機(jī)電專業(yè) 橡膠硫化設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、橡膠硫化設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文通過(guò)對(duì)橡膠(護(hù)舷)硫化過(guò)程及其工藝條件深入研究的基礎(chǔ)上，提出丫一種等效硫化時(shí)間控制方案，并設(shè)計(jì)硫化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)的魯棒性好，能適應(yīng)外界條件變化，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。針刈橡膠硫化過(guò)程的非線性及時(shí)變特性等特點(diǎn)，為進(jìn)一步改善硫化控制效果，作者義提出J7一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真研究：(1)首先基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)橡膠硫化控制參數(shù)，并建立其預(yù)測(cè)模型；(2)針對(duì)其已建立的模型設(shè)計(jì)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)的PID控制器。仿真研究表明該控制算法具有更為理想的控制效果。此外，為校驗(yàn)橡膠護(hù)舷硫化性能指標(biāo)，作者又設(shè)計(jì)了橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，

2、該系統(tǒng)可對(duì)護(hù)舷反彈力及吸能量等重要力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量并-_YFF其輸出曲線。關(guān)鍵詞：橡膠護(hù)舷；硫化效應(yīng)；反彈力；吸能量目 錄 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc515482579 摘 要 PAGEREF _Toc515482579 h I HYPERLINK l _Toc515482580 第一章 緒論 PAGEREF _Toc515482580 h 1 HYPERLINK l _Toc515482581 1.課題的意義 PAGEREF _Toc515482581 h 1 HYPERLINK l _Toc515482582 2.國(guó)內(nèi)外研究概況 PAGEREF _To

3、c515482582 h 1 HYPERLINK l _Toc515482583 3.本課題研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc515482583 h 2 HYPERLINK l _Toc515482584 第二章 橡膠硫化 PAGEREF _Toc515482584 h 3 HYPERLINK l _Toc515482585 1.橡膠硫化歷程 PAGEREF _Toc515482585 h 3 HYPERLINK l _Toc515482586 1.1一硫化誘導(dǎo)期 PAGEREF _Toc515482586 h 4 HYPERLINK l _Toc515482587 1.2預(yù)硫階段 PAGER

4、EF _Toc515482587 h 4 HYPERLINK l _Toc515482588 1.3正硫化階段 PAGEREF _Toc515482588 h 4 HYPERLINK l _Toc515482589 1.4過(guò)硫階段 PAGEREF _Toc515482589 h 4 HYPERLINK l _Toc515482590 2.正硫化及正硫化點(diǎn)的測(cè)定 PAGEREF _Toc515482590 h 5 HYPERLINK l _Toc515482591 3.硫化條件 PAGEREF _Toc515482591 h 6 HYPERLINK l _Toc515482592 3.1硫化溫度

5、 PAGEREF _Toc515482592 h 6 HYPERLINK l _Toc515482593 3.2硫化壓力 PAGEREF _Toc515482593 h 6 HYPERLINK l _Toc515482594 3.3硫化時(shí)間 PAGEREF _Toc515482594 h 7 HYPERLINK l _Toc515482595 4.硫化介質(zhì)和硫化熱效應(yīng) PAGEREF _Toc515482595 h 8 HYPERLINK l _Toc515482596 4.1硫化介質(zhì) PAGEREF _Toc515482596 h 8 HYPERLINK l _Toc515482597 4.

6、2硫化熱效應(yīng) PAGEREF _Toc515482597 h 9 HYPERLINK l _Toc515482598 第三章橡膠硫化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515482598 h 11 HYPERLINK l _Toc515482599 1.系統(tǒng)組成及功能 PAGEREF _Toc515482599 h 11 HYPERLINK l _Toc515482600 1.1硫化控制系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc515482600 h 11 HYPERLINK l _Toc515482601 1.2主要功能 PAGEREF _Toc515482601 h 11 HYPERLINK

7、l _Toc515482602 2.硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc515482602 h 12 HYPERLINK l _Toc515482603 2.1變送器選型 PAGEREF _Toc515482603 h 12 HYPERLINK l _Toc515482604 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc515482604 h 15 HYPERLINK l _Toc515482605 致謝 PAGEREF _Toc515482605 h 16第一章 緒論1.課題的意義橡膠由于具有其獨(dú)特的高彈性能、優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度、極好的電絕緣性和耐磨性等，被廣泛用于國(guó)防工業(yè)、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造以及農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)

8、衛(wèi)生，甚至于在我們的日常生活方面，橡膠都有著極其廣泛的用途。然而，不同的應(yīng)用場(chǎng)合需要具有不同性能的橡膠制品。如本課題將主要討論應(yīng)用于碼頭的橡膠護(hù)舷，便利用橡膠獨(dú)特的應(yīng)力一應(yīng)變性能，能夠貯存大量的能量(為同重量的回火彈簧鋼的150倍)，并在回縮時(shí)釋放出其絕大部分能量：絕緣電纜則利用橡膠其優(yōu)異的電絕緣性能：還有很多諸如可燃性、透氣性、絕熱性、摩擦性等性質(zhì)，均有其應(yīng)用場(chǎng)合。然而，橡膠的上述性質(zhì)取決于橡膠制品加工工藝，特別是橡膠硫化過(guò)程。硫化過(guò)程控制的效果直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，提高硫化過(guò)程控制質(zhì)量指標(biāo)是改善橡膠制品性能的關(guān)鍵因素。2.國(guó)內(nèi)外研究概況由于橡膠硫化過(guò)程屬于非線性、大時(shí)滯、多變量控制對(duì)象，

9、欲達(dá)到最優(yōu)控制硫化過(guò)程并非易事。從硫化的優(yōu)化控制出發(fā)，近年來(lái)只有少量的報(bào)道介紹了這方面的研究情況。Autrique L和Souza De Cursi E對(duì)硫化反應(yīng)過(guò)程研究了一種隨 機(jī)方法來(lái)識(shí)別硫化時(shí)膠料的性能，這種方法有助于優(yōu)化硫化過(guò)程，提高橡膠硫化后的機(jī)械性能，但不是一種直接控制的方法。后來(lái)，他們基于控制機(jī)理，通過(guò)溫度和膠料的州狀組織率建立非線性模型，但文中并沒有給出其用于硫化控制的結(jié)果。為了進(jìn)一步估計(jì)硫化的質(zhì)量，他們又通過(guò)能量方程和熱力學(xué)方程描述了合成橡膠在硫化過(guò)程中的熱性能。文中僅將二維模型與一維模型進(jìn)行了比較。Le Brizaut J S也用類式的方法將普通微分方程與非線性熱傳導(dǎo)方程相

10、結(jié)合優(yōu)化控制，包括有熱交換的化學(xué)反應(yīng)，文中給出了兩種材料應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。Scanlan J C和Goldbart P M從改善硫化性能方面對(duì)硫化的反應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。RwLoBo列硅橡膠電纜的硫化生產(chǎn)進(jìn)行了探索。國(guó)內(nèi)，化工部閂動(dòng)化研究所，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，上海輪胎集團(tuán)有限公司等單位對(duì)無(wú)探針等效硫化技術(shù)進(jìn)行了研究。他們根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，采用有限元方法對(duì)硫化過(guò)程中的各種硫化條件進(jìn)行了大規(guī)模的模擬與計(jì)算，最后測(cè)定硫化過(guò)程中橡膠制品內(nèi)部的溫度場(chǎng)，然后將結(jié)果回歸，利用單片機(jī)進(jìn)行多元函數(shù)計(jì)算，以確定硫化程度。但是這種方法實(shí)時(shí)控制的效果并沒有報(bào)道。最近人們結(jié)合最新發(fā)展起來(lái)的知識(shí)體系，如神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論

11、、模糊理論、專家系統(tǒng)等，在橡膠硫化智能控制方面也作了有益的探索，把橡膠硫化控制發(fā)展到了一個(gè)新的階段。3.本課題研究?jī)?nèi)容本課題的目的是對(duì)橡膠(護(hù)舷)硫化以及硫化條件、硫化控制參數(shù)等作深入探索的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出硫化控制系統(tǒng)，并對(duì)其控制方案進(jìn)行一些智能算法的研究。主要工作是：(1)在探討橡膠硫化原理基礎(chǔ)上，分析確定橡膠護(hù)舷硫化的硫化參數(shù)，并設(shè)計(jì)其硫化控制系統(tǒng)；(2)設(shè)計(jì)橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用于橡膠護(hù)舷硫化控制系統(tǒng)的性能檢驗(yàn)。針對(duì)橡膠硫化過(guò)程的非線性及時(shí)變特性等特點(diǎn)，并為得到更好的硫化控制效果，提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，并進(jìn)行仿真研究：(1)首先基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)橡膠硫化參數(shù)，并建立其預(yù)測(cè)

12、模型；(2)針對(duì)其已建立的模型設(shè)計(jì)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)的PD控制器。課題研究的主要內(nèi)容關(guān)系如圖l 1所示。圖1 1 課題研究?jī)?nèi)容關(guān)系圖第二章 橡膠硫化在橡膠制品生產(chǎn)中，硫化是最后的一道加工工序。其目的在于改善膠料的物理機(jī)械性能及其它性能，使橡膠制品能更好地適應(yīng)和滿足使用的要求。在加熱條件下，膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使橡膠由線性結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，導(dǎo)致該膠料的物理機(jī)械性能及其它性能有明顯的改善。在硫化過(guò)程中，膠料的一系列性能發(fā)生了顯著的變化，取不同硫化時(shí)間的試片作各種物理機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)，可得出如圖2 1所示的曲線。圖2 l 硫化過(guò)程膠料性能的變化一抗張強(qiáng)度：2一定

13、伸強(qiáng)度：3一彈性：4一硬度：5一伸長(zhǎng)度：6一永久變形從圖中可看出，抗張強(qiáng)度、定神強(qiáng)度、彈性等性能達(dá)到峰值后，硫化時(shí)間再延長(zhǎng)，其峰值出現(xiàn)下降，而硬度則保持不變。伸長(zhǎng)率、永久變形等性能隨硫化時(shí)間的延長(zhǎng)而漸減，并到達(dá)最低值后，繼續(xù)硫化又緩慢上升。其他性能如耐熱性、耐磨性、抗溶脹性等都隨硫化時(shí)間的增加而有所改善，并在正硫化階段性能達(dá)到最佳。硫化過(guò)程膠料性能的變化，是由于硫化過(guò)程分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果。未硫化的生膠是線性結(jié)構(gòu)大分子，其分子鏈具有運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，而表現(xiàn)出可塑性大、伸長(zhǎng)率較高，并具有可溶性；經(jīng)硫化后的橡膠大分子，在分子鏈之間生成橫鍵成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因而在分子間除次價(jià)鍵力外，在分子鏈彼此結(jié)合處

14、還有主價(jià)鍵力發(fā)生作用，所以硫化膠比生膠的抗張強(qiáng)度大、定伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率小而彈性大，并失去可溶性而只有有限的溶脹。1.橡膠硫化歷程 通過(guò)測(cè)定膠料在硫化過(guò)程中物理機(jī)械性能的變化可以看出，整個(gè)硫化過(guò)程可分為四個(gè)階段，即硫化誘導(dǎo)階段、預(yù)硫階段、正硫化階段及過(guò)硫化階段。1.1一硫化誘導(dǎo)期在此階段內(nèi)，交聯(lián)尚未開始，膠料在模內(nèi)有良好的流動(dòng)性，在模壓硫化中，膠料的流動(dòng)、充模在此刻進(jìn)行。此階段的長(zhǎng)短決定膠料的焦燒性能及操作安全性。從此階段的終點(diǎn)起，膠料開始發(fā)硬并喪失流動(dòng)性，在模壓硫化中，膠料在模內(nèi)停止流動(dòng)。對(duì)要求具有較長(zhǎng)的誘導(dǎo)期和較好的操作安全性的膠料，可配用后效性促進(jìn)劑。1.2預(yù)硫階段繼誘導(dǎo)階段之后，交聯(lián)便以

15、一定的速度開始進(jìn)行。在預(yù)硫階段的初期，交聯(lián)程度較低，即使到達(dá)此階段的后期，硫化膠的主要物理機(jī)械性能如抗張強(qiáng)度、彈性等尚未達(dá)到預(yù)期的要求，而有些性能如抗撕裂、抗動(dòng)態(tài)裂口等性能卻超過(guò)正硫化階段的相應(yīng)值。1.3正硫化階段在這一階段，硫化膠的主要物理機(jī)械性能均達(dá)到或接近于最佳值，或者說(shuō)硫化膠的綜合性能達(dá)到最佳值。這一階段所取的溫度和時(shí)間，分別稱為正硫化溫度和正硫化時(shí)問，總稱為正硫化條件。正硫化是一個(gè)階段，即在這一階段中，膠料各項(xiàng)物理機(jī)械性能基本上保持恒定，或變化很少，所以正硫化階段也稱硫化平坦期。橡膠是一種不良的導(dǎo)熱體，與其他材料相比，其導(dǎo)熱系數(shù)小、比熱大、導(dǎo)溫系數(shù)小，傳熱時(shí)間長(zhǎng)。故硫化時(shí)，膠料本身升

16、溫慢，而硫化后其散熱降溫也慢，在這過(guò)程中交聯(lián)仍在進(jìn)行，甚至延續(xù)到成品的貯存期，這種現(xiàn)象稱為“后硫化”。對(duì)于厚制品如本課題的橡膠護(hù)舷，后硫化在整個(gè)硫化過(guò)程中所占的比例更大，在選擇正硫化條件時(shí)，需要將其考慮進(jìn)去。為了加速硫化過(guò)程的進(jìn)行，一般可選用平坦性好而無(wú)損于制品質(zhì)量的快速硫化的硫化體系；或采用對(duì)半成品進(jìn)行預(yù)熱的方法，如高頻預(yù)熱、微波預(yù)熱等，以縮短硫化時(shí)間，減少硫化過(guò)程中制品的內(nèi)外溫差，使硫化程度達(dá)到一致；對(duì)于厚壁中空制品，電可調(diào)節(jié)各部件的配方，使其硫化速度不同，從而導(dǎo)致最厚的部位和最薄的部位同時(shí)達(dá)到正硫化。1.4過(guò)硫階段正硫化后，繼續(xù)硫化便進(jìn)入過(guò)硫化階段。在過(guò)硫化階段中，不同的橡膠會(huì)出現(xiàn)不同的

17、情況，天然橡膠膠料會(huì)出現(xiàn)各項(xiàng)物理機(jī)械性能下降的現(xiàn)象；而合成橡膠料在過(guò)硫階段中各項(xiàng)物理機(jī)械性能變化甚小或保持恒定。交聯(lián)和氧化斷鏈兩種反應(yīng)貫穿于橡膠硫化過(guò)程的始終。在硫化過(guò)程的不同階段，上述兩種反所處地位不同，在過(guò)硫階段中氧化斷鏈反應(yīng)占主導(dǎo)地位，對(duì)于天然橡膠膠料，橡膠主鏈為線性大分子結(jié)構(gòu)，因此，此時(shí)表現(xiàn)為物理機(jī)械性能下降：而對(duì)于大部分合成橡膠，如丁苯、丁腈橡膠等，存在著支鏈結(jié)構(gòu)，在氧化反應(yīng)過(guò)程起支化反應(yīng)，因而合成橡膠在過(guò)硫階段的物理性能變化不大。實(shí)驗(yàn)測(cè)定的硫化曲線是上述兩種反應(yīng)的綜合結(jié)果。2.正硫化及正硫化點(diǎn)的測(cè)定正硫化即為硫化過(guò)程中膠料綜合性能達(dá)到最佳值的階段。而達(dá)到正硫化所需的最短時(shí)間稱為“正

18、硫化點(diǎn)”：在正硫化階段中，膠料的物理機(jī)械性能保持最高值或略低于最高值，這一階段所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱為“硫化平坦時(shí)間”，這段硫化曲線稱為“硫化平坦線”，如圖2 2所示。圖22硫化曲線示意圖A一正硫化點(diǎn)：AB一硫化平坦線由于在給定的溫度下，膠料各種性能達(dá)到最佳值的時(shí)間不一，為了使橡膠制品獲得最佳的性能和確定正硫化條件，必須按制品的性能要求、形狀、工特性，選擇既能滿足制品特殊性能的要求，又有良好的綜合性能的最短硫化時(shí)間的一點(diǎn)，稱為“工藝正硫化點(diǎn)”。般橡膠制品的工藝正硫化點(diǎn)應(yīng)取應(yīng)力、應(yīng)變最高值稍前一點(diǎn)。工藝正硫化點(diǎn)的確定可采用硫化膠物理機(jī)械性能測(cè)定法、專用儀器法和化學(xué)方法。最常用的是物理機(jī)械性能法和專用儀器

19、法。這里主要講述物理機(jī)械性能法：在正硫化點(diǎn)測(cè)定的各種方法中，測(cè)定硫化膠物理機(jī)械性能的方法是一種既簡(jiǎn)單而又實(shí)用的方法，其根據(jù)是利用膠料在硫化過(guò)程中性能變化的特征來(lái)確的。通常是測(cè)定一定硫化溫度下，不同硫化時(shí)間所得硫化膠的物理機(jī)械性能(抗張強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等)，并做出膠料的物理機(jī)械性能與硫化時(shí)間曲線，再按產(chǎn)品的要求進(jìn)行綜合分析，找出適當(dāng)?shù)恼蚧c(diǎn)。除用上述方法外，正硫化點(diǎn)還常用抗張積來(lái)確定?？箯埛e是抗張強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)的乘積?？箯埛e的最大值可認(rèn)為是膠料強(qiáng)伸性能最佳平衡所在，并作為正硫化點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，選用哪些性能作為判斷的依據(jù)主要取決于產(chǎn)品的要求。若產(chǎn)品的性能要求側(cè)重于強(qiáng)度，應(yīng)從抗張強(qiáng)度曲線選

20、取；若性能側(cè)重于變形，則應(yīng)從壓縮變形曲線選取：若要兼顧強(qiáng)度和伸長(zhǎng)兩方面的性能，應(yīng)從抗張積曲線選取。此外，從強(qiáng)度、定伸和硬度三個(gè)正硫化時(shí)間求取平均值作為正硫化時(shí)間，具有綜合平衡的意義。3.硫化條件硫化過(guò)程控制的主要硫化條件是硫化溫度、時(shí)間和壓力。3.1硫化溫度熱硫化本身是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)過(guò)程的決定性條件是硫化溫度。硫化溫度對(duì)硫化速度的影響，我們通常用硫化溫度系數(shù)來(lái)描述。硫化溫度系數(shù)是在特定溫度下，橡膠達(dá)到一定硫化程度所需的時(shí)間與在溫度相差10C的條件下所需的相應(yīng)時(shí)間之比。其表達(dá)式為:硫化溫度系數(shù)k隨膠料的差異而變化，但通常取k為2或其接近值l 92 l。硫化溫度系數(shù)用來(lái)調(diào)節(jié)硫化條件。若己知

21、膠料的硫化溫度系數(shù)，而硫化溫度發(fā)生變化，可從式(2-1)求出溫度變化后的硫化時(shí)間。若硫化溫度系數(shù)為2，硫化溫度升高IO。C，則硫化時(shí)間為原有硫化時(shí)間的一半。因此，可通過(guò)提高硫化溫度加速硫化過(guò)程，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。但是提高硫化溫度還應(yīng)考慮下列因素：對(duì)于厚制品，因橡膠是不良的導(dǎo)熱體，高溫會(huì)增加制品的內(nèi)外溫差，導(dǎo)致硫化程度不一致；對(duì)于有纖維的制品，高溫會(huì)使紡織物強(qiáng)度降低，如紡織物在240。C下連續(xù)加熱4個(gè)小時(shí)，導(dǎo)致完全被破壞。此外，對(duì)膠料的種類和硫化方法等因素也要考慮。如橡膠護(hù)舷這類厚制品和硬質(zhì)膠制品一般采用逐步升溫、低溫長(zhǎng)時(shí)間硫化。但目前橡膠護(hù)舷硫化力圖通過(guò)各種途徑，以提高其硫化溫度而縮短其

22、硫化時(shí)間，提高效率。3.2硫化壓力除某些薄制品在常壓下硫化外，般的橡膠制品都要在一定壓力下進(jìn)行硫化。硫化壓力可保證制品的致密性，消除氣泡。膠料中的生膠和配合劑含有微量的水分和空氣，在硫化過(guò)程中因加熱而會(huì)產(chǎn)生氣泡；此外，在硫化過(guò)程中也會(huì)因產(chǎn)生某些揮發(fā)性的氣體而導(dǎo)致制品產(chǎn)生氣泡，所以一般要求一定的硫化壓力，以保證制品的質(zhì)量。硫化壓力可促進(jìn)膠料在模內(nèi)的流動(dòng)，使其迅速充滿模腔，以制得花紋清晰的制品。特別是在膠料處于未交聯(lián)狀態(tài)的硫化誘導(dǎo)期內(nèi)，硫化壓力的作用更為明顯，因膠料在此階段具有良好的流動(dòng)性。硫化壓力可提高制品中各層(膠層與布層或金屬層、布層與布層)之間的粘著力和產(chǎn)品的耐屈繞性能。硫化壓力的大小由膠

23、料的性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝條件等因素而定。對(duì)流動(dòng)性差的膠料、結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的厚制品、硫化壓力一般要大些；反之、硫化壓力可小些。采用加熱硫化介質(zhì)時(shí)，其硫化壓力取決于硫化溫度，如橡膠護(hù)舷采用直接蒸汽硫化，其蒸汽壓力為35 kgcm 2。3.3硫化時(shí)間硫化是一個(gè)交聯(lián)的過(guò)程，需要一定的時(shí)間才能完成。上面曾敘述正硫化時(shí)間的確定，但當(dāng)硫化條件變化時(shí)，硫化時(shí)間如何確定是生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常面臨的問題。硫化時(shí)間的長(zhǎng)短必須服從于達(dá)到正硫化時(shí)的硫化效應(yīng)為準(zhǔn)則。時(shí)間過(guò)短會(huì)造成欠硫；過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致過(guò)硫。l硫化效應(yīng)和硫化強(qiáng)度硫化強(qiáng)度表示膠料在一定溫度下，單位時(shí)間所達(dá)到的硫化程度，或膠料在一定溫度下的硫化速度。硫化速度取決于膠料的硫

24、化溫度系數(shù)和硫化溫度。根據(jù)硫化強(qiáng)度和溫度系數(shù)的關(guān)系，可得到不同硫化溫度下的硫化強(qiáng)度。硫化效應(yīng)是硫化強(qiáng)度與硫化時(shí)間的乘積，其表達(dá)式為硫化效應(yīng)是衡量硫化程度深淺的尺度。若一種膠料在不同的硫化條件下硫化，只要其硫化效應(yīng)相同，便可達(dá)到同樣的硫化程度。在生產(chǎn)條件變更情況下以此原則來(lái)調(diào)整硫化條件和判斷膠料是否達(dá)到正硫化。2等效硫化時(shí)間為了便于與試片硫化條件相比較，檢驗(yàn)它是否達(dá)到正硫化，需要換算等效硫化時(shí)間。等效硫化時(shí)間是膠料在實(shí)際生產(chǎn)的硫化效應(yīng)與該膠料在實(shí)驗(yàn)條件下的硫化強(qiáng)度之比。其表達(dá)式如下：若計(jì)算的等效硫化時(shí)間S在該膠料的硫化平坦范圍之內(nèi)，并接近正硫化點(diǎn)，則說(shuō)明該部位在生產(chǎn)中達(dá)到正硫化。4.硫化介質(zhì)和硫

25、化熱效應(yīng)4.1硫化介質(zhì)在橡膠制品硫化中，硫化介質(zhì)是一種載熱體。因此評(píng)價(jià)硫化介質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是要具有良好的傳熱性和熱的分散性，同時(shí)還要具有高的蓄熱能力。常用的硫化介質(zhì)有水、空氣和蒸汽。水的比熱和密度最大，在同一體積內(nèi)所積蓄的熱量也較大。而飽和蒸汽的熱量主要來(lái)自于蒸發(fā)潛熱，所以飽和蒸汽無(wú)需溫度發(fā)生變化，就能放出較大的熱量。飽和蒸汽放出的熱量Q為為充分利用蒸發(fā)潛熱，蒸汽管道一般設(shè)置汽水分離器，以減少冷凝水。飽和蒸汽的溫度和壓力之間按水的蒸汽壓曲線變化，見圖2 3。在生產(chǎn)實(shí)踐中利用這一特點(diǎn)，調(diào)節(jié)蒸汽壓力以達(dá)到調(diào)節(jié)蒸汽溫度的目的。從圖22曲線看出，當(dāng)蒸汽壓力較高時(shí)，蒸汽溫度隨壓力變化的速率較小，所以要

26、求加熱溫度較高，不采用蒸汽加熱，而要選用另外的加熱方法；此外，若用飽和蒸汽作為壓力介質(zhì)時(shí)，要增大蒸汽壓力，同樣是不經(jīng)濟(jì)的。因此有人認(rèn)為采用蒸汽一空氣混合物時(shí)，可以在較高壓力下用較低的溫度來(lái)加熱，且比較經(jīng)濟(jì)。過(guò)熱蒸汽是飽和蒸汽在恒定壓力下進(jìn)行過(guò)熱。過(guò)熱蒸汽一般可使罐內(nèi)溫度提高40“C左右。過(guò)熱蒸汽的溫度調(diào)節(jié)不受蒸汽壓力的限制，并可減少冷凝水。4.2硫化熱效應(yīng)硫化過(guò)程中，生膠與硫磺之間的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)證明，在184。C下硫化時(shí)，含4硫磺的膠料的反應(yīng)放熱為lo卡克，這種生成熱伴隨結(jié)合硫磺的增加而增加，當(dāng)結(jié)合硫量為32時(shí)，產(chǎn)生442卡克熱量。所以在軟質(zhì)橡膠中，因含硫量低，這種硫化熱效

27、應(yīng)對(duì)硫化過(guò)程影響不大，但在含硫量較高的硬質(zhì)膠中，這種熱效應(yīng)對(duì)硫化過(guò)程影響很大，故在制訂硫化條件時(shí)，需要考慮這種因素的影響。在硫化的開始階段，因硫磺的熔融需要吸收熱量，導(dǎo)致溫度降低的現(xiàn)象，但這只是暫時(shí)的現(xiàn)象。5.本課題工藝條件的確定橡膠護(hù)舷是鼢舶靠岸時(shí)，為保護(hù)船體同時(shí)保護(hù)碼頭而使用的一種橡膠制品。它充分利用了橡膠獨(dú)特的應(yīng)力一應(yīng)變性質(zhì)，能吸收船靠岸時(shí)的絕大部分動(dòng)能，并具有低反力特性。橡膠護(hù)舷硫化屬于厚制品硫化，由于厚制品在硫化中各層溫度不同，故在相同的硫化時(shí)間內(nèi)，各部件的硫化程度不同，這就有必要將各部件的硫化效應(yīng)換算成等量硫化時(shí)間，然后從中選出處于各層膠料最大與最小硫化效應(yīng)范圍內(nèi)的硫化時(shí)間，作為藝

28、控制的正硫化時(shí)間。滄州唯王橡膠制品有限公司配有兩個(gè)硫化罐，其中，l號(hào)硫化罐型號(hào)為廬20005000，2號(hào)硫化罐型號(hào)為礦12003000。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探索，確定出如下硫化工藝條件：1號(hào)硫化罐從預(yù)硫化到硫化過(guò)程完成共需要6小時(shí)，預(yù)硫化需3小時(shí)，正硫化需3小時(shí)，其中，預(yù)硫化又分為三個(gè)階段；2號(hào)硫化罐從預(yù)硫化到硫化過(guò)程完成共需要15小時(shí)，預(yù)硫化需05小時(shí)，正硫化需l 5小時(shí)。具體過(guò)程參看表21。第三章橡膠硫化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)組成及功能1.1硫化控制系統(tǒng)組成橡膠硫化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3 1所示。1.2主要功能I系統(tǒng)具有壓力調(diào)節(jié)功能，并可根據(jù)工藝要求方便、靈活地修改各種參數(shù)；2對(duì)硫化罐內(nèi)溫度、壓力

29、實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，并可自動(dòng)顯示、打印、存儲(chǔ)；3具有等效硫化控制功能。根據(jù)硫化罐的溫升情況，定量計(jì)算等效硫化效應(yīng)，達(dá)到給定值時(shí)，自動(dòng)結(jié)束硫化：4對(duì)溫度、壓力的越限聲光報(bào)警， 5分鐘壓力未到額定值語(yǔ)言提示；硫化終止語(yǔ)音提示和燈光指示：5具有手動(dòng)“f動(dòng)切換功能。該控制系統(tǒng)還配備相應(yīng)的手動(dòng)遙控系統(tǒng)，以備緊急狀態(tài)使用；6系統(tǒng)配置有UPS不間斷電源。2.硬件設(shè)計(jì)如圖31所示控制系統(tǒng)由EVOC工業(yè)控制機(jī)、32通道光隔數(shù)據(jù)采集卡、4路獨(dú)立DA轉(zhuǎn)換卡、16路大功率繼電器輸出板、工業(yè)接線端子板、溫度變送器、壓力變送器、執(zhí)行器、報(bào)警電路等構(gòu)成。EVOC工業(yè)控制機(jī)主頻200MHz，內(nèi)存32M，并具有如下特點(diǎn)1雙冷卻排風(fēng)扇

30、形成內(nèi)部正壓氣流、防塵、降溫2封閉式全鋼板結(jié)構(gòu)、防空間磁場(chǎng)干擾3防震軟硬驅(qū)動(dòng)器固定架、所有插件板均有壓桿軟鎖定、防抖、防擺、耐沖擊震動(dòng)；4電磁兼容性符合FCcBZTA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：5安全性滿足ULl950D3和IEC950標(biāo)準(zhǔn)；可確?？刂葡到y(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)穩(wěn)定、精確的測(cè)量和控制。2.1變送器選型溫度變送器采用香港上潤(rùn)精密儀器公司的WPC801系列的單路數(shù)字顯示控制儀。該變送器采用Ptl00熱電阻(R0=100Q、分辨率為0 l、測(cè)量范圍為一199 9320 OJ三線制輸入，自動(dòng)補(bǔ)償引線電阻。其主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量精度：O 2FS1字或。為了保證工藝提出的硫化條件，避免因熱傳導(dǎo)誤差以及其它原因所產(chǎn)生的實(shí)際罐溫低于給定值，采用罐前罐后兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，微機(jī)將采集到的兩點(diǎn)溫度經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以其平均值作為調(diào)節(jié)參量進(jìn)行計(jì)算、調(diào)節(jié)，以確保整個(gè)罐溫不低于給定值。壓力變送器采用瑞士Kristal儀器公司生產(chǎn)的MERl8系列陶瓷傳感器作為敏感元件組裝的一種高性能的工業(yè)通用變送器。其技術(shù)參數(shù)如下：二A1)、DA及IO