对于均匀物料,可以通过比例积分微分(proportional integral differential,PID)算法实现恒差速控制,使翻袋动作稳定㊁可靠,且卸料时间得到优化,延长了丝杆的使用寿命㊂翻袋动作时的PID 控制原理如图4所示㊂图4㊀翻袋动作时的PID 控制原理图Fig.4㊀PID control principle diagram of turning bag通过调整主电机转速n 主,达到稳定主㊁副电机速度差的目的㊂其控制过程如下:差速(Δn 定)ʏ(增加)ңPID 控制量ˌ(减小)ң主电机变频器ʏ(增加)ң主电机转速ʏ(增加)ң差速(Δn )ˌ(减小)㊂该控制过程可使误差趋向零,保证差速稳定㊂翻袋完成后,复位动作时的PID 控制原理如图5所示㊂图5㊀复位动作时的PID 控制原理图Fig.5㊀PID control principle diagram during reset action复位动作是通过调整副电机转速n 副,达到稳定主㊁副电机速度差的目的㊂其控制过程如下:差速(Δn 定)ʏ(增加)ңPID 控制量ˌ(减小)ң副电机变频器ʏ(增加)ң副电机转速ʏ(增加)ң差速(Δn )ˌ(减小)㊂该控制过程可使误差趋向零,保证差速稳定㊂翻袋动作过程中,因为物料波动,会造成进料差异㊂但进料量较多时,有可能使翻袋动作出现卡阻,使副电机负载过大,产生停机㊁滤袋破损等状况㊂本智能控制系统设计中,通过位置传感器信号㊁主副电机转速㊁丝杆参数等数据,利用程序内部算法,智能判别翻袋卡阻,自动快速复位并再次翻袋,较好地解决了翻袋卡阻现象㊂通过应用数据整理分析,由卡阻导致的停机率基本降至1%以下㊂3㊀控制软件的设计翻袋离心机智能控制系统的程序采用S7-MicroWin Smart 软件编写,可实现以下功能㊂①系统自检:用于确定设备是否处于初始状态㊁安㊃401㊃第1期㊀机械传动双轴系翻袋离心机自动控制系统设计㊀丁建国,等全状态㊂②数据通信:实现PLC与人机界面㊁传感器㊁执行器㊁远程计算机之间的通信㊂③参数设置:通过人机界面对运行工序与参数进行设定,用于满足工艺要求㊂④模拟量输入:对温度传感器㊁位置传感器㊁液位传感器㊁转速变送器等传感器测得的数据进行收集㊁分析㊁处理㊂⑤控制程序:可实现点动控制㊁自动控制之间任意切换,方便用户对设备的控制与操作㊂⑥监控与报警:实时显示设备运行状态;当振动㊁轴承温度㊁电流等超过设定报警值时,为保证设备安全,报警并自动停机㊂控制程序中的点动控制和自动控制分别适用于生产中的不同阶段㊂在调试㊁物料选型㊁维护阶段,点动控制便于寻找最佳工况以及处理特殊工况㊂当设备最佳运行参数确定后,自动控制模式更加简单㊁方便㊂用户可在人机界面中进行手动操作,完成氮气置换㊁进料㊁脱水㊁洗涤㊁卸料㊁清洗等操作,但用户无法更改设备安全防护以及连锁程序㊂对于用户对设备进行的任何操作,系统都将先判断该操作是否满足运行条件㊂如不满足,系统将无任何操作,以避免误操作导致的生产事故㊂如:当用户在滤袋未复位时误点进料启动按钮,设备将无任何操作㊂自动控制时,用户需先在人机界面参数设置界面设置运行工序以及操作参数,开启自动运行模式,使设备自动完成全流程工作并循环操作㊂当需要停止运行时,用户按下停机按钮,使设备自动走完剩下全部流程并停机㊂当滤布需要再生时,可按下滤布再生键㊂此时,固体出料阀㊁出液阀以及进料阀自动关闭,底部清洗液进液阀自动开启,使清洗液进入设备内㊂当液位高度到达设定高度时,PLC接收到液位传感器信号,关闭清洗液进液阀,推出滤袋,并低速运转,对滤布进行浸泡再生㊂滤布再生完成后,底部出液阀开启,使滤袋复位,完成滤布清洗与再生㊂4㊀翻袋离心机在硝化棉上的应用硝化棉是一种用于生产爆炸物㊁涂料㊁胶卷和赛璐珞等产品的白色或淡黄色棉固体㊂纯硝化棉为白色纤维状固体,工业上常和其他物质混合变为不同形态以满足工业领域的需求,如加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)成为白色片状固体㊂硝化棉的密度约为1.62g/cm3,闪点为4.4ħ㊂干燥的硝化棉易自燃,在储存的过程中需增入水㊁酒精等液体来抑制其危险性㊂在硝化棉民用生产过程中多次发生燃烧㊁爆炸事故,给企业造成巨大的经济损失㊂因此,硝化棉的生产安全性也越来越受到企业关注[9-13]㊂企业采用翻袋离心机替换传统的刮刀下卸料离心机用于硝化棉的固液分离,以提高安全性㊂本文采用全自动远程控制的方式,实现生产现场无人化工作㊂采用FWZ600型号翻袋离心机进行硝化棉的脱水与洗涤㊂翻袋离心机工作流程如图6所示㊂图6㊀翻袋离心机工作流程Fig.6㊀Working process of invertible filter centrifuge图6中:i为实际洗涤次数;n为系统设定物料需要洗涤次数;j为实际处理物料批数;m为系统设定需要处理的物料总批数㊂在调试阶段,采用手动模式进行硝化棉的脱水洗涤工作,获得最佳的稳定生产工况如下㊂质量含量为10%的硝化棉水溶液以110kg/min的速度进入翻袋离心机中㊂进料时,转鼓转速为950r/min㊂进料完成后,系统进入脱水阶段㊂此时,转鼓转速提升至1350r/min;脱水60s㊂洗涤阶段:转鼓转速为950r/min;洗涤液进液速度为30L/min;进液1min㊂脱洗涤液阶段:转速提升至1350r/min,运行60s㊂卸料阶段:主电机降速至300r/min后,副电机启动,进行翻袋动作;滤饼随之脱离滤袋进入固体收集仓,滤饼约20kg,滤袋随之复位㊂经上述过程后,得到滤饼含水率为5%,达到工艺要求㊂5㊀结论本文设计了一种机械传动双轴系翻袋离心机的自动控制系统,并成功应用于硝化棉的脱水过滤工作㊂控制系统运行稳定㊁可靠㊁安全性高:采用恒差速PID控制以及位置传感器感应,实现翻袋与复位动作的稳定性与设备的安全性;采用友好的人机界面以及控制逻辑,实现一键启动㊁一键停机㊁一键滤布再生等功能,便于客户的操作㊂该设计有利于翻袋离心机的推广与应用㊂㊀㊀㊀㊀㊀(下转第110页)㊃501㊃自㊀动㊀化㊀仪㊀表第43卷4㊀测试结果及分析为验证保护装置保护动作的有效性,本文进行了多次测试,并对测试数据进行了记录㊂分别以额定电压及额定电流的10%㊁100%以及120%为电压㊁电流采样测量目标,以采样数据为基础分析保护装置的采样精度,参考低压开关设备和控制设备的相关标准(GB14048 2016),对保护装置的动作性能进行了测试㊂电压测试结果如表1所示㊂表1㊀电压测试结果Tab.1㊀Test results of the voltages三相电压10%U N/V100%U N/V120%U N/V误差/% U AC111.51138.11365.30.85 U AB116.31141.61371.50.81 U BC115.91140.91370.30.64注:U N=1140V电流测试结果如表2所示㊂表2㊀电流测试结果Tab.2㊀Test results of the currents三相电流10%I N/A100%I N/A120%I N/A误差/%I A48.5501.5602.1 1.21I B49.0501.8602.30.91I C48.6501.1601.9 1.11注:I N=500A保护装置动作测试结果如表3所示㊂表3㊀保护装置动作测试结果Tab.3㊀Action test results of protection deviceI N动作时间要求时间环境温度/ħ1.05 1.1hȡ1h201.2016.6minɤ20min201.50150sɤ180s206.006sȡ5s20注:I N=100A ㊀㊀由表1及表2中的采样结果可以看到,虽然采样的目标值在额定值附近时采样精度较高,而远离额定值时采样精度较低,但整个数据段的电压采样误差能够达到0.9%以下,电流采样误差能够达到1.21%以下,完全能够满足保护装置对采样精度的要求㊂另外,由表3可以看到,各个电流测试点都能够满足GB14048 2016标准的相关要求㊂5㊀结论本文采用了DSP28335以及双极性A/D采样芯片ADS8364,用于矿用智能电机综合保护装置的设计㊂该设计充分考虑了矿用采掘装备工频回路控制的特殊性,从硬件㊁软件以及应用等方面作了详细的介绍㊂试验结果表明,本设计在采样精度和动作时间方面均能够满足对矿用采掘装备工频回路的保护要求㊂参考文献:[1]刘艳.遥控智能抽油机井电机保护器的研制与应用[J].内蒙古石油化工,2015(Z1):18-19.[2]郭浩,李红军,陆伟青.基于MCF51EM256的智能电机保护器的设计与应用[J].自动化与传动,2014(3):58-60.[3]袁春艳.智能电机保护器在煤矿设备电机上的使用与选型[J].科技资讯,2018,16(3):110-111.[4]施慧莉,张雪娟.基于DSP的智能电机保护器设计[J].微计算机信息,2006(14):104,187-189.[5]洪炜,陈宇晨.基于采样修正的三相电机保护器的设计[J].电子科技,2017,30(2):4.[6]张石,吴岩.六通道同步采样AD芯片ADS8364在数据采集中的应用[J].中国科技论文在线,2010,5(1):41-46. 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