专利名称：一种胶管挤出联动生产方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胶管挤出技术，具体讲涉及一种胶管冷喂料挤出联动生产线。
背景技术：
I、挤出设备挤出是胶管制造工艺中一项很重要的工艺过程，胶料通过挤出机塑化、混炼并经过相应的口型挤出后，便可获得相应规格的管坯。挤出机按照喂料方式的不同分为热喂料挤出机与冷喂料挤出机。目前，国内大部分胶管生产厂家使用不同格的热喂料挤出机挤出管胚，只有少数厂家用冷喂料挤出机挤出管胚。使用热喂料挤出挤出胶管管胚，必须配备炼 胶机对胶料进行炼，并且胶料热炼必须均匀。采用冷喂料挤出挤出胶管，挤出前的胶料不需要经过热炼工，而直接将冷胶条喂入挤出机喂料口中，从而避免胶料在挤出前预热时因受热不均而带来质量波动，同时更具有简化生产工艺、减少设投资、提高生产效率、节省能源等优点，应该采用大力推广。比较先进的胶管挤出生产线，应该包括挤出机和机头、测径仪、冷却水槽、隔离剂喷涂装置、牵引装置和卷取装置等。目前，大部分厂家胶管挤出生产线结构比较简易，没有配备专用的牵引装置，仅依靠操作者人工牵引胶管管胚。有些厂家配备的牵引装置结构不合理，控制精度太低，实现不了对牵引速度和挤出速度的精密控制。较先进的胶管挤出生产线上已配备了测径仪对挤出的管胚尺寸进行检测，再经过控制系统来保证管胚精度，这种先进的控制方式在国内使用得很少。胶管挤出从工艺上分无芯法、有芯法两种。无芯法挤出的主要优点是制造工序简单、劳动强度低、生产效率高，并可节省管芯等辅助材料，而且胶管表面光滑平整。其缺点也十分明显，产品质量波动大，产品圆度及规格精度不易控制，胶管的整体结合不如有芯法的好。有芯法挤出的主要优点是胶管的质量比较稳定，管体密实性较好，产品规格尺寸比较精确。但是，这种生产方法工序比无芯法的多，劳动强度高，辅助材料消耗较多。有芯法挤出包括硬芯法和软芯法两种，大多数胶管生产厂家习惯采用硬芯法挤出胶管。采用硬芯只能手工操作，劳动强度大，生产效率低，而且产品外径均匀性也难以保证。产品长度短，一般只有几m，最长也不超过20m。胶管多为定长使用，需要对产品进行切割，硬芯法生产的胶管切割损耗很大，一般利用率仅为70%，浪费十分惊人。软芯法挤出胶管，管胚可盘卷弯曲，生产占地少，劳动强度低，产品的生产长度由软芯线决定，几乎没有限制，能够实现连续化生产，大大提高了生产效率和生产的自动化程度，值得推广使用。胶管管胚挤出过程中，比较常见的质量问题有管胚尺寸不合要求，管壁厚薄不均，粗细不匀，胶层破裂，胶层起泡或出现海绵现象，管胚粘着等。产生这些质量问题的原因比较多，影响的因素也比较多，现逐项分析如下(I)管胚尺寸不符合标准要求，管壁厚薄不均芯型和口型选配不当，胶料混炼和塑炼不好，造成胶料的可塑度不一致；芯型和口型偏心或选配不当，胶料热炼温度不均匀，挤出机工作螺杆塑化性能差，都容易造成这类问题。
(2)管胚粗细不均匀胶料的可塑度不一致，热炼温度不均匀，喂料速度忽快忽慢，挤出速度和牵引速度不匹配，都能造成管胚挤出后外径粗细不均匀的现象。(3)胶层破裂胶料内混有胶团、硬粒等杂质，或者胶料产生局部自硫，都可能造成胶层破裂。(4)胶层起泡或出现海绵现象胶料中水分或低分子挥发物太多，胶料热炼或喂料中混入空气，挤出机温度太高，挤出机螺杆磨损严重造成推力不足，挤出机机头压力不足等，都能造成胶层起泡或海绵现象。(5)管胚粘着管胚冷却不够，隔离剂效果差，挤出后管胚挤压太紧，停放时间太长，都能造成管胚粘着现象发生。2、牵引导向装置与电气控制系统
目前牵引导向装置与电气控制系统，能通过变频控制实现缠绕与牵引的同步控制，但在与挤出环节的协调配合方面考虑的不多，还处于各自独立运行的状态，不能从整个钢丝缠绕联动生产的角度进行全程的自动化控制与运行。而且尚未实现从胶管挤出、硫化冷冻与钢丝缠绕与牵引总体环节的闭环反馈控制。对于异常生产状况的故障诊断、监控报警的技术研究与设备研制尚未见有文献报道。
发明内容
为了解决目前胶管挤出联动生产线工艺中现存的技术问题，本发明主要在以下几个方面进行工艺、设备、控制方式的革新与改进设计了一种胶管挤出联动生产方法及其装置，如图I所示，包括1、软芯导出装置；2、前牵引机；3、冷喂料挤出机；4、动力柜；5、温度控制系统；6、测径仪；7、印字机；8、冷却水装直；9、后牵引机；10、涂隔尚剂机；11、双轴收卷机；12、王控制台；13、张力装直。其生产工艺流程如图2所示。采用塑料挤出及其自动控制技术和橡胶管胎挤出及其自动控制技术，塑料冷定形和橡胶管胎冷定形及其卷绕和测控技术，研制胶管管胎挤出及同步联动控制和检测生产流水线。所述的自动化胶管冷喂料挤出联动生产线，包括其特征在于所述的胶管挤出机设有若干组筒身加热器、温度检测器、机头压力传感器，与变频器、PLC组成挤出控制系统。所述的自动化胶管冷喂料挤出联动生产线，其特征在于所述的挤出牵引机，其控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成；设置有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值；根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度；显示、设定管壁厚度；显示牵引机的电流、转速；设置有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断等机电部件。所述的自动化胶管冷喂料挤出联动生产线，其特征在于该自动化胶管挤出联动生产线设有整体智能监控系统，采用温度、压力、红外线或者超声波等传感器，基于单片机或PLC的主控单元，采用现场总线技术，设置上位工控机，设计可以实现各种工艺参数检测与整定以及屏幕显示功能，以及各路传感器信号的信息融合与智能决策判断系统，方便操作人员随生产工艺要求的改变而随时调整生产联动线的参数，并可以实现对各种故障智能报警与基于专家数据库的故障排除快速指南。一、挤出环节I. I挤出机主要由传动装置、机身、机头、喂料辊、温水循环系统、润滑系统和电气控制系统等组成。在挤出工艺环节，包括挤出机机头的空气压力与机头温度，以及螺杆转速检测与控制，保证机头压力稳定；冷喂料的胶料均匀性、致密性与细化程度，以及胶料中异物检测；加热部件温度与电流的检测与控制；牵引装置与挤出机头挤出速度的协同控制，以及管胚尺寸的检测与牵引速度的协同控制等。维持挤出量稳定是挤出机控制系统的主要任务，为了使挤出机的挤出量稳定，抑制各种干扰，挤出机电动机转速控制系统采用了转速闭环控制。I. I. I传动装置主电机通过三角皮带减速，再通过联轴器与减速器输人轴，经齿轮减速带动输出轴。输出轴为空心结构.内孔是对螺杆进行加热冷却的管道，并从减速器尾部引出。减速器箱体为铸钢件，具有足够的强度和刚度。箱体上设有三个宽敞的视孔，可以随时从不同角度观察齿轮的运转情况和润滑情况。1.1.2 机身后段机身用铸钢制成.有冷却水内腔及前后两段衬套。衬套材料经氮化处理，具有足够的耐磨性。加料口设在此段机身上方，加料口上方安置进料斗。前段机身用无缝钢管制成，通过法兰与后段机身联接，有较好的加热和冷却效果。内套材料与前段机身衬套材料相同。两端的密封结构装卸简易，密封性能较好。1.1.3 机头机头外壳与机身用长钳状接，联接处带有密封圈，班后停机或更换规格品种时可迅速将反扣式卡钳打开，使机头和机身分离，便于清理机头和机身内余胶。机头壳体与机头芯体采用锥体式配合，停机后可用专用工具将机头芯体取出，使机头内不留残余胶。机头外壳有空腔供加热冷却之用。机头下部有支架和供移动的脚轮。由于机头段比其它机身段热容量大，所以在温控设计中加大了机头加热功之，使机头和机身其它各段在准备工作前的升温过程基本趋于一致。机头和机身内胶料压力大小和压力稳定性是制品是否均匀的关键因素之一。机头人端装有高温熔体压力传感器.以测量机头内压强，该压强在总控制台上有数字显示。总控制线路上设有安全压强报警线路，机头内胶料压强一亘超过设定压力值，整机就停止工作，以保护机头和机身。机头带有抽真空装置，钢丝缠绕胶管包外胶时，真空泵启动，使机头挤出的包覆胶与钢丝层形成真空状态，达到紧密贴合，这样硫化后的胶管无气泡和脱层现象。打开长钳后，移动机头小车，可轻便地使机头和机身作较大距离的分离。机头和机身的加热管路上采用耐热橡胶钢丝编织胶管并配以快速接头，快速接头两端有不锈钢材料制成的止回阀，使机头在下常工作压力下，快速打开机头切断管路，实现了机头与机身的快速分离，热水管路的快速分离，机头内胶料的快速清胶。机头提供一种新的直角机头挤出系统，其直角机头挤出机的机壳有能够安装一固定中、心或者非可调口型的组合件，在从启动到全速运行的整个过程中，能够平衡流动胶料向口型的流动。以前的口型组合件的缺点是需要不断调节口型才能使胶管具有合格的剖面尺寸和均匀的壁厚同心度。预设剖面尺寸和均匀壁厚同心度的管状部件采用该口型组合件(即鱼雷形分流梭)的挤出系统，尤其是直角机头挤出系统进行挤出。此口型组合件有一个固定的中心，不需要机械调节就能使胶料在从启动到全速运行的整个过程中均匀地流动到口型。这种新的直角机头挤出系统的一个关键特点是在挤出机机壳里有一个固定中心口型组件结构。这种鱼雷形分流梭口型组合件将来自挤出机螺杆的胶料分离成四个基本上相等的部分，即可控流量，这样口型就有均匀的体积流量。这种直角机头挤出系统的另一个特点是，直角机头挤出机的外部机体采用了一种能够配置“不可调” 口型的设计。此外，这种挤出机在直角机头机体的前面有两个可控温度区段，以控制通过挤出机机体流动的胶料温度。在图3所示的挤出系统剖面图中，挤出系统(10)的机壳(12)有一锥形内壁表面 (14),其在机壳如端的内径小于在机壳后端的内径。机壳(12)在其如端有螺纹表面(28),以便将口型头(未示出)拧到机壳(12)上。挤出组合件(18)位于机壳(12)里，组合件
(18)的截头锥体外表面(22)与机壳(12)的锥形内壁表面(14)相哨合。挤出组合件(18)有一管状内膛(32)。管状内膛(32)内径一致，贯穿整个组合件(18)，用以输送电线、芯型或管件(未示出)。组合件(18)用一螺母(未示出)固定在机壳(12)中，该螺母是使用螺纹(26)拧到机壳上的。胶料(如未硫化的胶料)在高压和高温下，通过管道(40)输送到机壳(12)的内部。所用的压力和温度为胶料通过挤出系统所用的压力和温度。胶料由固定中心口型组合件中的分流器(38)通过隆起表面(24)之间的导槽(42)进行分布，均匀地将胶料分离成两个基本上相等的部分，即相等的流量。胶料继续通过导槽(44)向前分布，这两个相等部分即流量的胶料最终均匀地分离成四个相等部分的胶料。最后，胶料被导向管状内膛(32)。在这里，胶料或者被均匀地分布和涂覆到一圆柱形物体(如胶管、电线或芯型)上，以提供一具有指定的剖面尺寸和均匀的壁厚同心度的胶料管状结构；或者用于提供一无支撑的软管。在机壳(12)中，最好使用一个或多个温度控制区段(20)，以协助控制挤出物的壁厚同心度。而机壳(12)尤以带有两个温度控制区段为最好，并且对温控介质的温度要加以监控，以保证温度恰当。1.1.4喂料及其控制系统喂料辊装在后段机身加料口侧面，辊面与螺杆相对回转，强制咬片喂入机筒内。该装置梁用铰链门式安装，清胶时，可以打开喂料辊支架，使之旋转约100°，便于清胶。喂料辊下侧装有可调整的刮胶板，其刃部与辊面的间隙可根据不同胶料进行调整，其辊面两侧有返胶环，随时将胶屑排出。喂料系统示意图如图4所示,原理图如图5、6所示。在正常工作时,将胶条放在喂料运输带始端，将手动、自动喂料选择开关S3扳到手动位置，K9不吸合，K5未得电，旋转速度给定电位器R1，K5的4、5脚相连，K2未得电，由K2的10脚给E300115-1Q控制器输入给定信号，运输带主电机Ml带动胶条运行，待胶条已被送到机筒内可以被螺杆旋入的位置，将给定电位器回零，停止运送，S 3扳到自动位置。当主螺杆旋转后，即可自动喂料。若遇特殊情况，须运输带反转时，按运输带正反转点动按钮S4,反转接触器K4接通，改变电机励磁方向，实现反转。同时K2接通，使K2的10脚与K2内部可调电阻(通常情况下是不调的)相连，使电机按内部固有给定速度旋转(实际转速较低)，也就是说在反转时，速度不可调，这是根据工艺条件确定的。
正转时自动喂料的实现如图6中所示B2为两个发电机，安装在喂料带的终端，当主螺杆开始旋转时，将胶条卷入机筒内，胶条带动运输带低速运行，同时运输带通过机械结构带动这两个发电机旋转，发电机发出电压。当将S3扳到自动位置时，K5得电，使原来靠Rl电阻给定速度的回路改为由发电机B2经K5的15、16脚到A元件，通过A元件内的电阻抽头10输送至控制器中，作为主电机M I的给定信号，由于B2发出的电压与主螺杆的转速成正比，因此其送至控制器的给定信号与主螺杆的转速也成正比，这就保证了喂料与螺杆转速的同步。1.1.5 螺杆螺杆材料也与前段机身衬套材料相同。耐磨性好，硬度高；螺杆结构为主副螺纹结构，导程大。主、副螺位交接处采用喂慢过渡，使制品塑化均勺，生产能力高，螺杆自洁性好。(I)、排气式冷喂料挤出机螺杆横棱的改进螺杆是挤出机最重要的工作部件，有“挤出机心脏”之称。螺杆的结构和参数选择是否合理，将直接影响挤出机的工作性能。螺杆设计的基本要求是能经济地进行高产优质的挤出，对于压形挤出机的螺杆，除了要求能稳定均匀的挤出外，还要能产生较高的压力，以保证所挤出半成品的致密性和几何尺寸的准确。排气式冷喂料挤出机的工作机理及其螺杆的组成结构在挤出过程中，胶料的物性是有一定变化的，这种变化在冷喂料挤出机上尤为明显。通常加入挤出机的胶料呈高弹态，随着挤出过程的进行，胶料在螺杆的强烈剪切、压缩作用下温度与压力逐渐升高，而呈现粘流态。根据胶料在挤出过程中物性的变化情况，螺杆的工作部分大体可分为喂料段、塑化段和挤出段(又称计量段)。挤出机的生产能力很大程度上取决于喂料段的进料能力和挤出段的挤出能力。而胶料的混炼和塑化质量则直接与塑化段的塑化能力有关。对于排气式冷喂料挤出机，其螺杆通常则由四段组成，即喂料段、第一计量段、排气段和第二计量段。实际上就是在塑化段和挤出段之间增加了一段所谓“排气段”。其排气效果的好坏将决定胶料内部是否含有气泡，从而影响到产品的致密性和外观质量。(2)、排气式冷喂料挤出机的工作原理自喂料口进入挤出机的胶料，往往夹带有少量气体，在旋转螺杆的作用下，喂料段胶料只有部分充满螺槽，进入第一计量段时，由于这段的螺槽较浅，胶料受到强烈的剪切和压缩从而得到较好的塑化和混炼，温度和压力也逐渐升高，胶料完全充满螺槽，并开始呈现出粘流态的物性。排气段的螺槽较深且导程也比第一计量段大，故其螺槽容积显著增大，胶料进入该段后，由于内部含有气体(包括水份及易挥发物的气化产物)而产生气泡，在螺棱的切割下气泡破碎，气体从排气口用真空泵抽出，抽出的气体经冷凝器冷凝、过滤，以除去有害物质。除气后的胶料继续输往第二计量段作进一步的塑化和混合，在螺杆的挤压作用下，胶料以一定的压力和温度自机头挤出。排气式冷喂料挤出机的螺杆结构及工作压力变化曲线示意见图7。(3)、影响排气效率的主要因素I)排气段的流量。流量大则排气效率低。2)进料度。进料度指排气段螺纹沟槽内有料部分断面与螺纹沟槽断面积之比。进料度高则排气效率低。3)停留时间。胶料在排气段的停留时间越长，排气效率越高。4)剪切强度。剪切强度越大，则排气效率越高。 本发明的橡胶排气式冷喂料挤出机的螺杆，其塑化段采用了主副螺纹型螺杆，它由两条导程不等的主副螺纹组成，副螺纹的高度略低于主螺纹，塑化好呈现出粘性流动的胶料可以越过副螺纹螺棱进入副螺纹背侧螺槽，未塑化好的胶料则继续留在副螺纹正侧螺槽进一步塑化。主副螺纹型螺杆具有强烈的剪切和塑化能力，故可在高转速下实现优质挤出，且对加工的胶料适应性强，并具有较好的自洁、排气、耐扫膛性能。该螺杆在排气段排气孔之前设有独特的横棱结构，详见图8。胶料在螺槽中流动，由于受到横棱的作用而产生强烈的剪切和混合，因此能得到较好的塑化和混炼。由图I可以看出胶料在横棱前时工作压力将达到第一计量段的峰值，经过横棱后由于螺槽容积的突然增大，导致压力显著下降，使胶料中所含的气体、水份及挥发物气化，鼓出气泡，在排气螺棱的切割作用下气泡被破碎，并通过排气口的抽真空管路将这些气体排除。所以，使用了这种结构螺杆的挤出机所生产的产品，无论是致密性还是外观质量上均能满足用户的使用要求，多年来深受用户青睐。但是，不少用户所使用的胶料是不尽相同的，特别是冷喂料挤出机，所加入胶料的硬度及其粘度也有很大的不同。他们根据其所生产产品的不同性能要求，在同一台挤出机上会经常变换使用物性差异较大的胶料。因此在实际挤出过程中，就会出现以下情况(I)当使用硬度较低的胶料时，通过塑化段的塑化混炼后，已经呈现粘流态的胶料粘度也较小，其流动能力较好，容易通过排气段横棱。此时的横棱与螺槽顶部的间隙δ值就应设计小些，以限制胶料的流动速度，这样既可以限制流量又可以延长胶料在排气段的停留时间，有利于提高排气效率。否则的话，将出现排气孔因该部位集胶过多导致“冒胶”的现象，从而堵塞排气孔，使排气孔无法正常工作，增加清理排气孔的频率。(2)当使用硬度较高的胶料时，横棱与螺槽顶部的间隙δ值则必须设计大些，以适应那些流动性较差的高粘度胶料的通过，使胶料排气后能尽快填充至第二计量段螺槽，保证挤出的连续均匀和产量的稳定。由于原德国Berstoff公司技术生产的螺杆，其横棱与螺杆设计成一整体结构，故一经加工完成，其横棱高度是不可改变的。以往用户在订货时，须提供所用胶料的硬度范围以供设计制造参考。若胶料硬度变化较大时，需配备两条甚至更多的螺杆。因螺杆材料优先选用38CrMoAlA钢，价格昂贵，且加工工艺复杂，其表面还需进行离子氮化处理，故造价不菲，壹条Φ 75X16挤出机螺杆售价就要一万多元，而Φ200挤出机螺杆售价更高达十万元，这将大大提高用户的设备投入成本。本发明提出了两种改进的螺杆横棱方案，采用分体式结构较好地解决了因胶料硬度变化而带来的以上问题。改进方案一活动横棱结构对于小规格挤出机而言，其螺棱较窄，受到安装空间的限制，而且螺杆所受的扭矩相对较小。为此，我们采用将原横棱部位直接改成可拆卸的活动横棱结构，见图9。其具体做法在原来的横棱部位预先铣出安装平台，并加工好键槽及安装螺孔，为了保证螺杆主体与活动横棱均有足够的强度和抗剪切能力，截面厚度略有增加，活动横棱下部加工出与键槽配合的键，并用内六角螺钉安装在螺杆主体预先铣出的安装平台上。该结构采用键槽联接方式保证活动横棱能承受胶料塑化和混炼所传递来的扭矩和剪切力。活动横棱的加工也比较方便，一般来说一条螺杆配备三种高度规格的活动横棱就基本可满足绝大多数胶料的使用要求。该结构简便易行，对于不同硬度的胶料，通过更换活动横棱的高度规格，即可改变横棱与螺槽顶部的间隙δ值，使问题得到较好地解决。、改进方案二 两半挡环结构。对于较大规格的挤出机，螺杆所承受的扭矩明显增加，须采用抗剪切能力更强的结构，两半挡环结构就是根据这一要求提出的，见图10。这种结构主要由两个带有键槽和安装螺孔的两半环、承受扭矩的定位平键及安装螺钉组成。加工步骤如下(I)螺杆的横棱部位车出环状沟槽，并加工好键槽及安装螺孔。(2)按与环状沟槽相匹配的尺寸加工几件带有键槽和安装螺孔的整圆固定环，然后用线切割从中间将之分开成两个半环(半成品)并配对使用。(3)将一组两半环(半成品)用内六角螺钉安装在螺杆主体的环状沟槽上，按螺杆的螺槽曲面加工出符合某种胶料硬度范围的横棱。(4)更换另一对两半环(半成品)安装就位，以同样方法加工出符合另一种胶料硬度范围的横棱。如此可加工出多组不同高度规格横棱的两半挡环。(5)两半挡环的材料与螺杆一致，加工后同炉进行表面离子氮化处理。该结构较为复杂，加工过程也颇繁琐。但由于采用了环状沟槽来承受胶料塑化和混炼时产生的轴向压力，靠键槽承受螺杆旋转产生的扭矩，因此尤其适合Φ150以上大规格排气式冷喂料挤出机的使用要求。对于不同硬度的胶料，通过更换不同高度规格的两半挡环，即可改变横棱与螺槽顶部的间隙δ值，使问题得到解决。熔融段是普通单螺杆挤出机中重要的功能段之一。聚合物物料在通过该段时，受到机筒和螺杆强烈的剪切和挤压，完成物料混合和塑化过程。由于物料发生从固态(固体床)到液态(熔池)的相变，因此需消耗大量的热能和机械能，尤其是粘弹性较高的无定形聚合物。通常，熔融段螺杆长度占螺杆总长度的50% 60%。由此可见，该段几何结构设计合理与否，直接关系到制品的质量和生产成本应用计算机技术对熔融段螺杆主要的几何结构参数进行优化设计。普通挤出机螺杆的结构示意如图11所示。从图11可以看出，熔融段的螺槽深度逐渐变浅，这主要是为了强化剪切塑化的功能。由于机筒与螺杆之间的相对运动，聚合物物料在机筒内受到强烈的挤压和剪切运动，由固体床的柱塞运动逐渐形成熔料的剪切流动。机筒相对螺杆的速度Vb可由下式确定
π/)κ ωFb=(I)
则机筒壁面处的剪切速率Yb可由下式表示
TlDu ωYb = mbH(2)
式中Db-机筒内径；ω—机筒相对于螺杆的角速度；H——熔融段螺槽的平均深度。H的计算公式为H = (Hl+H3)/2式中，Hl和Η3分别为加料段螺槽深度和计量段螺槽深度。熔融理论主要是基于热力学和流变学而建立的。聚合物挤出过程中典型的熔融模型如图12所示。首先，与热机筒接触的固体床表面逐渐形成一层薄的熔膜。当熔膜厚度超过螺杆与机筒间隙S时，螺棱把熔膜从机筒内壁径向地刮下，并汇聚于螺纹推进面而形成环流区(熔池)。随着螺槽逐渐变浅以及螺槽与机筒间的剪切作用，熔池逐渐扩大，而固体床则相应地缩小直至消失，熔料进入螺杆的计量段。在一般的挤出过程中，聚合物熔体的剪切流动大致上服从幂律，其于机筒壁面处的剪切粘度Hb与剪切速度和温度的关系可以表述为
_] a- α( f2) lexp[- ξ(Τ- T1)] (3)
5 r式中L——聚合物的参考粘度；y r——参考剪切速率；ξ——幂常数；η 聚合物流动行为指数；T——操作绝对温度；Tr——参考绝对温度。传统的挤出机螺杆，其螺纹升角Θ大多取17. 66°。前文[7]中对熔融过程进行了理论分析，建议Θ的最佳取值范围为17.66 34°。本发明中，Θ*取22°，位于最佳取值范围内。有人曾研究过槽深对固体输送率的影响，发现最佳槽深随着螺杆直径的增大而增大。例如，螺杆直径为30mm时，H* I/Db = O. 15 ;而当螺杆直径为65mm时，H* I/Db =O. 185。本发明中，螺杆直径为70mm，取H*1 = 14mm,即H*l/Db = O. 20，符合最佳槽深随着螺杆直径而增大的变化趋势。螺杆螺纹顶宽度的增大可增强对物料的剪切作用，有利于物料熔融塑化，但同时又增大功率消耗。由前述的设计参数的取值范围知e= (O. 08 O. 12)Ds,本发明中，Ds = 60_。这样，e = 4. 8 7. 2mm,即e*值接近上限值。螺槽深度、螺棱顶宽度和螺纹升角直接关系到挤出机的生产能力、塑化质量和能耗。因此，取这些几何参数为设计变量，以单位产量能耗最小为优化目标，建立了简化的挤出机熔融段螺杆优化设计的数学模型。应用约束复合形法求解。结果表明，螺杆熔融段起、末端的螺槽深度、螺棱顶宽度和螺纹升角的最佳值分别为15mm, 4mm, 7mm和22° ,均位于或接近文献中所建议的最佳取值范围。1.1.6温水循环系温水情环系统分如下五个区段机头、机身输出段、机身塑化段、机身喂料段、螺杆。每段温度均可单独控制，由五路独立回路组成，维修方便，可靠性高。该系统采用先进的控制仪丧，设计温度的稳定度为士 l°c (实际工作测量温度可达±0.2°C)，系统中设计了低压保护和加热保护,使系统工作安全可靠。该系统由主回路和冷却回路组成。主回路由冷却罐、加热罐、泵、工作区和注水管组成闭环回路；冷却回路由电磁阀和冷却管组成。A点为加热棒制点，B点为冷却控制点，均采用时间比例PID控制。工作区温度偏低时，加热棒开始加热，加热量由PID算法给出；工作区温度偏高时，电磁阀打开，冷却回路开始工作，将主回路中多余的热量带走，从而使温度恒定在设定值土。该系统设置了低压保护，当回路中无水或水压过低时，循环泵与加热器无法工作，可防止加热器在无水状态下加热损坏及因低压水主回路水汽化而损坏循环泵。系统还设置了加热保护，即当泵不运转时也不能加热，防止死水加热。温控仪表可显示设定温度、实际温度及温控工作状态，使操作者一目了然。 I. I. 7润滑系统:减速器齿轮及轴承用50#机油或11#饱和汽缸油润滑。通过外接油箱的油泵机组将润滑油愉送到各轴承及齿轮副，对减速器各部分施行强制润滑和冷却，然后返回油箱，其中高速齿轮刻妥用飞溅润滑。通过减速等顶端的透明罩上盖和侧面三个视窗及箱体法兰下部的透明软胶管，可随时监视各部位的润滑情况。I. I. 8 辅机:辅机与主机中心线成90。角垂直排列，由以下几部分组成(I)、后牵引装置该装置用交流电机配以变频调速装置进行驱动，主要用于胶芯或钢丝加强胶管输入挤出机机头尾部前的整理和输送，由两条橡胶带夹持胶芯或钢丝加强胶管向机头后部输入。该装置为工作高变可通过机械传动装置进行调节。(2)激光测径装置该装置位于机头出胶口，当包完胶的钢丝加强胶管通过激光测径处时，操作台上即有数字显示。测径仪及控制系统该生产线采用测径仪在线测量挤出胶管外直径。测径仪被置于挤出机机头附近，可以尽快地获得测量信息，测量结果经过内部专用计算机处理后输出控制信号给前后牵引机，对它们进行同步控制，以校正胶管在挤出过程中产生的偏差。该控制系统能相当有效地消除任何长期的变化。测径仪的技术参数如下测量范围0. I BOmm分辨率0.01mm精确度< 0.02mm扫描频率200次 s-1控制方式PID输出信号0 10DCV(3)冷却槽该槽由不锈钢制成，胶管通过该槽时，在胶管上方形成一条喷淋冷却线和空气冷却凤幕。喷淋后的水流到冷却槽下部的贮水槽中，再由水泵通过喷淋等对胶管强制冷却，然后由压缩空气将胶管上的水珠吹干。
(4)前牵引装置该装置和后牵引装置结构基本相同，由交流电机配变频调速袋置进行驱动，由两条橡胶带夹持已经印完商标的钢丝加强胶管向卷取装置输送。前牵引装置的线速度直接影响钢丝加强胶管的包胶厚度。在螺杆转速恒定的条件下，牵引速度加快，则橡胶层壁厚变薄.钢丝缠绕胶管外径变小；牵引速度减慢，则橡胶壁厚增大，钢丝加强胶管外径变大。反之，当牵引速度恒定时，螺杆转速的变化也会直接影响缠绕橡胶包覆层的厚度。因此，在激光测径自动反馈系统中，螺杆转速与前牵引机的线速度是主要的两个变量。牵引机提供使软芯和胶管连续运行的动力，它的运行情况直接影响着产品的质量。在该生产线中，共使用了前后两台牵引机，它们在测径仪的控制下同步运行，其主要技术参数如下带宽95_ 牵引夹持长度600mm工作速度0 35m min_l速度稳定性< 10-3电机功率2. 2kW夹持皮带间隙0 200mm可调为了保证软芯顺利导出以及挤出后胶管顺利收卷而防止胶管拉伸或堆积，在生产线中专门设计了恒张力装置，保证了胶管在生产线中运行状态的稳定。在挤出机挤出胶量以及胶管在生产线中运行状态稳定的前提下，由测径仪与挤出机前后两台牵引机构成的闭环控制系统将对胶管的外直径进行有效地控制，控制精度达到±0. 1mm。值得注意的是，前后两台牵引机的速度不是同步的，而是具有一定的速度差，这有效地克服了由于两台牵引机不同步以及由于牵引速度的抖动而带来的误差，大大提高了生产线的挤出精度。为了使胶管在硫化过程中不互相粘连，在卷曲之前，必须在管壁上涂上一层隔离齐U。本装置采用喷淋方式，并装有压缩空气吹干装置，通过调整压缩空气的风量来调整涂在胶管上的隔离层厚度。(5)导开及卷取装置导开装置的作用是将软芯或内胶从转鼓上导出，而卷取装置的作用则是将挤出的胶管整齐地缠绕在转鼓上。这两个装置都具有动力。为了保证这两套装置能与整条生产线同步运行，设计了张力控制装置，并与导开及卷取装置构成闭环系统，使胶管在生产过程中保持恒张力，确保了生产过程的稳定。I. 2挤出机控制系统影响挤出机挤出胶量的主要因素为螺杆转速，挤出机喂料段、塑炼段、挤出段、螺杆、机头以及口型的温度，挤出机喂料速度等。挤出机挤出胶量的稳定性通常体现在机头压力上。为此，专门设计了高精度温度控制系统，使挤出机各段温度的控制精度达到± 1°C，同时利用一个高温熔体压力变送器、PID单回路调节器以及变频调速装置构成的闭环控制系统，精确控制螺杆转速以保证挤出机机头压力稳定，控制精度为±0. IMPa。通过上述两个措施，可以在通常喂料条件下使挤出机挤出胶量和挤出速度都非常稳定。挤出机控制系统如图13所示，主要由变频器、PLC,5个筒身加热器、6个温度检测器组成，它主要完成如下功能①下料量加特殊供量装置可调节、计量、显示。②螺杆内冷却水电动调节阀ZAZP或小口径电动球阀。③主机转速、电流、手动、自动调节、报警、输出停止时提供给牵引机信号。
④料筒温度信号输入主控电脑。⑤齿轮箱油压监控。⑥其他(内冷却水管结垢、原料过热、过冷、结块等)。当发生大的问题时，如输送量大幅度增加或下降、主机料塞、主电机停机等，挤出机控制系统能反映并迅速调整牵引机。I. 3挤出机牵引机控制系统牵引机为拉伸提供动力，直接影响和决定胶管的厚度，也对直径有影响。牵引机控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成，如图14所示，它主要完成如下功能①开机时有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值。②根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度。③显示、设定管壁厚度。④显示牵引机的电流、转速。⑤具有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断功倉泛。⑥与挤出机有速度同步、联锁控制功能，当挤出机料塞或空转或因故停机，牵引机自动停止工作。在随后的胶管冷冻环节，包括冷冻温度的检测与控制；胶管冷冻程度，即胶管硬度的检测与控制。以及胶管牵引速度与前期牵引速度的协调控制。在胶管缠绕环节，重点实现胶管控制器的自动化调整，以及牵引机构的自动控制。采用缠绕和牵引分别独立的电机传动系统，由先进的控制系统控制两台电机的转数，通过调整控制系统来完成缠绕转数和牵引速度的匹配，满足胶管缠绕工艺的需要。并设有自动断线、完线停车装置。I. 4主控制台主控台是整条生产线的核心，可以对所有的设备进行操作和控制，并显示生产线的各种工作参数。记录仪可以自动记录生产过程中挤出机机头压力以及胶管外直径的变化情况。中央处理器对各系统的工作情况进行实时监控，保证整条生产线协调运行。1.4. I电气系统:采用的驱劲电机为直流电动机，电控系统由可控硅整流传动柜及电气操作合组戌。操作台上有主机启动、停止和主电机通电、电流、电压等显示信号和显示仪表共两套。操作台上还设有油泵启动及停止按钮，油泵启动与主机启动联锁，以保证在油泵工作状态下启动I. 4. 2主机的控制螺杆转速为可控硅整流控制，可在5. 5-55r/min无级调速。控制线路设有主电机过载保护。操作盘上还配有操纵辅机的开关及显示仪表，有前、后牵引机线速度调节钮及线速度数字显示，机头内胶料压强数字显示，由激光测径反馈而显示出半成品外径的数码器和记录仪。显示精度为0.01mm。通过对生产过程中前、后牵引机的线速度、激光测径及相关数据的计算整理，给出数学模型。在给定胶管外径后，通过激光测径显示并反馈给前、后牵引电机，可达到自动调节的目的，从而达到设计给定的胶管直径。
图I是胶管冷喂料自动挤出生产线示意图；图2是挤出生产部分工艺流程图；图3是直角机头挤出系统剖面图；图4是喂料系统示意图
图5是喂料段部分控制回路6是喂料段控制系统主回路原理图，其中，Ml-喂料运输带主电机；B1_喂料运输带主电机测速发电机；B2-发电机；R1_手动给定电位器图7是螺杆结构及工作压力变化曲线示意8是横棱结构剖视图9是活动横棱结构图10是两半档环结构图11是挤出机螺杆结构示意12是熔融模型图13是挤出机工作过程与控制框图；图14是牵引机工作过程与控制框具体实施例方式下面结合具体实施例说明本发明，但并不局限于所列实施例的技术方案。设计了一种自动化胶管挤出联动生产线，如图I所示，包括1、软芯导出装置；2、前牵引机；3、冷喂料挤出机；4、动力柜；5、温度控制系统；6、测径仪；7、印字机；8、冷却水装直；9、后牵引机；10、涂隔尚剂机；11、双轴收卷机；12、王控制台；13、张力装直。其生产工艺流程如图2所示包括了内胶挤出的张力控制，机头内压力与温度控制、内外胶层挤出的外径检测、冷却水温度控制、前后牵引机的同步协调控制与成型后张力控制与收卷装置等。胶管挤出机设有若干组筒身加热器、温度检测器、机头压力传感器，其控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成；设置有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值；根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度；显示、设定管壁厚度；显示牵引机的电流、转速；设置有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断等机电部件。在挤出环节，其挤出机主要由传动装置、机身、机头、喂料辊、温水循环系统、润滑系统和电气控制系统等组成。设置有挤出机机头的空气压力、机头温度，以及螺杆转速检测与控制装置，保证机头压力稳定；冷喂料的胶料均匀性、致密性与细化程度，以及胶料中异物检测；加热部件温度与电流的检测与控制；牵引装置与挤出机头挤出速度的协同控制，以及管胚尺寸的检测与牵引速度的协同控制等。维持挤出量稳定是挤出机控制系统的主要任务，为了使挤出机的挤出量稳定，抑制各种干扰，挤出机电动机转速控制系统采用了转速闭环控制。挤出机的传动环节，其主电机通过三角皮带减速，再通过联轴器与减速器输人轴，经齿轮减速带动输出轴。输出轴为空心结构.内孔是对螺杆进行加热冷却的管道，并从减速器尾部引出。减速器箱体为铸钢件，具有足够的强度和刚度。箱体上设有三个宽敞的视孔，可以随时从不同角度观察齿轮的运转情况和润滑情况。挤出机机身，其后段采用铸钢制成.有冷却水内腔及前后两段衬套。衬套材料经氮化处理，具有足够的耐磨性。加料口设在此段机身上方，加料口上方安置进料斗。前段机身用无缝钢管制成，通过法兰与后段机身联接，有较好的加热和冷却效果。内套材料与前段机身衬套材料相同。两端的密封结构装卸简易，密封性能较好。挤出机机头外壳与机身用长钳状接，联接处带有密封圈，班后停机或更换规格品种时可迅速将反扣式卡钳打开，使机头和机身分离，便于清理机头和机身内余胶。机头壳体与机头芯体采用锥体式配合，停机后可用专用工具将机头芯体取出，使机头内不留残余胶。机头外壳有空腔供加热冷却之用。机头下部有支架和供移动的脚轮。由于机头段比其它机身段热容量大，所以在温控设计中加大了机头加热功之，使机头和机身其它各段在准备工作前的升温过程基本趋于一致。机头和机身内胶料压力大小和压力稳定性是制品是否均匀的关键因素之一。机头人端装有高温熔体压力传感器.以测量机头内压强，该压强在总控制台上有数字显示。总控制线路上设有安全压强报警线路，机头内胶料压强一亘超过设定压力值，整机就停止工作，以保护机头和机身。机头带有抽真空装置，钢丝缠绕胶管包外胶时，真空泵启动，使机头挤出的包覆胶与钢丝层形成真空状态，达到紧密贴合，硫化后的胶管无气泡和脱层现象。挤出机机头采用一种新的直角机头挤出系统，其直角机头挤出机的机壳有能够安装一固定中心或者非可调口型的组合件，在从启动到全速运行的整个过程中，能够平衡流动胶料向口型的流动。预设剖面尺寸和均匀壁厚同心度的管状部件可以采用具有所述口型组合件(即鱼雷形分流梭)的挤出系统，尤其是直角机头挤出系统进行挤出。此口型组合件有一个固定的中心，不需要机械调节就能使胶料在从启动到全速运行的整个过程中均匀地流动到口型。这种新的直角机头挤出系统的一个关键特点是在挤出机机壳里有一个固定中心口型组件结构。这种鱼雷形分流梭口型组合件将来自挤出机螺杆的胶料分离成四个基本上相等的部分，即可控流量，这样口型就有均匀的体积流量。这种直角机头挤出系统的外部机体采用了一种能够配置“不可调”口型的设计，并且在直角机头机体的前面有两个可控温度区段，以控制通过挤出机机体流动的胶料温度。在图3所示的挤出系统剖面图中，挤出系统(10)的机壳(12)有一锥形内壁表面
(14),其在机壳如端的内径小于在机壳后端的内径。机壳(12)在其如端有螺纹表面(28),以便将口型头(未示出)拧到机壳(12)上。挤出组合件(18)位于机壳(12)里，组合件
(18)的截头锥体外表面(22)与机壳(12)的锥形内壁表面(14)相哨合。挤出组合件(18)有一管状内膛(32)。管状内膛(32)内径一致，贯穿整个组合件(18)，用以输送电线、芯型或管件(未示、出)。组合件(18)用一螺母(未示出)固定在机壳(12)中，该螺母是使用螺纹(26)拧到机壳上的。胶料(如未硫化的胶料)在高压和高温下，通过管道(40)输送到机壳(12)的内部。所用的压力和温度为胶料通过挤出系统所用的压力和温度。胶料由固定中心口型组合件中的分流器(38)通过隆起表面(24)之间的导槽(42)进行分布，均匀地将胶料分离成两个基本上相等的部分，即相等的流量。胶料继续通过导槽(44)向前分布，这两个相等部分即流量的胶料最终均匀地分离成四个相等部分的胶料。最后，胶料被导向管状内膛(32)。在这里，胶料或者被均匀地分布和涂覆到一圆柱形物体(如胶管、电线或芯型)上，以提供一具有指定的剖面尺寸和均匀的壁厚同心度的胶料管状结构；或者用于提供一无支撑的软管。在机壳(12)中，最好使用一个或多个温度控制区段(20)，以协助控制挤出物的壁厚同心度。而机壳(12)尤以带有两个温度控制区段为最好，并且对温控介质的温度要加以监控，以保证温度恰当。 挤出机喂料及其控制系统喂料辊装在后段机身加料口侧面，辊面与螺杆相对回转，强制咬片喂入机筒内。该装置梁用铰链门式安装，清胶时，可以打开喂料辊支架，使之旋转约100°，便于清胶。喂料辊下侧装有可调整的刮胶板，其刃部与辊面的间隙可根据不同胶料进行调整，其辊面两侧有返胶环，随时将胶屑排出。喂料系统示意图如图4所示，原理图如图5、6所示。在正常工作时，将胶条放在喂料运输带始端，将手动、自动喂料选择开关S3扳到手动位置，K9不吸合，K5未得电，旋转速度给定电位器R1，K5的4、5脚相连，K2未得电，由K2的10脚给E300115-1Q控制器输入给定信号，运输带主电机Ml带动胶条运行，待胶条已被送到机筒内可以被螺杆旋入的位置，将给定电位器回零，停止运送，S3扳到自动位置。当主螺杆旋转后，即可自动喂料。若遇特殊情况，须运输带反转时，按运输带正反转点动按钮S4,反转接触器K4接通，改变电机励磁方向，实现反转。同时K2接通，使K2的10脚与K2内部可调电阻(通常情况下是不调的)相连，使电机按内部固有给定速度旋转(实际转速较低)，也就是说在反转时，速度不可调，这是根据工艺条件确定的。正转时自动喂料的实现如图6中所示B2为两个发电机，安装在喂料带的终端，当主螺杆开始旋转时，将胶条卷入机筒内，胶条带动运输带低速运行，同时运输带通过机械结构带动这两个发电机旋转，发电机发出电压。当将S3扳到自动位置时，K5得电，使原来靠Rl电阻给定速度的回路改为由发电机B2经K5的15、16脚到A元件，通过A元件内的电阻抽头10输送至控制器中，作为主电机Ml的给定信号，由于B2发出的电压与主螺杆的转速成正比，因此其送至控制器的给定信号与主螺杆的转速也成正比，保证了喂料与螺杆转速的同步。挤出机螺杆材料也与前段机身衬套材料相同。耐磨性好，硬度高；螺杆结构为主副螺纹结构，导程大。主、副螺位交接处采用喂慢过渡，使制品塑化均勺，生产能力高，螺杆自洁性好。本发明的橡胶排气式冷喂料挤出机的螺杆，其塑化段采用了主副螺纹型螺杆，它由两条导程不等的主副螺纹组成，副螺纹的高度略低于主螺纹，塑化好呈现出粘性流动的胶料可以越过副螺纹螺棱进入副螺纹背侧螺槽，未塑化好的胶料则继续留在副螺纹正侧螺槽进一步塑化。主副螺纹型螺杆具有强烈的剪切和塑化能力，故可在高转速下实现优质挤出，且对加工的胶料适应性强，并具有较好的自洁、排气、耐扫膛性能。该螺杆在排气段排气孔之前设有独特的横棱结构，详见图8。本发明提出了两种改进的螺杆横棱方案，采用分体式结构较好地解决了因胶料硬度变化而带来的以上问题。改进方案一 活动横棱结构对于小规格挤出机而言，其螺棱较窄，受到安装空间的限制，而且螺杆所受的扭矩相对较小。为此，我们采用将原横棱部位直接改成可拆卸的活动横棱结构，见图9。其具体做法在原来的横棱部位预先铣出安装平台，并加工好键槽及安装螺孔，为了保证螺杆主体与活动横棱均有足够的强度和抗剪切能力，截面厚度略有增加，活动横棱下部加工出与键槽配合的键，并用内六角螺钉安装在螺杆主体预先铣出的安装平台上。该结构采用键槽联接方式保证活动横棱能承受胶料塑化和混炼所传递来的扭矩和剪切力。活动横棱的加工也比较方便，一般来说一条螺杆配备三种高度规格的活动横棱就基本可满足绝大多数胶料的使用要求。该结构简便易行，对于不同硬度的胶料，通过更换活动横棱的高度规格，即可改变横棱与螺槽顶部的间隙S值，使问题得到较好地解决。改进方案二采用两半挡环结构。对于较大规格的挤出机，螺杆所承受的扭矩明显增加，须采用抗剪切能力更强的结构，两半挡环结构就是根据这一要求提出的，见图10。这种结构主要由两个带有键槽和安装螺孔的两半环、承受扭矩的定位平键及安装螺钉组成。加工步骤如下(I)螺杆的横棱部位车出环状沟槽，并加工好键槽及安装螺孔。(2)按与环状沟槽相匹配的尺寸加工几件带有键槽和安装螺孔的整圆固定环，然后用线切割从中间将之分开成两个半环(半成品)并配对使用。(3)将一组两半环(半成品)用内六角螺钉安装在螺杆主体的环状沟槽上，按螺杆的螺槽曲面加工出符合某种胶料硬度范围的横棱。(4)更换另一对两半环(半成品)安装就位，以同样方法加工出符合另一种胶料硬度范围的横棱。如此可加工出多组不同高度规格横棱的两半挡环。(5)两半挡环的材料与螺杆一致，加工后同炉进行表面离子氮化处理。该结构较为复杂，加工过程也颇繁琐。但由于采用了环状沟槽来承受胶料塑化和混炼时产生的轴向压力，靠键槽承受螺杆旋转产生的扭矩，因此尤其适合￠150以上大规格排气式冷喂料挤出机的使用要求。对于不同硬度的胶料，通过更换不同高度规格的两半挡环，即可改变横棱与螺槽顶部的间隙S值，使问题得到解决。应用计算机技术对熔融段螺杆主要的几何结构参数进行优化设计。普通挤出机螺杆的结构示意如图11所示。熔融段的螺槽深度逐渐变浅，这主要是为了强化剪切塑化的功倉泛。传统的挤出机螺杆，其螺纹升角0大多取17. 66°，本发明中，0*取22°，位于最佳取值范围内。研究表明槽深对固体输送率的影响，其最佳槽深随着螺杆直径的增大而增大。例如，螺杆直径为30mm时，H*l/Db = 0. 15 ;而当螺杆直径为65mm时，H*l/Db = 0. 185。本发明中，螺杆直径为70mm，取H*1 = 14mm,即H*l/Db = 0. 20，符合最佳槽深随着螺杆直径而增大的变化趋势。螺杆螺纹顶宽度的增大可增强对物料的剪切作用，有利于物料熔融塑化，但同时又增大功率消耗。由前述的设计参数的取值范围知e = (0. 08 0. 12)Ds，本发明中，Ds = 60mm。这样，e = 4. 8 7. 2mm,即e*值接近上限值。螺杆熔融段起、末端的螺槽深度、螺棱顶宽度和螺纹升角的最佳值分别为15mm, 4mm, 7mm和22°。温水情环系统分如下五个区段机头、机身输出段、机身塑化段、机身喂料段、螺杆。每段温度均可单独控制，由五路独立回路组成，维修方便，可靠性高。该系统采用先进的控制仪丧，设计温度的稳定度为士 l°c (实际工作测量温度可达±0. 2V )，系统中设计了低压保护和加热保护,使系统工作安全可靠。、该系统由主回路和冷却回路组成。主回路由冷却罐、加热罐、泵、工作区和注水管组成闭环回路；冷却回路由电磁阀和冷却管组成。A点为加热棒制点，B点为冷却控制点，均采用时间比例PID控制。工作区温度偏低时，加热棒开始加热，加热量由PID算法给出；工作区温度偏高时，电磁阀打开，冷却回路开始工作，将主回路中多余的热量带走，从而使温度恒定在设定值土。该系统设置了低压保护，当回路中无水或水压过低时，循环泵与加热器无法工作，可防止加热器在无水状态下加热损坏及因低压水主回路水汽化而损坏循环泵。系统还设置了加热保护，即当泵不运转时也不能加热，防止死水加热。温控仪表可显示设定温度、实际温度及温控工作状态。激光测径装置位于机头出胶口，当包完胶的钢丝加强胶管通过激光测径处时，操作台上即有数字显示。测径仪及控制系统该生产线采用测径仪在线测量挤出胶管外直径。测径仪被置于挤出机机头附近，可以尽快地获得测量信息，测量结果经过内部专用计算机处理后输出控制信号给前后牵引机，对它们进行同步控制，以校正胶管在挤出过程中产生的偏差。该控制系统能相当有效地消除任何长期的变化。测径仪的技术参数如下测量范围0. I 60_分辨率0.01mm精确度< 0.02mm扫描频率200次 s-1控制方式PID输出信号0 10DCV牵引装置包括前牵引装置和后牵引装置，二者结构基本相同。前牵引装置由交流电机配变频调速袋置进行驱动，由两条橡胶带夹持已经印完商标的钢丝加强胶管向卷取装置输送。前牵引装置的线速度直接影响钢丝加强胶管的包胶厚度。在螺杆转速恒定的条件下，牵引速度加快，则橡胶层壁厚变薄.钢丝缠绕胶管外径变小；牵引速度减慢，则橡胶壁厚增大，钢丝加强胶管外径变大。反之，当牵引速度恒定时，螺杆转速的变化也会直接影响缠绕橡胶包覆层的厚度。因此，在激光测径自动反馈系统中，螺杆转速与前牵引机的线速度是主要的两个变量。后牵引装置用交流电机配以变频调速装置进行驱动，主要用于胶芯或钢丝加强胶管输入挤出机机头尾部前的整理和输送，由两条橡胶带夹持胶芯或钢丝加强胶管向机头后部输入。该装置为工作高变可通过机械传动装置进行调节。
牵引机提供使软芯和胶管连续运行的动力，它的运行情况直接影响着产品的质量。在该生产线中，共使用了前后两台牵引机，它们在测径仪的控制下同步运行，其主要技术参数如下带宽95_牵引夹持长度600mm工作速度0 35m min_l速度稳定性< 10-3 电机功率2. 2kff夹持皮带间隙0 200mm可调为了保证软芯顺利导出以及挤出后胶管顺利收卷而防止胶管拉伸或堆积，在生产线中专门设计了恒张力装置，保证了胶管在生产线中运行状态的稳定。在挤出机挤出胶量以及胶管在生产线中运行状态稳定的前提下，由测径仪与挤出机前后两台牵引机构成的闭环控制系统将对胶管的外直径进行有效地控制，控制精度达到±0. 1mm。前后两台牵引机的速度不是同步的，而是具有一定的速度差，这有效地克服了由于两台牵引机不同步以及由于牵引速度的抖动而带来的误差，大大提高了生产线的挤出精度。为了使胶管在硫化过程中不互相粘连，在卷曲之前，必须在管壁上涂上一层隔离齐IJ。本装置采用喷淋方式，并装有压缩空气吹干装置，通过调整压缩空气的风量来调整涂在胶管上的隔离层厚度。导开及卷取装置，导开装置的作用是将软芯或内胶从转鼓上导出，而卷取装置的作用则是将挤出的胶管整齐地缠绕在转鼓上。这两个装置都具有动力。为了保证这两套装置能与整条生产线同步运行，设计了张力控制装置，并与导开及卷取装置构成闭环系统，使胶管在生产过程中保持恒张力，确保了生产过程的稳定。本发明设计了高精度温度控制系统，使挤出机各段温度的控制精度达到±1°C，同时利用一个高温熔体压力变送器、PID单回路调节器以及变频调速装置构成的闭环控制系统，精确控制螺杆转速以保证挤出机机头压力稳定，控制精度为±0. IMPa0挤出机控制系统如图13所示，主要由变频器、PLC,5个筒身加热器、6个温度检测器组成，它主要完成如下功能 ①下料量加特殊供量装置可调节、计量、显示。②螺杆内冷却水电动调节阀ZAZP或小口径电动球阀。③主机转速、电流、手动、自动调节、报警、输出停止时提供给牵引机信号。④料筒温度信号输入主控电脑。⑤齿轮箱油压监控。⑥其他(内冷却水管结垢、原料过热、过冷、结块等)。当发生大的问题时，如输送量大幅度增加或下降、主机料塞、主电机停机等，挤出机控制系统能反映并迅速调整牵引机。挤出机牵引机控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成，如图14所示，它主要完成如下功能①开机时有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值。
②根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度。③显示、设定管壁厚度。④显示牵引机的电流、转速。⑤具有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断功倉泛。⑥与挤出机有速度同步、联锁控制功能，当挤出机料塞或空转或因故停机，牵引机自动停止工作。在随后的胶管冷冻环节，包括冷冻温度的检测与控制；胶管冷冻程度，即胶管硬度的检测与控制。以及胶管牵引速度与前期牵引速度的协调控制。在胶管缠绕环节，重点实现胶管控制器的自动化调整，以及牵引机构的自动控制。 采用缠绕和牵引分别独立的电机传动系统，由先进的控制系统控制两台电机的转数，通过调整控制系统来完成缠绕转数和牵引速度的匹配，满足胶管缠绕工艺的需要。并设有自动断线、完线停车装置。主控台是整条生产线的核心，可以对所有的设备进行操作和控制，并显示生产线的各种工作参数。记录仪可以自动记录生产过程中挤出机机头压力以及胶管外直径的变化情况。中央处理器对各系统的工作情况进行实时监控，保证整条生产线协调运行。采用的驱劲电机为直流电动机，电控系统由可控硅整流传动柜及电气操作合组戌。操作台上有主机启动、停止和主电机通电、电流、电压等显示信号和显示仪表共两套。操作台上还设有油泵启动及停止按钮，油泵启动与主机启动联锁，以保证在油泵工作状态下启动主机的控制，螺杆转速为可控硅整流控制，可在5. 5-55r/min无级调速。控制线路设有主电机过载保护。操作盘上还配有操纵辅机的开关及显示仪表，有前、后牵引机线速度调节钮及线速度数字显示，机头内胶料压强数字显示，由激光测径反馈而显示出半成品外径的数码器和记录仪。显示精度为0.01mm。通过对生产过程中前、后牵引机的线速度、激光测径及相关数据的计算整理，给出数学模型。在给定胶管外径后，通过激光测径显示并反馈给前、后牵引电机，可达到自动调节的目的，从而达到设计给定的胶管直径。
权利要求
1.一种胶管挤出联动生产方法及其装置包括软芯导出装置、前牵引机、冷喂料挤出机、动力柜、温度控制系统、测径仪、冷却水装置、后牵引机、涂隔离剂机、双轴收卷机、主控制台、张力装置。
2.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于采用橡胶管胎挤出及其自动控制技术，塑料冷定形和橡胶管胎冷定形及其卷绕和测控技术，研制胶管管胎挤出及同步联动控制和检测生产流水线。
3.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于所述的胶管挤出牵引机，设有若干组筒身加热器、温度检测器、机头压力传感器，与变频器、PLC组成挤出控制系统。其控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成设置有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值；根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度；显示、设定管壁厚度；显示牵引机的电流、转速；设置有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断等机电部件。
4.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于该自动化胶管挤出联动生产线设有整体智能监控系统，采用温度、压力、红外线或者超声波等传感器，基于单片机或PLC的主控单元，采用现场总线技术，设置上位工控机，设计可以实现各种工艺参数检测与整定以及屏幕显示功能，以及各路传感器信号的信息融合与智能决策判断系统，方便操作人员随生产工艺要求的改变而随时调整生产联动线的参数，并可以实现对各种故障智能报警与基于专家数据库的故障排除快速指南。
5.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于挤出机机头附近设置有在线测量挤出胶管外直径的测径仪，测量结果经过内部专用计算机处理后输出控制信号给前后牵引机，对它们进行同步控制，以校正胶管在挤出过程中产生的偏差。
6.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于设置有一种直角机头挤出系统，其直角机头挤出机的机壳安装一固定中心的组合件，直角机头机体的前面有两个可控温度区段。
7.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于所述的螺杆，其塑化段采用了主副螺纹型螺杆，由两条导程不等的主副螺纹组成，副螺纹的高度略低于主螺纹，塑化好呈现出粘性流动的胶料可以越过副螺纹螺棱进入副螺纹背侧螺槽，该螺杆在排气段排气孔之前设有独特的横棱结构。
8.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于所述的温水情环系统分如下五个区段机头、机身输出段、机身塑化段、机身喂料段、螺杆；每段温度均可单独控制，该系统设置有循环泵水低压保护装置与死水加热保护装置。
9.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于所述的挤出机机头出胶口处设置有激光测径与数字显示装置。
10.根据权利要求I所述的一种胶管挤出联动生产方法及其装置，其特征在于所述的挤出机牵引与卷曲系统设置有恒张力装置，由测径仪与挤出机前后两台牵引机构成闭环控制系统。
全文摘要
本发明涉及一种胶管挤出联动生产方法及其装置，包括软芯导出装置、前牵引机、冷喂料挤出机、动力柜、温度控制系统、测径仪、印字机、冷却水装置、后牵引机、涂隔离剂机、双轴收卷机、主控制台与张力调节装置。挤出机设有若干组筒身加热器、温度检测器、机头压力传感器，其控制系统由变频器、PLC、管长检测旋转编码器、管壁厚度检测仪组成；设置有手动和自动转换，选择、确定和输入设定基准数值；根据管壁厚度偏差自动跟踪、调整牵引速度；显示、设定管壁厚度；显示牵引机的电流、转速；设置有过流、过压、牵引爪打滑、牵引断链、牵引断轴等保护、报警和故障自诊断等机电部件。本发明公开的技术方案具有自动化程度高，操作使用方便的特点。
文档编号B29C47/28GK102729446SQ201110092698
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者王东奎 申请人:王东奎