塑料片材中心收卷机总体结构设计.doc

摘 要

在对塑料片材中心收卷机的功能及性能的分析基础上，同时参阅了大量的资料，制定了塑料片材中心收卷机的总体结构设计。利用电液比列液压系统实现收卷辊与驱动辊间的正压力恒定和薄膜的翻转换卷。驱动辊两端安装带座的调心球轴承用来消除轴承座孔的同轴度误差、安装误差或挠曲变形等影响驱动辊与收卷辊平行接触的因素。利用气缸锁紧气涨轴上的轴承外圈，使膜卷换卷方便。利用了作图法确定了各主要部件的位置，为机构尺寸计算和图纸设计工作提供了设计依据和基础。最后用AutoCAD绘制二维工程图。

关键词：塑料片材；收卷机；自动换卷；气缸

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Abstract

Based on analyzing the function and performance of the plastic sheet center rewinding machine on，at the same time，refer to a large number of data，making the overall structure design of the plastic sheet center winder. The turning roll roll and drive conversion constant normal stress and film roll between the use of the hydraulic system of the electro-hydraulic proportional. Influence factors of driving the self-aligning ball bearing and seat installed at both ends to eliminate the bearing seat hole coaxiality error，installation error and flexural deformation parallel driving rollers in contact with the winding roller. Locking up the outer ring of the bearing on the shaft gas by cylinder，so that the film roll changing easy. Using the mapping method to determine the position of the main components，provides the design basis and the foundation for the organization size calculation and drawing design work. Finally using AutoCAD drawing two-dimensional engineering drawings.

Keywords：Plastic sheet； winding machine； the automatic volume cylinder；

目 录
第1章 绪论 1
1.1 薄膜收卷机的研究背景 1
1.2 薄膜收卷机的研究意义 1
1.2.1 薄膜的质量要求 1
1.2.2 收卷机 2
1.3 收卷机的发展概述 2
1.3.1 收卷机的发展和应用现状 2
1.3.2 收卷机分类和选型原则 2
1.4 薄膜收卷机的研究现状 5
1.4.1 收卷张力控制 5
1.4.2 生产装置的高度自动化 6
1.5 课题研究主要内容 6
第2章 塑料片材收卷机方案设计 8
2.1 设计目标和设计思路 8
2.2 驱动方案的设计 8
2.3 收卷辊与驱动辊间正压力控制 错误!未定义书签。
第3章 收卷芯轴的设计与研究 错误!未定义书签。
3.1 无缝可胀收卷芯轴的设计 错误!未定义书签。
3.1.1设计要求 错误!未定义书签。
3.1.2方案一 错误!未定义书签。
3.1.3方案二 错误!未定义书签。
3.1.4两种方案比较 错误!未定义书签。
3.2 无缝可胀收卷芯轴的运动研究 错误!未定义书签。
3.2.1内锥套的参数研究 错误!未定义书签。
3.2.2胀瓦的运动研究 错误!未定义书签。
3.2.3收卷芯轴运动研究 错误!未定义书签。
第4章 收卷机机械结构设计 错误!未定义书签。
4.1 驱动辊、摆臂、液压缸、过渡辊相对位置确定 错误!未定义书签。
4.1.1摆臂长度的确定 错误!未定义书签。
4.1.2驱动辊位置确定 错误!未定义书签。
4.1.3过渡辊位置选择 错误!未定义书签。
4.1.4液压缸固定端和活动端位置的确定 错误!未定义书签。
4.2力矩电机的选型 错误!未定义书签。
4.2.1驱动力矩的粗略计算 错误!未定义书签。
4.2.2 力矩电机的选型 错误!未定义书签。
4.3同步带设计 错误!未定义书签。
4.3.1同步带选型 错误!未定义书签。
4.3.2同步带设计计算 错误!未定义书签。
4.4驱动辊设计 错误!未定义书签。
4.5气涨轴设计 错误!未定义书签。
4.5.1气涨轴概述 错误!未定义书签。
4.5.2气涨轴定制 错误!未定义书签。
4.6摆臂设计 错误!未定义书签。
4.6.1摆臂各零件的尺寸确定 错误!未定义书签。
4.6.2摆臂的结构设计 错误!未定义书签。
4.7过渡辊设计 错误!未定义书签。
第5章 液压系统的设计 错误!未定义书签。
5.1明确设计要求 错误!未定义书签。
5.2配置执行元件 错误!未定义书签。
5.3液压系统主要参数计算 错误!未定义书签。
5.3.1预选系统设计压力 错误!未定义书签。
5.3.2最大拉力计算 错误!未定义书签。
5.3.3支撑臂重力计算 错误!未定义书签。
5.3.4最大推力分析 错误!未定义书签。
5.3.5液压缸的选型 错误!未定义书签。
5.3.6拟定液压系统原理图 错误!未定义书签。
第6章 各部件校核 错误!未定义书签。
6.1驱动力矩的精确计算 错误!未定义书签。
6.2减速机的校核 错误!未定义书签。
6.3滚筒校核 错误!未定义书签。
6.4摆臂校核 错误!未定义书签。
结论 错误!未定义书签。
致谢 错误!未定义书签。
参考文献 错误!未定义书签。

第1章 绪论
收卷机是一种在包装、化工、造纸、纺织、印刷、印染行业广泛使用的，用于为被加工薄膜、纸张、布匹等柔幅材料提供动力并最终将其卷成产品幅卷的机械设备。在尽可能提高轧辊的速度。为了同时获得最大容量，实现精确控制，以确保处理及缠绕质量。目前，国外的薄膜缠绕机的运行速度已超过600米/分钟，而国内尚在200米/分钟左右[1]。收卷机设计理论已成为急需解决的问题，但这项工作还没有引起足够的重视。然而，这些研究大多是从发展机电控制技术的角度来看，是不是与收卷机的类型和结构的发展相一致。有鉴于此，本论文对薄膜翻转收卷和收卷辊与驱动辊间正压力恒定进行研究，为提高翻转收卷薄膜收卷机的正压力控制精度提供理论依据[2]。
1.1 薄膜收卷机的研究背景
薄膜收卷机是在厂家生产好薄膜后，为方便存储和用户使用，对薄膜进行收卷加工的机械设备。其在国内外都有比较完善的设备，但是各有各的优点。国外薄膜收卷机的收卷速度和收卷质量都优于国内。现在就国外几种收卷机做简单介绍，让我们更能了解收卷机。首先，加拿大Macro工程与技术公司推出了Macrotpent11250型号堆叠转位式收卷机，可装配在多模卷的拉伸薄膜生产线上，膜卷芯轴的直径达3英寸，最大的膜卷外径可达12英寸。这集可卷最大宽度为100英寸的拉伸膜辊装置，和每个这些卷轴可以缠绕在10英寸宽膜20膜卷。为了便于薄膜卷芯轴快速拆卸和安装，每一芯轴设计悬臂式。当主轴停止转动。每个门会自动打开，旋转架到正常位置卸卷膜。重新安装在芯轴上，根据门控制开关，自动膨胀心轴。这种设备的收卷率为600r/min，其张力控制可低至0.251b/min，在国内，广东金明塑胶设备有限公司研制的WZ系列折叠的薄膜收卷机。该机的最大收卷速度为30m/min，折叠宽度为500mm—700mm；最大收取宽度为5米和7米。WZ系列折叠式收卷机配有高速自动切膜送膜装置，可在不停机的情况下进行切膜和换膜的连续作业。在机上还有特殊的稳定装置，可以保证收卷机准确性。整机采用PLC控制，交流电驱动[2]。。
1.2 薄膜收卷机的研究意义
1.2.1 薄膜的质量要求
铸膜是由熔体淬火生产铸件图纸，非定向薄膜。其特点是生产速度快，产量高，透明，光泽度好，厚度均匀性好，一个出色的平衡性能。随着我国经济和消费水平的提高，铸膜的生产和发展有进一步扩大。我国流延膜生产线模型从单层到多层，从发展到多功能生产线宽度2500mm宽[3]。铸膜卷胶片的质量要求，力的平衡，表面清洁，不圆度误差小。流延膜生产线从铸轧辊辊通过的几个过程，最多不超过三十米的总长度，以保证薄膜应力全行统一，是提高薄膜的质量和产品的外观至关重要。滚动薄膜应力松弛不利于薄膜，滚动，粘附薄膜，薄膜型冷现象出现后。但是，缠绕膜力太小，松动圈的体积，减少带来的麻烦。所以卷片装置在整个生产线起着非常重要的作用， [4]。
1.2.2 收卷机
一种绕线机，属于在冶金，造纸，印染，化纤，纺织印染工业中广泛使用的[5]。当滚动体的薄膜，纸，布，因为这种材料具有长度大于宽度，宽度比厚度大。和弯曲强度较低的共同特点，所以他们常常被称为软、宽板轧机。卷取机对物料运动的软件和最终被卷成一卷的符合要求的产品提供电源。在各种最复杂的薄膜缠绕柔软宽板轧制[6]。这是因为：（1）塑料薄膜的品种很多，树脂的原料配方，具有复杂多变的薄膜性能。绕线表现出不同的特点和要求；（2）滚动薄膜被加工对象为运动传动部件和力的传递，本身不是一个刚体。也不是一个纯粹的弹性体，具有粘弹特性强，更复杂的动力和运动特性；（3）对成品膜材料，客户维度，如薄膜卷松紧度和透明度的外观要求是不同的，曲折的方法也应进行相应的调整。（4）薄膜是共同生活的日常生活，高需求和高质量的要求[7]。
1.3 收卷机的发展概述
1.3.1 收卷机的发展和应用现状
收卷机就是软带或者薄膜等卷料生产线的收卷部分，其将原材料通过一定的方式在收卷轴上收卷成卷筒，收卷机属于缠绕机械的一个种类，其在纸卷、布卷、塑料卷、金属卷等加工生产线上广泛运用。在生产中收卷机的结构形式多种多样，其能够适用各种要求的产品收卷，常见的有收卷薄膜类型的薄膜收卷机，收卷钢带类型的钢带收卷机以及收卷软带类型的软带收卷机。
在我国最近几年收卷机得到了迅速的发展，其由单一功能逐步向全自动方向发展。随着我国包装，装饰行业的快速发展，尤其是软带门帘的使用越来越频繁，软带全自动收卷机的需求很大，而国内还没有专门研制软带门帘的全自动收卷机。现有的软带门帘收卷机需要人工辅助才能完成收卷作业，严重制约了软带行业生产的发展。软带门帘的生产工艺一般是由挤塑机通过挤压流动的软料，经冷却形成一定宽度的软带，在末端通过软带收卷机将软带缠绕成一定重量的卷筒，便于运输、仓储和出售。
1.3.2 收卷机分类和选型原则
在生产实际中，收卷机为了应对客户对工作环境，材质特性，产品尺寸，产品外观，产品质量等提出的不同要求，按照卷取的原理收卷机一般包括表面收卷、中心收卷和间隙收卷等形式，按照收卷的工位的不同收卷机分为单工位收卷、双工位收卷、多工位收卷等形式。
表面收卷是利用卷取箱与被卷软带接触产生表面摩擦，进而实现对卷料的驱动达到卷取的目的，所以其又常被称为摩擦式收卷机，表面收卷机的结构如图1.1所示。

1. 电机 2. 收卷轴 3. 卷取辊
图1.1 表面收卷机
收卷开始前，收卷芯轴上的简芯与卷取辑接触；然后在电机驱动卷取棍的情况下，摩擦力带动简芯与收卷芯轴一起转动收卷。为了收卷完毕时卷筒的简芯容易取出，收卷芯轴一般使用气胀式芯轴。表面收卷具很多优点：首先其结构简单，收卷的料卷由收卷芯轴支撑，卷取辑的受力比较小；其次其控制方便， 通过改变驱动卷取辑的电机转速来达到对收卷机收卷的速度控制；最后其应用于多种对象的收卷，对一般的薄膜或者软带都能够收卷紧密。由于表面收卷结构的限制，表面收卷不适合于特别光滑、易于出现擦痕的材料，也不适用于卷取厚度较大的薄膜。
中心收卷是一种用电机通过带轮直接驱动软带芯轴的收卷方式中心收卷结构简图如图1.2所示。中心收卷设计成一个工位收卷，另一个工位卸料，收卷机能够不停地进行收卷作业，实现连续收卷提高收卷效率。由于此种收卷方式对电机输出功率和速度调节范围提出更高要求，因此中心收卷的最大软带卷筒的直径受到限制，不能无限制的收卷。因此，中心收卷适合较为柔滑和对压力较敏感材料，其要求卷成更紧的卷筒。

1. 电机 2. 卷曲辊
图1.2 中心收卷机
间隙收卷是通过电机驱动收卷轴和软带卷筒的，在收卷芯轴上卷筒的前面安装一个跟随辑，如图1.3所示。在收卷的过程巾，随着收卷芯轴上的软带卷筒直径的增大，在气赶的驱动下跟随棍逐渐往后移动，从而使卷简与跟随辑之间的间隙保持一个固定值。在气社的作用下，跟随辑可以在收卷的过程中保持薄膜跟膜卷的切入点基本保持不变，使薄膜在膜卷上有一个较大的包角，这样可以减小收卷过程中卷入膜层之间的空气量，当薄膜经过跟随混时，薄膜在横向上的各点的牵引力均勾分布，避免了中心收卷过程中，薄膜因受到的牵引力横向不一致而引起的膜卷出现措皱的现象。此外，一些材料对于压力比较敏感，间隙式收卷可以避免软带表面的质量容易受到磨损。间隙式收卷适合对压力较敏感的软带，可以有效的保证收卷软带表面的质量。

1. 电机 2. 卷曲辊 3. 跟随辊 4. 气缸 5. 导轨
图1.3 间隙收卷机
由于薄膜的性质和卷取的要求不同，在实际收卷中根据不同的要求选取不同的收卷方式。表面收卷结构简单，便于控制，对膜卷的尺寸没有限制，适合于收卷表面比较粗糖，厚度比较薄的薄膜；但收卷的薄膜表面容易出现擦痕，展开之后影响产品的美观。屮心收卷白动化程度比较高，能够实现高速的无间隙运行，比较适合缠绕比较紧和对透明度要求高的产品。间隙收卷是以中心收卷为主，用气紅调节跟随棍与收卷轴之间的间隙，适用于在收卷工程中对张力比较敏感和收卷量较高的产品；间隙收卷机的结构机器控制系统比较复杂，成本比较高。
随着自动化技术的发展，收卷机不仅能够实现单一的收卷功能，也能够实现称重、切割等功能，其自动化程度越来越高，提高了收卷行业的的生产效率。
1.4 薄膜收卷机的研究现状
1.4.1 收卷张力控制
1.4.1.1 采用张力传感器控制
张力传感器安装在轴承上的张力的张力检测，检测转换为发送到张力调节器的电气信号，和张力信号的原始组比较，进行PID计算，然后输入绕组电机控制器，控制滚筒的速度。一般辊线速度牵引机输出速度105% -设置为100%。事实上，由于薄膜的弹性和张力转矩的影响，输出速度辊线速度不超过曳引机。这种方法的优点是控制精度高，动态性能好，适用范围广[12]。
1.4.1.2采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案
间接张力控制方案是在轨道和浮和浮动，浮动辊，检测电位器的位置，张力控制是由浮动辊的位置尽可能保持恒定的张力。由于机械结构比较复杂，所以很少用[13]。
1.4.1.3采用磁粉离合器控制输入收卷辊的转动力矩以达到张力稳定的控制方案
磁粉离合器的主动部分和从动部分，通过收集和辊用万向联轴器连接，传动机构，在铁精粉中的扭矩传输媒体。励磁线圈为电流的磁场，磁粉磁化和磁化粒子相互吸引形成链状排列。活跃的部分在一个恒定的速度旋转，破坏磁链和循环的切向力的形成之间的连接力。的力和切向磁环半径的产品是驱动部分的转动力矩辊，反过来，从连续耦合到驱动部分的活动部分的输出扭矩。若给定激磁电流不变，则输出转矩为：

式中：—磁粉离合器磁粉圈半径；
—磁粉链形成的切向阻力。
而薄膜张力为：
式中：P—膜卷半径。
当P值的量增加，如果转矩M不改变，将导致F张力降低，张力的变化触发传感机制，反馈信号，以及信号的叠加信号U的增加，通过转换电路，输出扭矩增大M，F的张力保持不变，实现稳定的张力[14]。
1.4.1.4收卷张力的衰减及张力补偿
一般来说，保持恒张力卷绕薄膜时，薄膜是最有利于成品的质量。但事实上，由于之间的夹空气层（12%-18%），因此，即使在膜的外层恒张力的情况下也会出现内膜的现象揉。解决这个问题的方法是与直径的增加，根据一定的规则，膜张力自动衰减[15]。通常不同直径的张力衰减，在绕组的电脑预先输入，在生产过程中，操作者根据卷膜情况随时调整。换辊，辊芯表面薄膜开关，卷径的变化突然，对辊速度的转动惯量，体系将发生变化，导致张力突变，所以经常辊破膜现象。因此，在膜的张力控制系统，必须配备张力补偿装置，以实现软起动，软停车，防止皱纹，绕组[16]。
1.4.2 生产装置的高度自动化
1）Battenfeld Gloucester公司在NPE上展示了其新开发的一套名为1002S的高速收卷机，该机配置了能自动卡紧和松脱的旋卷收卷轴，不需操作者的任何动作，膜卷就可以被卸下和码放。
2）德国薄膜卷取装置专业生产商Reinhold公司申报了一项有关为薄膜的横向切割而设计的带有集成气刀真空盘的专利。进行膜卷转换时，气刀自动动作切断真空吸附着的膜卷。
3）德国Stahlkontor公司有在线多卷收卷机包括卸卷，运输、存贮母卷、卷轴上膜卷的抽出、装填有新卷芯的卷轴的复位等自动化系统。
4）上海嘉深包装机械厂推出了一种接触式摩擦、多工位、翻转薄膜收卷机[18]。
1.5 课题研究主要内容
本毕业设计课题为塑料片材收卷机设计，目的在于设计一种薄膜加工过程用于薄膜的收卷。
常用的薄膜收卷机，接触轧制法是一种比较常见的，与其他的缠绕方式，其最大的优点是应用和改变主轴转速和转矩无膜直径随。表面实现自动高速绕组，在技术上是不可能的，但结构相对复杂，并有间歇工作。通过调整拉力，扭矩和压力，表面轧制可以获得薄膜卷不同密度。用于轧制要求松卷膜更适合。
通过对接触式收卷方式的分析，查阅相关文献资料以及专利，在参考类似产品的基础上，进行塑料片材收卷机的整体结构设计。
本设计主要涉及该设备的机械机构部分，驱动部分，与电气控制方面的相关设计不做要求。

第2章 塑料片材收卷机方案设计
2.1 设计目标和设计思路
本设计的设计目标这要有三个：
1）驱动辊的速度可调；这一功能通过选用可变频的电机实现。
2）翻转换卷；这一功能通过设计一个摆动机构实现。
3）收卷辊与驱动辊间的正压力恒定，这是最重要目标，因为它影响着薄膜的收卷张力；这一要求可以通过设计一个电液比例液压系统实现。
2.2 驱动方案的设计
需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计

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10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
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15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
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28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
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32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
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41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
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46. 基于单片机的轮轨力检测
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86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
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