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江蘇大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要
碳纖維干燥致密化設(shè)備——干燥機(jī)（組）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
碳纖維的品質(zhì)在很大程度上取決于原絲。制造品質(zhì)優(yōu)異的原絲的主要制約因素有聚合體中共聚單體類型、紡絲方法及工藝、拉伸工藝、干燥致密化程度、上油工藝及油劑類型。
干燥致密化一般在上油后用熱輥或熱風(fēng)進(jìn)行干燥致密化。干燥致密化溫度越低越好，但過低，油劑不能浸入，孔隙不能削減，長時(shí)間進(jìn)行干燥致密化也不好，實(shí)質(zhì)上干燥致密化溫度在 110－190℃ 的溫度范圍較好。
本干燥機(jī)（組）采用逐步升溫的分段致密化工藝，先將水的ω為 100%－150% 的溶脹態(tài)纖維在 100－300℃ 的熱輥上干燥到水ω 30% 以下，然后再用 110－140℃ 的熱輥將纖維干燥至水ω 2% 以下，這樣對纖維進(jìn)行緩慢的致密化，可防止產(chǎn)生皮芯結(jié)構(gòu)，并可防止單絲間并絲。
本文介紹了制取高性能碳纖維原絲的關(guān)鍵設(shè)備之一——干燥機(jī)（組）的結(jié)構(gòu)組成及研究概況，對主機(jī)主要零部件：輥筒軸部件、傳動(dòng)齒輪受力情況進(jìn)行了分析研究；對輥筒軸及齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核；對軸承壽命進(jìn)行了計(jì)算；對保溫部件進(jìn)行了方案比較和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對潤滑部件進(jìn)行了潤滑方式的選擇和潤滑裝置設(shè)計(jì)及計(jì)算。
本文完成了干燥機(jī)（組）的設(shè)計(jì)和計(jì)算的整個(gè)過程，對碳纖維干燥致密化設(shè)備有了進(jìn)一步的了解和一些創(chuàng)新。
關(guān)鍵詞：碳纖維；干燥致密化；熱輥，干燥機(jī)（組）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要
The construction design of the drier(set)
Abstract
The quality of carbon fiber is directly influenced by the quality of PAN precursor.The factors that restrict the quality of PAN precursor, such as the type of polymerization monomer in the polymer, spinning method and technique, tensile technique, compacting level by drying, oiling technique and the type of oil, must be paid great attention to prepare the PAN precursor with good properties.
Compacting by drying turn to proceed with hot roller or hot breezes after oiling generally. Compacting by drying turn the temperature more low more good, but over low, oil can't dipping into it, or bore cleft can't cutting down, long hours proceeding compacting by drying turning is not better too, substantially compacting by drying turning temperature between 110℃ and 190℃ scope than good .
Cent a hot roller for finely turning craft, first aqueous ω is between100% and 150% dissolving bulge appearance fiber between 100℃ and 300℃ that this drier(set) adoption gradually heat top dry arrive 30% of water ω below, then use the hot roller between 100℃ and 140℃ to o aridity fiber to below 2% of water ω, proceed the slow-moving and fine turning to the fiber like this, can prevent to produce the skin core construction, combining can prevent single silk turn to a bunch of silk.
This paper introduced the composition and structure and the abstract of research about the the one of the original and silky key in carbon fiber in high performance equipmentses—the construction of the drier(set). We do research on the main accessories of the host, such as the Roller stalk parts, the drive wheel geard of the power under stress.We check the intensity of the axle and the surface of the gear;Proceeded the calculation to the bearings life span. proceeded to the heat preservation parts the project compare to design with the construction;to lubricate the parts proceeded the choice of the lubrication method with lubricate to equip design and calculations.
This paper completes the whole progress from the design and calculating about the drier(set). We now have a better knowledge and creative of the drier(set).
Key words: carbon fiber;compacting;hot roller;dryer( set)
目 錄
1、緒論………………………………………………………………………5
1.1碳纖維應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景…………………………………………5
1.2碳纖維后處理設(shè)備市場背景……………………………………………5
1.3本課題研究的主要內(nèi)容…………………………………………………6
2、干燥機(jī)總體設(shè)計(jì)…………………………………………………………7
2.1擬訂設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………7
2.1.1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書及工藝要求簡圖尺寸確定設(shè)計(jì)方案………………7
2.1.2確定干燥機(jī)結(jié)構(gòu)形式及傳動(dòng)方式……………………………………8
2.2技術(shù)設(shè)計(jì)和工作設(shè)計(jì)……………………………………………………9
2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖………………………………9
2.2.2主要零部件的設(shè)計(jì)及校核……………………………………………9
2.2.2.1主機(jī)部件……………………………………………………………9
（1）傳動(dòng)箱體………………………………………………………………9
（2）傳動(dòng)軸 ………………………………………………………………10
（3）干燥輥部件設(shè)計(jì)及校核 ……………………………………………10
（4）齒輪設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 ………………………………………………17
（5）軸承型號選擇及壽命校核 …………………………………………18
2.2.2.2 保溫部件…………………………………………………………18
（1）框架 …………………………………………………………………18
（2）保溫壁結(jié)構(gòu) …………………………………………………………18
（3）保溫門 ………………………………………………………………19
（4）導(dǎo)軌 …………………………………………………………………19
2.2.2.3 潤滑部件…………………………………………………………19
（1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇 ………………………………………19
（2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………20
（3）油泵選擇 ……………………………………………………………21
（4）油箱設(shè)計(jì) ……………………………………………………………21
（5）過濾裝置形式、選擇及計(jì)算 ………………………………………22
2.2.3電氣控制 ……………………………………………………………23
3、總結(jié)和展望 ……………………………………………………………26
4、致謝 ……………………………………………………………………27
5、參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………28
GZ-0000干燥機(jī)（組）設(shè)計(jì)
1、緒 論
1.1碳纖維應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景：
碳纖維號稱軍民兩用的材料之王：同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，在物理性能上具有強(qiáng)度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、GOLF球棒等體育休閑領(lǐng)域。
國際碳纖維供給難以滿足旺盛的需求：飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域是03年以來碳纖維需求快速增長的主要原因，同時(shí)由于碳纖維技術(shù)主要掌握在日本三大巨頭之中，擴(kuò)產(chǎn)估計(jì)要到07年以后能夠完成，碳纖維前景仍然看好。
我國碳纖維企業(yè)力爭突破：我國碳纖維現(xiàn)階段絕大部分依賴進(jìn)口，但華皖碳纖維、少數(shù)科研院所及山東光威集團(tuán)都力爭在碳纖維生產(chǎn)方面獲得突破。
噸凈利25萬元——碳纖維盈利分析：目前軍工級碳纖維（3-6K）的售價(jià)為200萬元/噸，民用碳纖維（12K）的售價(jià)為55萬元/噸，而碳纖維的生產(chǎn)成本為18萬元/噸，如以民用碳纖維為例，其毛利為37萬元/噸，即便加上3萬噸的營業(yè)費(fèi)用和33%的所得稅率，民用碳纖維的凈利潤也用25萬元/噸，如果考慮軍品銷價(jià)和33%的所得稅減免，則其噸凈利將達(dá)到170萬元/噸。
為了擺脫長期受制于人的局面，提高新型復(fù)合材料領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平從而促進(jìn)國防和民用工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，近年來，國家有關(guān)部委已將碳纖維技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程作為我國的一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)，并列入“863”計(jì)劃。上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)陸續(xù)成立了幾家碳纖維企業(yè)，致力于實(shí)現(xiàn)這一高技術(shù)材料的國產(chǎn)化，但到目前都沒有突破性進(jìn)展。
碳纖維，顧名思義，纖維中碳的成份占有90％以上。從分子組成來看，是屬于無機(jī)纖維。但目前主要通過有機(jī)高分子纖維后處理來獲得驅(qū)逐，后處理過程主要是要驅(qū)逐非碳元素，使之形成高度結(jié)晶的石墨結(jié)構(gòu)。對于高強(qiáng)度碳纖維T800H、T1000抗張強(qiáng)度達(dá)到6～7GPa，模量達(dá)到294GPa更是如此。有關(guān)聚丙烯睛原絲預(yù)氧化、碳化的過程比較復(fù)雜，研究的文獻(xiàn)很多。但高性能碳纖維與原絲性能的關(guān)系文獻(xiàn)中很少涉及，更沒有高性能原絲買賣發(fā)生。但幾乎達(dá)成一致的共識是：生產(chǎn)高性能碳纖維必須要有高性能原絲。同時(shí)可以認(rèn)為進(jìn)行超高分子量聚合體的制備及其干－濕法細(xì)旦高強(qiáng)PAN基原絲的紡絲成形和后處理工藝研究是當(dāng)務(wù)之急，問題的關(guān)鍵所在。
1.2碳纖維后處理設(shè)備市場背景：
當(dāng)前，除極個(gè)別單位外，大多數(shù)準(zhǔn)備引進(jìn)項(xiàng)目的技術(shù)和設(shè)備水平屬國際中下等，產(chǎn)品碳纖維也是這個(gè)檔次，引進(jìn)后的消化、吸收與創(chuàng)新是面臨的重大課題。因此，在引進(jìn)的同時(shí)應(yīng)該組織自己的技術(shù)隊(duì)伍，在消化吸收的基礎(chǔ)上求創(chuàng)新。如果只是沿著別人的腳印前進(jìn)，就永遠(yuǎn)是跟在別人后面，不會占據(jù)制高點(diǎn)。從大量國外資料可以清楚地看出，即使他們生產(chǎn)的碳纖維質(zhì)量和產(chǎn)量占據(jù)世界榜首，但其新思維、新方法、新設(shè)備、新成果仍不斷涌現(xiàn)，而不是墨守成規(guī)。日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的74％左右(表1)，而這3個(gè)公司發(fā)表的專利也相當(dāng)多。例如：東麗公司目前生產(chǎn)的碳纖維T1000，抗拉強(qiáng)度最高 ( 7.02GPa)、單絲直徑最細(xì)(5.3um)，可代表世界先進(jìn)水平，但公司最新專利報(bào)道，其實(shí)驗(yàn)室已研制出新一代碳纖維，抗拉強(qiáng)度已達(dá)到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；單絲直徑降到3.2um，比T1000細(xì)了39.6％。同時(shí)，該公司還開發(fā)截面形狀為三葉形的PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。
基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，已引起各級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)單位的重視，上下認(rèn)識一致，有的已開始實(shí)施，這是提高我國碳纖維工業(yè)技術(shù)水平的關(guān)鍵之一。目前國家“863 計(jì)劃”以及有關(guān)部委都在關(guān)心我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強(qiáng)有力的支持。許多材料和設(shè)備專家也扎扎實(shí)實(shí)的做了大量工作。無疑，“十一五”將是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時(shí)代。
1. 3本課題研究的主要內(nèi)容：
碳纖維是適應(yīng)宇航、航空、原子能等尖端工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要而研制開發(fā)的一種新材料，具有高拉伸強(qiáng)度、高拉伸模量、低密度、耐高溫、抗燒蝕、耐腐蝕、高導(dǎo)電和熱導(dǎo)、低熱膨脹、自潤滑和生物體相容性好等綜合性能，是理想的耐燒蝕、結(jié)構(gòu)和功能性復(fù)合材料組元，已成為開發(fā)各種高性能復(fù)合材料(ACM)不可缺少的原料，是發(fā)達(dá)國家夢寐以求的第四代工業(yè)原材料。
目前碳纖維的制備方法可分為兩種：一種是有機(jī)纖維前驅(qū)體法，另一種是氣相生長法。當(dāng)今工業(yè)化生產(chǎn)的主要是前者，由有機(jī)纖維（原絲）在一定的張力、溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間的預(yù)氧化、炭化處理等過程制成。
本人所在單位為中國紡織機(jī)械協(xié)會會員廠之一，長期致力于化纖后處理設(shè)備的研究開發(fā)及制造。在碳纖維原絲設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造加工上目前處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，先后為山東威海、吉林、安徽等地研究開發(fā)了21輥聯(lián)合牽伸機(jī)、蒸汽加熱箱、熱水牽伸機(jī)組、上油機(jī)、水洗機(jī)等碳纖維原絲制備設(shè)備，為碳纖維的研究開發(fā)作出了積極的貢獻(xiàn)。
西安CM復(fù)合材料研究所是中國HT集團(tuán)公司下屬單位，為研制生產(chǎn)出高性能碳纖維，與我單位簽定了部分碳纖維原絲制備設(shè)備研制協(xié)議，由我方根據(jù)其碳纖維生產(chǎn)工藝要求為其設(shè)計(jì)制造成套處理設(shè)備，干燥機(jī)是其中重要的配套設(shè)備之一。此次設(shè)計(jì)我參考了緊張熱定型機(jī)和松弛熱定型機(jī)等化纖后處理設(shè)備，結(jié)合碳纖維干燥和定型原理的特性，采用了不少新工藝和新方法，以滿足碳纖維加工工藝要求。確保經(jīng)過本干燥機(jī)處理后的碳纖維含水量降低、溫度升高、纖維內(nèi)應(yīng)力被清除、使用性能得到明顯改善，實(shí)現(xiàn)碳纖維的干燥致密化，從而得到高強(qiáng)度的碳纖維，有利于后道處理工序的進(jìn)行。
2.干燥機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1擬定設(shè)計(jì)方案：
2.1.1 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書及工藝要求簡圖尺寸確定設(shè)計(jì)方案
2.1.1.1 機(jī)構(gòu)的型式：在后處理聯(lián)合機(jī)中，熱輥干燥機(jī)是關(guān)鍵技術(shù)，涉及到干燥和定型效果，并直接影響到纖維的質(zhì)量。因此確定設(shè)計(jì)方案十分重要，結(jié)合我廠多年生產(chǎn)化纖后處理設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，并考慮到實(shí)際設(shè)備加工和制造及運(yùn)輸?shù)戎T多因素，采取將26只干燥定型輥筒分布于兩臺機(jī)上，一臺九輥機(jī)，一臺十七輥機(jī)，其中十七輥又一分為二，即由九輥+八輥組成，通過裝配結(jié)合在一起。
2.1.1.2 干燥輥的排列：輥筒布置和尺寸根據(jù)委托方提供的工藝要求確定。輥筒的排列有臥式和立式兩種。臥式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是操作簡便。立式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是占地面積較少。考慮到操作方便需要，因此采用臥式結(jié)構(gòu)。
2.1.1.3干燥輥的加熱：根據(jù)纖維的品種、旦數(shù)和加工速度等條件的不同，通常采取的加熱方式有電加熱、蒸汽加熱或油加熱等幾種，根據(jù)廠方公用工程情況，采用熱水和蒸汽加熱。由于蒸汽加熱溫度反應(yīng)迅速，測量準(zhǔn)確，所有輥筒設(shè)計(jì)均按采用蒸汽加熱方式。蒸汽加熱是利用其汽化熱，當(dāng)蒸汽壓力不變時(shí)，汽化熱高，溫度穩(wěn)定。輥筒內(nèi)可通0.0～2.5Mpa的循環(huán)飽和蒸汽，調(diào)節(jié)蒸汽壓力，以達(dá)到不同工藝溫度要求，輥筒溫度一般在110～180℃之間。蒸汽壓力達(dá)到2.5Mpa時(shí)，輥筒溫度達(dá)到最高為180℃?？捎蓽囟葯z測系統(tǒng)測得并由溫度顯示器顯示出來。蒸汽由進(jìn)氣管沿三個(gè)方向（120°均分）進(jìn)入輥筒內(nèi)，沿輥筒母線迂回加熱后由排氣管排出。
2.1.1.4干燥輥的結(jié)構(gòu)原理：通常采用的是虹吸原理。由于虹吸彎管不能承受較大的沖擊力，受到震動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力后易變形，需要經(jīng)常更換。同時(shí)虹吸管加熱時(shí)輥筒表面因旋轉(zhuǎn)造成輥筒表面溫度不均勻，而影響碳纖維的干燥和定型效果，所以我采用了本廠最新研制的另一種加熱方式——夾套式加熱，即干燥輥為可拆式結(jié)構(gòu)，用不銹鋼無縫鋼管制作，表面鍍硬鉻，借助法蘭連接在輥軸上，當(dāng)通入熱水或蒸汽加熱時(shí)，熱水或蒸汽從輥軸內(nèi)孔中的一無縫鋼管進(jìn)入，經(jīng)內(nèi)隔套加熱輥內(nèi)壁，然后從干燥輥軸孔內(nèi)另一無縫鋼管間隙內(nèi)流出，由于輥筒軸與排氣管之間有一空氣隔層，以使蒸汽不與輥筒軸直接接觸，不僅可以降低熱量損失，還能降低輥軸和箱提溫度。由于輥軸回轉(zhuǎn)，故在軸端進(jìn)出水接頭處采用新型旋轉(zhuǎn)接頭。這種加熱方式可使輥筒表面溫度恒定，誤差可控制在±0.5℃。
2.1.2 確定干燥機(jī)結(jié)構(gòu)形式及傳動(dòng)方式：
干燥機(jī)組分為兩臺設(shè)備組成，各單機(jī)結(jié)構(gòu)形式一致，以便于設(shè)計(jì)和制造，設(shè)計(jì)時(shí)將干燥機(jī)主要分為三大部分：主機(jī)部件、保溫部件和潤滑部件。
根據(jù)委托方要求和方便設(shè)備維修，確定傳動(dòng)方式為：電機(jī)——擺線針輪減速器——主機(jī)（傳動(dòng)軸——輥筒軸），這樣使得主機(jī)的結(jié)構(gòu)簡化，便于制造和檢修，擺線針輪減速器系通用標(biāo)準(zhǔn)件，質(zhì)量有可靠保證，減速系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以直接通過更換減速器來完成，不會因本干燥機(jī)組維修停車而造成整條生產(chǎn)線的長時(shí)間停止運(yùn)行，可以極大地提高生產(chǎn)效率。
2.2、技術(shù)設(shè)計(jì)和工作設(shè)計(jì)：
2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖
干燥機(jī)（組）總裝圖一張、九輥干燥機(jī)主機(jī)部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張，十七輥干燥機(jī)主機(jī)部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張。
2.2.2主要零部件的設(shè)計(jì)及校核
2.2.2.1主機(jī)部件：
（1）傳動(dòng)箱體
參照同類牽伸機(jī)箱體和根據(jù)輥筒寬度確定箱體寬度，根據(jù)纖維工藝要求和輥筒排列尺寸確定箱體長度，根據(jù)絲束進(jìn)出高度確定箱體高度。
箱體材料采用Q235-A鋼板焊接，設(shè)有油標(biāo)、放油螺塞，箱蓋（加墊），設(shè)呼吸型加油孔及箱蓋密封墊。箱體留有熱油循環(huán)的進(jìn)出口。箱體側(cè)面有觀察口（有機(jī)玻璃）?？紤]可加工性，十七輥干燥機(jī)箱體結(jié)構(gòu)一分為二，即八輥、九輥各一臺，各用一臺動(dòng)力。安裝時(shí)組合在一起，安裝在調(diào)整墊鐵上，墊鐵上設(shè)有U形槽安裝孔（用于設(shè)備調(diào)整，調(diào)整距離50mm）、高度微調(diào)孔M12，調(diào)節(jié)高度≥8mm。
（2）傳動(dòng)軸：由于輥筒軸內(nèi)要通蒸汽，所以軸后需要安裝旋轉(zhuǎn)接頭或者其它接口部件，因此增加一傳動(dòng)軸，將動(dòng)力傳遞至箱體內(nèi)。考慮到使用壽命和加工方便，傳動(dòng)齒輪尺寸大小與干燥輥軸上齒輪大小保持一致，即速比i=1：1。
（3）干燥輥部件設(shè)計(jì)及校核：
①干燥輥結(jié)構(gòu)：通常干燥輥多為懸臂式，也有采用雙支承式的，考慮到實(shí)際操作和使用方便，選用懸臂式。
軸承：進(jìn)口軸承，軸承公差等級6級。
齒輪：硬面斜齒輪（45#），螺旋角β=15°，制造精度6級。齒輪傳動(dòng)噪音≤50dB。（齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核略）
速比：箱體內(nèi)1：1 （九輥配減速器i=104，十七輥配減速器i=121）
干燥輥尺寸：φ600±0.03×400mm
1#機(jī)干燥輥內(nèi)通80℃，0.3Mpa熱水，2#機(jī)干燥輥內(nèi)通0.3Mpa蒸汽。輥筒表面設(shè)計(jì)溫度：110～180 °C。
結(jié)構(gòu)：二進(jìn)二出夾套式，外圓直槽通道夾層結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)接頭供水、汽并有回路。
運(yùn)動(dòng)精度：裝配后輥部徑向最大跳動(dòng)≤0.05mm
材料：輥部及輥側(cè)面為1Cr18Ni9Ti，軸件為45。軸的輥頸部位（輥的內(nèi)側(cè)面與傳動(dòng)箱體側(cè)面之間的一段）焊接不銹鋼夾套，夾套壁厚2.5mm?？拷稍镙佉粋?cè)的軸承端蓋也為不銹鋼材料，主要是為了防銹防腐和美觀。
表面處理：輥部表面鍍硬鉻后精磨并拋光處理，粗糙度Ra0.2，感官鏡面，鉻層保留厚度≥0.05mm。
輥筒呈懸臂式，通過雙列向心球面滾子軸承（耐高溫，大間隙）固定在箱體上。它包括封口法蘭、內(nèi)、外套、隔條、進(jìn)出水法蘭部分。內(nèi)套由無縫鋼管加工而成，外套采用不銹鋼無縫鋼管，兩者過盈量為0.30mm。由于無縫鋼管與20鋼的焊接性能好，封口法蘭、隔條、進(jìn)出水法蘭均采用20鋼。焊后回火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，并進(jìn)行氣密試驗(yàn)，耐壓2.5Mpa。輥筒外表面鍍耐磨硬鉻，鍍層厚度為0.07～0.08 mm。φ600mm表面拋光。
輥筒軸采用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理達(dá)到HB240±25，輥筒軸與輥筒采用大法蘭連接，以便于拆卸。進(jìn)、排氣管與輥筒連接處采用聚四氟乙烯板進(jìn)行密封。
②受力分析：
絲束進(jìn)入干燥機(jī)以后，經(jīng)過最初幾個(gè)干燥輥時(shí)，它會在輥筒表面打滑，隨著干燥輥數(shù)的增加，打滑呈逐漸減小的趨勢，最后以干燥輥的線速度同步前進(jìn)。
在一般情況下，越在后面的干燥定型機(jī)構(gòu)，其負(fù)載越大，所以在對輥軸進(jìn)行受力分析時(shí)，選擇第二干燥機(jī)（十七輥）作為對象。下圖為第二干燥機(jī)的受力圖。絲束繞經(jīng)第一個(gè)干燥輥后，其張力由T0逐漸減小到T1，繞經(jīng)第二個(gè)干燥輥后，其張力由T1逐漸減小到T2……由于張力漸次變小，所以在整個(gè)干燥輥筒中，前面兩個(gè)受力較大。考慮到絲束與輥筒表面間存在相對的摩擦運(yùn)動(dòng)，絲束的張力可以用下式計(jì)算出來：
T1=T0e-μα
式中：T0 ——第一牽伸輥前的絲束張力
Ｔ1——第一牽伸輥后的絲束張力
e——2.718（自然對數(shù)的底）
μ——摩擦系數(shù)
α——絲束與輥筒之間的包角
同理可得 T2=T1 e-μα
T3=T2 e-μα
……
已知T0=200Kg，μ取0.23，經(jīng)計(jì)算得α=2.705
則： T1=200×e-0.23×2.705
=200×0.537
=107.4（Kg）
有： T2=107.4×e-0.23×2.705
=107.4×0.537
=57.7（Kg）
③強(qiáng)度計(jì)算
在設(shè)計(jì)干燥定型設(shè)備時(shí)，干燥輥是一個(gè)比較重要的部件，因?yàn)樗钦麄€(gè)機(jī)器的核心，必須要對它的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，同時(shí)也要對其撓度進(jìn)行校核。
以第二干燥機(jī)的第二個(gè)干燥輥為例，作用在干燥輥上的力有：絲束進(jìn)、出牽伸輥時(shí)的張力T1、T2，牽伸輥外伸部分的重量G等，其合力設(shè)定為“P”。
其受力圖如下所示。
用圖解法，計(jì)算合力P的值。
根據(jù)絲束繞經(jīng)輥筒的前進(jìn)路線，將輥筒所受的力作用點(diǎn)假想成E點(diǎn)，如牽伸輥受力圖示，得出各作用力的方向與大小如下圖所示。
對牽伸輥的受力進(jìn)行合成，T1與T2合力為T，T與G合力為P，T1與T2已通過計(jì)算得出，而輥筒重量約為308Kg，可得P=460Kg。
C處的彎矩MC為：MC =P×l2
=P×0.4965
=460×0.4965
=228.39 KG·M
=2238.22N·m
注：l2為力P作用點(diǎn)至截面C的距離。
C處的扭矩TC為：TC=（T1-T2）×
=（T1-T2）×0.6÷2
=（107.4-57.7）×0.6÷2
=14.91 KG·M
=146.12 N·m
注：D0為干燥輥的直徑。
C處的等效彎矩M為：
M=（MC+√MC2+TC2）÷2
=（2238.22+√2238.222+146.122）÷2
=2240.6 N·m
C處的等效扭矩T為：
T=√MC2+TC2
=√2238.222+146.122
=2242.98 N·M
C處的彎曲應(yīng)力σ及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ分別為：
σ=M/W
τ=T/Wn
式中：W——抗彎斷面模量，已知軸的直徑為0.17米，內(nèi)孔0.06米，其
值W=π(D04-d04)
=π×(0.174-0.064)
=4.75×10-4m3
Wn——抗扭斷面模量，其值
Wn= (D04-d04)
=×(0.174-0.064)
=9.5×10-4m3
則有：
σ=2240.6÷（4.75×10-4）
=4.71×106（N/m2）
=4.71 N/mm2
τ=2242.98÷（9.5×10-4）
=2.36×106（N/m2）
=2.36 N/mm2
查表知，對于45#鋼：［σ］=54 N/mm2
［τ］=30～40N/mm2
根據(jù)計(jì)算所得的危險(xiǎn)截面應(yīng)力小于所用材料的許用應(yīng)力，因此軸的強(qiáng)度足夠。
④撓度計(jì)算：
干燥輥外伸端的撓度，一般由以下四個(gè)部分的撓度迭加而成，即：
a、由于載荷P引起D處的撓度δ1為：
δ1= （x-l1）［2l1l2+3l2(x-l1)－（x-l1）2］
=（1.015-0.731）×［2×0.731×0.4965+3×0.4965×（1.015-0.731）－（1.015-0.731）2］
查得彈性模量E=2.1×1010Kg/m2;
而 慣性矩J=π×(0.174-0.064)÷64=4.04×10-5（m4）
X—支承A至截面D的距離；
l1—兩支承間的距離；
代入，得δ1=2.74×10-5（m）
≈0.0274mm
b、載荷P引起D處的轉(zhuǎn)角θ1為：
θ1=（P×l22/2EJ）×［1+－（）2］
=(P×0.49652÷2EJ)×［1+－（）2］
其中，L為干燥輥長度，
代入，得θ1=5.34×10-5
由于轉(zhuǎn)角θ1而產(chǎn)生的形變增量δ2為：
δ2=θ1×L
=θ1×0.425
=2.27×10-5（m）
=0.0227mm
c、將干燥輥筒看成受均布載荷P/L的懸臂梁，干燥輥外伸端的撓度δ3為：
δ3=P×L3/8EJ
=P×0.4253÷8EJ
代入，得 δ3=0.0052mm
d、作用在第二干燥輥和相鄰各輥筒上的絲束張力差，產(chǎn)生齒輪B上的各周向力。它們沿力P方向的分力為F，在點(diǎn)D產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ2為：
θ2=
=F×0.54×（0.191+0.54）÷0.731÷6EJ
通過圖解法（見下圖），求出F的大小。
F=160.02 Kg
代入，得 θ2=1.69×10-5
由于轉(zhuǎn)角θ2而產(chǎn)生的形變量δ4為：
δ4=-θ2×（L+x－l2）
=-θ2×（0.425+1.015－0.4965）
=-1.59×10-5（m）
=-0.0159mm
牽伸輥外伸端的總撓度δ為：
δ=δ1+δ2+δ3+δ4
=0.0274+0.0227+0.0052-0.0159
=0.0394mm
一般情況下，在不計(jì)滾動(dòng)軸承處的間隙時(shí)，輥長不超過1米的輥筒，其外伸端的最大撓度若小于0.5毫米，則符合要求。
通過以上計(jì)算，干燥輥部件的強(qiáng)度及撓度，均符合安全規(guī)范。
（4）齒輪設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》-高等教育出版社）：
①計(jì)算齒輪的工作轉(zhuǎn)矩T1：
T1= T2=9.55×106ηb=9.55×106××0.99
=5.72×106N·mm=5720 N·m
②齒輪材料 ：硬面斜齒輪（45#），螺旋角β=15°。σs=539N/mm2
根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的最低硬度HRC45，查機(jī)械設(shè)計(jì)附錄圖8-1C的M線，取σHlim=970N/mm2
③計(jì)算主要參數(shù)：因?yàn)檩侀g距已經(jīng)由工藝限定，因此確定齒輪直徑需要按照工藝尺寸計(jì)算，參考表8-6，取mn=6，齒數(shù)Z1= Z2=d/m·cosβ≈112，齒寬b1=b2=80 mm
精確計(jì)算兩齒輪分度圓直徑d1=d2=695.7mm；
圓周速度V==0.46m/s
考慮到齒輪傳動(dòng)噪音≤50dB，所以仍然采用6級制造精度。
④接觸疲勞強(qiáng)度校核：
許用應(yīng)力 σHp=σHlimZNZWZfZx/SH
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1= N2=20×300×8×60×1500=43.2×108
參照圖8-28，ZN1=ZN2=1；取ZW=1，Zf=0.85，Zx=1，SH =1.05
故σHp1=σHp2=785 N/mm2
接觸應(yīng)力
σH= ZEZεZHZβ√（／）·
ZE=189.8N1/2/mm;ZH=2.47; KA=1.1;vz/100=0.46×112/100=0.52，由圖8-44，Kv=1.04；由圖8-16，Kβ=1.27；由圖8-22，εα≈1.01，得Zε=（1/εα）1/2=0.995；Zβ=（cos15°）1/2=0.983。
σH= 189.8×0.995×2.47×0.983×
√（／）·
=135.65 N/mm2≤σHp，故安全。
⑤彎曲疲勞強(qiáng)度校核
查附錄圖8-2c的M線，σFlim1=σFlim2=235 N/mm2。ZV1= ZV2=Z1/cos3β
=112/ cos315°=124.27，由圖8-25及圖8-26，YF1= YF2=2.15，YS1= YS2=1.83。
σFlim1/ YF1YS1=σFlim2/ YF2YS2=235/2.15×1.83=59.73
許用應(yīng)力
σFp1=σFp2=σFlim1YSTYN1YδYRYx/SF
由圖8-29，YST=2.0，YN1=1，Yδ=1，YR=1，Yx=1，SF=1.42。
σFp1=σFp2=σFlim1YSTYN1YδYRYx/SF=235×2.0×1×1×1×1/1.42
=331 N/mm2
彎曲應(yīng)力
σF1=σF2=（2KAKVKβKαT1/bd1mn）×YFYSYεYβ
KA=1.1；KV=1.04； Kα=1.06；由圖8-16，Kβ=1.27； YF1=2.58；由圖8-26，YS=1.61；Yε=0.25+0.75/εα=0.99；Yβ=1-β/120°=0.875
σF1=σF2=[2×1.1×1.04×1.06×1.27×5720000/（80×695.7×6）×2.58×1.61×0.99×0.875=189.84 N/mm2≤σFp1，故安全
通過以上計(jì)算，可以得出齒輪的強(qiáng)度完全符合使用要求。
（5）軸承型號選擇及壽命校核：（參考資料：《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》）
①傳動(dòng)軸軸承：選3624型軸承。軸承壽命校核（略）
②干燥輥軸軸承：前軸承選3534型，后軸承選用3528型?？紤]到前軸承受載最大，承受主要負(fù)荷，選擇對其進(jìn)行壽命校核。
查表25-22得Cr=705000N，Cor=745000N。
由前計(jì)算結(jié)果知軸承承受的徑向負(fù)荷
Fr=（2000×5720/695.7cos15°）×tan20°/cos15°+（460+210+135）×9.8=14303N,
軸向負(fù)荷
Fa=（2000×5720/695.7cos15°）×tan15°=4561N。
考慮生產(chǎn)能力擴(kuò)大提高空間，對所有負(fù)荷均乘以2.0系數(shù)計(jì)算。
已知軸的轉(zhuǎn)速n=1500/121=12.4r/min。軸徑d=170mm，載荷平穩(wěn)，要求軸承壽命為20年（20×365×24=175200h），現(xiàn)校核軸承壽命。
因Fa/ Cor=0.0124，由表25-22查得e≈0.20
由于Fa/ Fr=4561/14303=0.32＞e≈0.20
由表25-22查得 X=0.56 Y=3.0
當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為Pr=XFr+YFa=0.56×14303×2+3×4561×2=43386N
由表25-11，當(dāng)n=12.4r/min，Cr/Pr=705000/43386=16.3時(shí)，查得
L10h=300000 h＞175200h
滿足要求，故前軸承應(yīng)用3534型軸承。
2.2.2.2保溫部件：
（1） 框架：用10#槽鋼焊接而成，通過螺栓與傳動(dòng)箱體聯(lián)接固定在一起。
（2） 保溫壁結(jié)構(gòu)：干燥室的各向保溫壁為空心夾結(jié)構(gòu)，內(nèi)部加筋以增加整體強(qiáng)度，內(nèi)襯保溫材料——超細(xì)玻璃棉；保溫壁內(nèi)外表面由不銹鋼板制造，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為碳鋼材料。所有干燥輥均置于干燥室內(nèi)，干燥室相對密閉，尤其保溫部件與箱體銜接處均填上石棉布?？拷稍镙佉粋?cè)的傳動(dòng)箱體側(cè)面有不銹鋼夾層結(jié)構(gòu)的保溫壁。干燥室的頂棚為保溫結(jié)構(gòu)，開有排氣孔，并配閉合蝶閥。干燥室兩側(cè)面為不銹鋼夾層保溫結(jié)構(gòu)，分別根據(jù)委托方要求開有進(jìn)絲、出絲口，方便操作。
（3）保溫門：干燥室正面設(shè)計(jì)為若干扇保溫門，其中九輥為5扇門、17輥為8扇門，門的運(yùn)動(dòng)方向與輥軸線方向一致，門的運(yùn)動(dòng)行程設(shè)計(jì)為2000mm，閉合狀態(tài)下門的內(nèi)壁與干燥輥外側(cè)面距離小于120mm，這主要考慮到打開后箱內(nèi)溫度較高而操作人員需要到中間操作的狀況，保溫門上設(shè)有把手。
方案Ⅰ：軌道在地面上，門下裝有滾輪，可沿軌道前后推拉 (圖略) 。
方案Ⅱ：導(dǎo)軌在上面，門上方裝滾輪，懸掛在頂架上，可沿軌道前后推拉。
兩種方案比較：
方案Ⅰ的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，操作方便；缺點(diǎn)是軌道在地面上，操作人員在上面迅速行走不便，影響生產(chǎn)線運(yùn)行，而且時(shí)間長了地面軌道上容易積累雜物，造成移動(dòng)門開關(guān)困難。
方案Ⅱ的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜些、成本增加，優(yōu)點(diǎn)是同樣操作方便。同時(shí)軌道在上方，不會影響到操作人員的行走、工作，且不容易有雜物進(jìn)入。
兩種方案比較，采取第Ⅱ種方案。
（4）導(dǎo)軌：考慮到距離較長，且所有保溫門均懸掛在導(dǎo)軌上，因此采用無縫鋼管與矩形鋼管聯(lián)結(jié)在一起的焊接結(jié)構(gòu)，無縫鋼管起導(dǎo)向作用。矩形鋼管起加強(qiáng)剛性和防止變形作用。
2.2.2.3潤滑部件
（1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇：
由于稀油潤滑一般來講摩擦系數(shù)低，選擇具有冷卻作用，而且不必拆開機(jī)件就可更換潤滑油?？紤]到干燥機(jī)溫度高和委托方廠房的實(shí)際情況，采取兩臺設(shè)備共用熱油冷卻循環(huán)裝置（稀油潤滑站，含循環(huán)管路系統(tǒng)）一套，集中連續(xù)壓力潤滑方式。稀油潤滑站外置，由油箱、油泵、過濾器、閥等組成，通過管子輸送定量的潤滑油到干燥機(jī)內(nèi)各潤滑點(diǎn)。
（2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：
①潤滑油的選擇：由于循環(huán)潤滑系統(tǒng)要求潤滑油抗氧化安定性較高、機(jī)械雜質(zhì)要少，以保證系統(tǒng)長期的清潔。根據(jù)設(shè)備的工作范圍（運(yùn)動(dòng)速度、載荷大小、運(yùn)動(dòng)情況）、周圍環(huán)境（溫度、潮濕條件、塵屑狀況）、摩擦副表面（間隙、加工精度、表面位置）等因素，通常選用普通國產(chǎn)機(jī)械油。國產(chǎn)機(jī)械油是一種工業(yè)用中質(zhì)潤滑油，廣泛用于紡織工業(yè)的紗錠、各種機(jī)床及其它各種機(jī)械的潤滑。根據(jù)潤滑油泵類型可選用運(yùn)動(dòng)粘度50厘斯左右的50 #機(jī)械油：HJ-50 GB443-64 。但由于干燥機(jī)工作溫度較高，環(huán)境溫度在38-80℃之間，考慮到設(shè)備高溫條件的狀況，所以選用4402-1號熱定型機(jī)潤滑油，此潤滑油具有良好的高溫性能和材料適應(yīng)性，無毒，不腐蝕金屬，并可與酚醛石墨綢紋板匹配使用，在高溫條件下結(jié)焦極少，適宜于印染工業(yè)熱定型機(jī)的針鏈及其它類似機(jī)械的潤滑，使用溫度可達(dá)220℃ [18]。
②耗油量Q：
Q=∑Q1+∑Q2+∑Q3
齒輪嚙合處耗油量Q1=
齒輪傳動(dòng)摩擦損失所產(chǎn)生的熱量TS1=860（1-η1）N=860（1-0.98）×7.5=129（千卡/小時(shí)）
箱體表面排散至周圍空氣中的熱量TC，根據(jù)散熱表得58千卡/小時(shí)；
潤滑油的比熱Cy≈0.45千卡/公斤·度；
潤滑油的重度ry≈0.88公斤/升；
潤滑油的溫升△t允許值取14度；
潤滑油的利用系數(shù)Ky≈0.65。
因此Q1==25.07升/小時(shí)
軸承耗油量Q2=
軸承摩擦損失所產(chǎn)生的熱量TS2=860（1-η2）N=860（1-0.99）×7.5
=64.5（千卡/小時(shí)）
Q2==22.78升/小時(shí)
潤滑油飛濺或攪動(dòng)時(shí)的耗油量Q3=
潤滑油飛濺或攪動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量TS3=860（1-η3）N
=860×（1-0.98）×7.5=129（千卡/小時(shí)）
Q3==45.56升/小時(shí)
所以耗油量Q=∑Q1+∑Q2+∑Q3
=25.07×26+22.78×58+45.56×3
=2109.74（升/小時(shí)）=35.16升/分
考慮到干燥輥軸內(nèi)有蒸汽通道，造成運(yùn)行過程中溫度升高，需要冷卻降溫，因此將計(jì)算出的耗油量Q乘以1.5的系數(shù)，即總耗油量為52.74升/分。
③油管直徑及油流速度的確定（略）
（3）油泵選擇：
根據(jù)總耗油量Q選擇低壓齒輪油泵，規(guī)格Q=63升/分，工作壓力25公斤/厘米2，配3.3KW電機(jī)（1450r/min），可以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。
設(shè)計(jì)上，配兩臺齒輪油泵，其中一臺輔助或備用。
（4）油箱設(shè)計(jì)：
油箱主要用途是貯油，同時(shí)起沉淀、散熱和散發(fā)氣體作用。
參照設(shè)計(jì)手冊，Q=63升/分油泵通常配置油箱容量為1.25m3，結(jié)合委托方提供油槽基礎(chǔ)尺寸參數(shù)：[3200長（沿傳動(dòng)箱體長度方向）×1000寬×800深， “1000寬”尺寸不允許變化，其長、高可自定]，確定油箱尺寸： 2.8m長×0.9m寬×0.78m高。
油箱中設(shè)置有吸油濾油器，注油器也設(shè)有過濾裝置。油箱底部作成適當(dāng)斜度5°，安設(shè)放油塞，以方便清洗。油箱側(cè)壁設(shè)計(jì)有油位指示計(jì)，指示油位高低。油箱上設(shè)有通氣孔，保證在最大吸油量和回油量時(shí)能在正常氣壓下供油。吸油管與回油管遠(yuǎn)遠(yuǎn)隔開，吸油管離箱底距離≥2倍管徑，距箱邊≥3倍管徑。為防止回油時(shí)帶入空氣，回油管插入最低油面以下，距箱底距離≥2倍管徑，油的排口面向箱壁，管端斜切成45°。吸油側(cè)和回油側(cè)用隔板隔開，以分離回油帶來的氣泡與贓物。油箱內(nèi)壁涂刷耐油涂料，以防銹、防冷凝水。
（5） 過濾裝置形式、選擇及計(jì)算：
①過濾要求：一般過濾器的過濾精度可分為四類：粗的（d≥0.1毫米），普通的（d≥0.01毫米），精的（d≥0.005毫米），特精的（d≥0.001毫米）。為了避免由于相對運(yùn)動(dòng)引起雜質(zhì)對零件的磨損，要求油液中的雜質(zhì)必須小于油膜的厚度，而油膜的厚度取決于油的粘度、作用力及其產(chǎn)生的壓力和相對運(yùn)動(dòng)零件的速度。
②濾油器的選擇和計(jì)算
根據(jù)選擇濾油器的基本要求：過濾精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求；過濾能力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，并具有一定的裕度。安裝在油泵吸入側(cè)的濾網(wǎng)，其過濾能力約為泵容量的兩倍以上；容易清洗和更換；價(jià)錢低廉等。本干燥機(jī)選擇方格式金屬濾網(wǎng)過濾裝置，網(wǎng)號150目/英寸，有效面積34.6%。
實(shí)際濾網(wǎng)面積S=5×96×800/100=3840cm2則有效過濾面積為：
A=3840×34.6%=1328.64 cm2
所以過濾流量Q=A·α·Δp/η=1328.64×1.1×1/（800×0.4）
=4.567L/S=274L/min
計(jì)算結(jié)果表明：濾油裝置過濾流量大于兩臺Q=63升/分油泵流量的兩倍，因此符合設(shè)計(jì)規(guī)定和使用要求。
2.2.3電氣控制設(shè)計(jì)：
（1）電機(jī)控制方式選擇：變頻調(diào)速是通過變頻技術(shù)把50Hz的工頻電源變換成頻率可以改變的交流電源，從而調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一種方法，是目前交流電動(dòng)機(jī)一種較好的調(diào)速方法。它既能在寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，又可獲得良好的運(yùn)行特性，是現(xiàn)代傳動(dòng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。本干燥機(jī)（組）動(dòng)力為三臺7.5KW交流電機(jī)，采用變頻調(diào)速，可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)同步要求和變速需要。
（2）三相電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理分析：
下圖中T1-T6組成三相逆變器，U相、V相和W相參考電壓分別為Uru、Urv、Urw，它們對三角波進(jìn)行脈寬調(diào)制，得到逆變電路的一組控制電壓UG1、UG3、UG5，分別驅(qū)動(dòng)功率管T1、T3、T5；另一組互補(bǔ)電壓UG2、UG4、UG6分別與UG1、UG3、UG5反向，分別驅(qū)動(dòng)T2、T4、T6。當(dāng)T1與T4導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud；當(dāng)T2與T3導(dǎo)通時(shí)，uUV=-Ud；uVW和uWU可類似地求得。于是可以畫出變頻器輸出電壓（即電動(dòng)機(jī)輸入電壓）uUV、uVW、uWU的波形圖。從電壓波形圖可以看出，電動(dòng)機(jī)輸入端等效電壓為正弦三相電壓。該三相電壓的頻率可以通過調(diào)節(jié)三相正弦參考電壓的頻率來改變。因此只要改變?nèi)鄥⒖茧妷旱念l率，就可以對三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。
變頻電路中驅(qū)動(dòng)逆變器的正弦波脈寬調(diào)制控制電路已大量采用數(shù)字集成電路，它具有功能全、可靠性高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，同時(shí)還有完善的保護(hù)以及程序控制等功能，給應(yīng)用帶來了極大的方便?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻技術(shù)已經(jīng)互相融合，并形成一體化的變頻裝置。
（3）變頻器控制及接線：本機(jī)控制電路采用目前化纖設(shè)備廣泛采用的變頻控制技術(shù)。根據(jù)我廠多年實(shí)踐使用，控制精度高，調(diào)速方便，廣泛適合各種纖維的不同工藝速度要求。一般根據(jù)用戶情況可選用國產(chǎn)或進(jìn)口變頻器，如藍(lán)波希島、三肯、富士、三菱、松下等。經(jīng)與委托方商定，本干燥機(jī)（組）選用富士變頻器。以下為富士系列交流變頻器的內(nèi)部方框圖及外部接線圖。圖中主電路中包括整流器和由IGBT構(gòu)成的逆變器。以16位微處理器為中心的控制電路具有產(chǎn)生三相準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號、過電流和欠電壓保護(hù)、轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)向改變、轉(zhuǎn)速指示和通信等多種功能。
該系列變頻器能驅(qū)動(dòng)1.1～11.0KW的三相異步電動(dòng)機(jī)。其輸入電壓有三相200～230V和380～460V兩種，電源頻率為50/60Hz。輸出電壓在0～輸入電壓范圍內(nèi)可調(diào)，輸出電壓頻率在0.01～400Hz范圍內(nèi)可進(jìn)行編程調(diào)節(jié)。變頻器的輸出電壓是輸出頻率的函數(shù)，輸出電壓和頻率的比率可由用戶編程設(shè)定。
變頻器的接線方法如圖所示。變頻器的R、S、T端接三相交流電源，U、V、W端接三相異步電動(dòng)機(jī)。其輸入控制功能包括起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)和速度預(yù)置（可以利用開關(guān)1、2、3的不同組合在0～400Hz范圍內(nèi)，設(shè)置七個(gè)預(yù)定頻率）。還可以接受遠(yuǎn)程電位器輸入、直流0～10V或4～20mA的模擬信號輸入，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。變頻器能提供兩路可設(shè)定的輸出信號，一路為繼電器觸點(diǎn)輸出，另一路為晶體管集電極開路輸出，并提供一路直流0～10V的模擬信號輸出（用于表示頻率）。通過串行接口外接的通信模塊可以將變頻器和上位控制站相連進(jìn)行通信。人機(jī)接口模塊（手持編程器）一方面可用于對變頻器進(jìn)行編程（輸入編程信號），另一方面可用于顯示變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和診斷數(shù)據(jù)。
由于可編程序控制器PLC可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，因此用PLC對整條碳纖維生產(chǎn)線的多機(jī)實(shí)行自動(dòng)控制，確保設(shè)備同步運(yùn)行的工藝速度要求。合同及技術(shù)協(xié)議中整條線的電氣控制明確由委托方自己承擔(dān)，這里不再加以論述。
3、總結(jié)和展望：
本干燥機(jī)吸取了國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，三個(gè)部件的設(shè)計(jì)均在滿足使用要求的情況下進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。其中設(shè)計(jì)過程中對干燥輥進(jìn)行了樣輥的試研制，并在上海石化和上海聯(lián)吉公司的腈綸和丙綸后處理生產(chǎn)線實(shí)地試用，結(jié)果表明干燥輥面溫度及均勻度誤差控制在0.5℃以內(nèi)，達(dá)到了同類進(jìn)口輥的要求，而且預(yù)熱時(shí)間比進(jìn)口輥縮短了半個(gè)多小時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)絲束通過干燥定型，產(chǎn)品品質(zhì)顯著提高，斷裂強(qiáng)度（CN/dtex）≥5.9，達(dá)到了優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，得到用戶的高度評價(jià)。相信本干燥輥對于碳纖維的干燥定型也一定會起到良好的效果和作用，今后將在不斷吸取用戶意見的同時(shí)，進(jìn)一步提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
展望未來，航空、風(fēng)力發(fā)電推動(dòng)碳纖維需求日益增長，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械制品對于碳纖維等高端材料的需求也在不斷增長，碳纖維除了一些優(yōu)于金屬材料的性質(zhì)外，還具有耐腐蝕性，減輕質(zhì)量，便于現(xiàn)場安裝等優(yōu)點(diǎn)。在汽車領(lǐng)域可以替代鋼材，制造CNG瓶、保險(xiǎn)桿、底盤等汽車配件，使汽車質(zhì)量降低40%以上，從而節(jié)省燃油7%，符合有效節(jié)能的未來發(fā)展優(yōu)勢。由此可見，進(jìn)行碳纖維碳化、石墨化設(shè)備及后處理裝置設(shè)備的工程化開發(fā)具有廣闊的發(fā)展前景，今后對于這些設(shè)備的研制開發(fā)、形成規(guī)?；a(chǎn)能力、在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低成本，將進(jìn)一步推動(dòng)不斷發(fā)展的市場需求。目前，國內(nèi)研究開發(fā)以及生產(chǎn)碳纖維的呼聲很高，發(fā)展趨勢令人鼓舞，為此，碳纖維相關(guān)設(shè)備的研制也一定具有廣闊的發(fā)展前景。我們要以適應(yīng)時(shí)代需求，生產(chǎn)出更佳產(chǎn)品為目標(biāo)，遵照國家“十一、五”規(guī)劃要求，按照可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀不斷創(chuàng)新，擴(kuò)大能力，提高產(chǎn)品性能，開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，為我國的國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)添磚加瓦。
4、致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了指導(dǎo)老師張斌副教授的大力關(guān)照和精心指導(dǎo)，班主任唐娟老師和機(jī)電系其他老師也給予了不少幫助和支持，在此表示衷心的感謝！這次設(shè)計(jì)曾赴有關(guān)工廠、設(shè)計(jì)院和科研單位進(jìn)行調(diào)查考察，聽取意見，在此謹(jǐn)向協(xié)助我的單位和有關(guān)同志表示深切的謝意！
由于本人水平有限，加上目前碳纖維的研制尚處于起步發(fā)展的階段，其后處理設(shè)備的研還不太成熟，設(shè)計(jì)中的一些缺點(diǎn)和局限性在所難免，懇請考核老師提出批評和建議。
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