平板硫化机 _百度百科
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平板硫化机主要用于硫化平型胶带如输送带传动带简称平带属于液压机械平板硫化机的主要功能是提供硫化所需的压力和温度压力由液压系统通过液压缸产生温度由加热介质通常为蒸汽导热油等过热水也有用所提供平带平板硫化机按机架的结构形式主要可分为柱式平带平板硫化机和框式平带平板硫化机两类按工作层数可有单层和多层之分按液压系统工作介质则可有油压和水压之分
输送带平板硫化机主要用于硫化平型胶带胶板高分子等平板类产品的成型它具有热板单位面积压力大设备操作可靠维修量少等优点平板硫化机的主要功能是提供硫化所需的压力和温度压力由液压系统通过液压缸产生温度由加热介质通常为蒸汽导热油等所提供 平带平板硫化机按机架的结构形式主要可分为柱式平带平板硫化机和框式平带平板硫化机两类按工作层数可有单层和多层之分按液压系统工作介质则可有油压和水压之分
在橡胶工业中柱式平带平板硫化机是使用较早的一种机型我国过去使用的平带平板硫化机也多为柱式结构但目前则多采用框式结构框式平带平板硫化机与柱式平带平板硫化机相比具有以下优点在一定的中心距下允许安装较大直径的液压缸从而可减少液压缸数量并且结构简单维修量少上横梁受力合理所需的断面模量远比住式的小可以减轻重量制造安装简单管路配置隐蔽整机外形整齐美观框式平带平板硫化机单个框板的侧向刚度比立柱差但是由于框式平带平板硫化机的机架均为由多个框板组合而成因此整机具有足够的侧向刚度①在一定的中心距下允许安装较大直径的液压缸从而可减少液压缸数量并且结构简单维修量少
②上横梁受力合理所需的断面模量远比柱式的小可以减轻重量
③制造安装简单管路配置隐蔽整机外形整齐美观
框式平带平板硫化机单个框板的侧向刚度比立柱差但是由于框式平带平板硫化机的机架均为由多个框板组合而成因此整机具有足够的侧向刚度电热式平板硫化机的电热管主要用于硫化机模板加热采用不锈钢管或普通铁管制作分为单头双头管并针对产品在工作状态下管表面温度很高及热态绝缘及泄漏电流要求内部设计采用高温氧化镁粉及抗氧化发热线必要时可咨询金港湾技术部选择耐高温不锈钢管,充分考虑安装和使用环境,并对元件封口要求采用特殊处理,以满足客户对设备发热元件安全及寿命需求
平板硫化机电热管的技术参数主要有硫化机型单头发热管的工作电压为220(V)或380(V)使用功率依据模板使用温度制作管径常见的有14mm16mm18mm等材质可选用SUS304无缝管硫化使用状况为模板加热表面采用抛光发黑处理封口采用玻璃封口环氧树脂胶水电气性能为长期放置绝缘值大于50MΩ,泄漏电流小于0.5mA
平板硫化机的主要技术要求使用温度通常为180-200°C常规电热管的表面负荷做到3-7W/平方厘米保证平板硫化机模板的表面温度均匀模板孔距的合理排列使得热板表面温差控制在最小范围同时考虑电热管安装使用的方便一般采用星形接法
平板硫化机电热管是专门为电热平板硫化机设计的电热元件平板硫化机是橡胶制品的主要硫化设备其热板表面温差是衡平板硫化机的主要性能指标造成热板表面温差较大的主要原因有两个1外界环境温度影2电热管的间距排布设计因此解决电热平板硫化机热板表面温差问题的关键是找出最小温差与电热管间距排列的关系橡胶平板硫化机主要用于硫化平型胶带,它具有热板单位面积压力大,设备操作可靠和维修量少等优点.平板硫化机的主要功能是提供硫化所需的压力和温度.压力由液压系统通过液压缸产生,温度由加热介质所提供. 平带平板硫化机按机架的结构形式主要可分为柱式平带平板硫化机和框式平带平板硫化机两类按工作层数可有单层和双层之分:按液压系统工作介质则可有油压和水压之分
在平板硫化机橡胶工业中,柱式平带平板硫化机是使用较早的一种机型,我国过去使用的平带平板硫化机也多为柱式结构,但目前则多采用框式结构.框式平带平板硫化机与柱式平带平板硫化机相比,具有一定的优势1热板正常硫化时间各测点间相互差值控制±3°C
2考虑到加热温度的均匀性每块热板应分多段蒸汽进出7.7米分三段并在每层热板安装温度传感器
3在控制台上PLC触摸显示屏的温度显示压力显示及温度压力超限报警系统提示各层温度值偏差及压力以便操作者采取适当措施
4设备的硫化温度能控制在145160°C之间压力控制0.8Mpa24Mpa之间
5PLC及控制系统有以下功能
1贮存硫化过程各点温度系统压力时间数据
2同屏显示当前时间-温度时间-压力及随时查询历史数据以便追溯质量问题
3胎面花沟排气顺畅排气时的压力排气时的秒数排气次数可在屏上设置
4排完气后硫化加压过程最多可分6级逐步加压用户可在可设定每级加压值和间隔时间设定后整个硫化过程自动完成1动模板快速上升慢速锁紧快速下降功能关模快转慢与排气快转慢可分别调整提高生产效率
2产品硫化成型时油泵电机停止工作并具有自动压力补偿功能并油泵停机延时油路配置更为合理可靠
3放气时间放气次数加热温度硫化时间均可设定操作方便
4具有自动半自动两种工作模式设置常规硫化机工作方式程序Ⅰ?传递模工作方式?程序Ⅱ?满足特殊胶料的工艺要求
5油压油缸应用了先进技术密封可靠寿命长
6电气系统采用PC全电脑控制全触摸屏控制更为方便准确可靠
7液压站采用进口技术的齿轮泵和中高压叶片泵组合液压器件比例压力流量复合阀控制噪声小能耗低一工作过程
将没有硫化的半成品装入模型后将模型置于两层热板之间的间隙中对于无模型制品如胶带胶板直接放入热板之间然后向液压缸内通液压介质油或水柱塞便推着活动平台及热板向上或向下运动并推动可动平板压紧模具或制品在进行上述运动同时向加热平板内通加热介质从而使模型或制品获得硫化过程所需的压力和温度经一段时间硫化周期以后制品硫化完毕这时将液压缸内的液压介质排除由于柱塞在本身自重或双作用缸的液压作用下下降便可取出制品
二工作原理
在平板硫化机工作时热板使胶料升温并使橡胶分子发生了交联其结构由线型结构变成网状的体形结构这是可获得具有一定物理机械性能的制品但胶料受热后开始变软同时胶料内的水份及易挥发的物质要气化这时依靠液压缸给以足够的压力使胶料充满模型并限制气泡的生成使制品组织结构密致如果是胶布层制品可使胶与布粘着牢固另外给以足够的压力防止模具离缝面出现溢边花纹缺胶气孔海绵等现象由于平板硫化机的使用范围广因此它的种类很多一般可从以下几种不同角度来考虑
一按用途不同可分为
1.橡胶模制品平板硫化机
2. 橡胶平带平板硫化机
3.橡胶V带平板硫化机
4.橡胶板平板硫化机
二按传动系统可分为
1.液压式平板硫化机应用较多
2.机械式平板硫化机应用较少
3.液压机械式平板硫化机
三按操纵系统可分为
1.非自动式平板硫化机
2.半自动式平板硫化机
3.自动式平板硫化机
四按平板加热方式可分为
1.蒸汽加热平板硫化机工厂常用
2.电加热平板硫化机在无热源或热源较远的场合使用特点是温高易控制无泄漏但成本高实验 室所使用的实验平板硫化机就是这种加热方式的平板硫化机
3.过热水加热平板硫化机工厂常用
五按结构不同可分为
1按机架结构分为柱式框式侧板式连杆式回转式平板硫化机
2按加热平板的加热层数分为单层式和多层式平板硫化机
3按液压缸的数目分为单液压缸和多液压缸式平板硫化机
4按液压缸的位置分为上缸式和下缸式平板硫化机垂直式和横卧式平板硫化机硫化机作为输送带接头工具在使用过程中和使用结束后后也要同其他工具一样进行维护和保养以延长使用寿命目前我公司出品的硫化机只要使用保养得当其使用寿命为8年
硫化机的维护保养时应注意以下问题
1硫化机存放环境应保持干燥通风良好避免因潮湿导致电器线路潮湿
2不要在雨天在室外使用硫化机防止电控箱及加热板进水
3如果工作环境潮湿多水在拆卸搬运硫化机时应在地面用物品垫高不要让硫化机同水直接接触
4如果在使用过程中因操作不当导致加热板进水应首先联系厂家进行维修如果需要进行应急抢修可将加热板上盖板打开先将水倒出然后将电控箱设置为手动操作加温到100℃保持恒温半个小时将线路烘干在在手动状态下进行皮带胶接同时应及时联系生产厂家进行线路的整体更换
5硫化机在较长时间内不需要使用的情况下应每隔半个月对加热板进行加热温度设置在100℃保持温度半个小时左右
6每次使用结束后应当将水压板内的水放干净尤其是冬季如果水不能放干净往往导致水压板胶皮过早老化水压板使用寿命降低
正确的放水方式是在硫化保温结束后硫化机未拆卸前进行如果在机器拆卸后放水有可能导致水压板内的水无法彻底排出1操作时穿戴好防护用品不得使用湿手套
2硫化时先预热平板检查平板层间有无杂物其它部位是否正常 -
3压力表温度计要保持灵敏有效根据安全及工艺条件严格掌握汽压油压及硫化温度
4装入硫化模具时手不得伸入平板间以防烫手挤伤发现问题应停车处理使用的模具要摆放平稳以防跌落砸伤
5操作完毕切断电源关闭水气阀将模具放回指定地方1使用电磁阀操纵的机台操纵人不得乱动电磁阀发生故障时必须找电气和仪表人员检修检修前必须切断电源
2开动拉出机和夹板时先鸣铃喊号联系未得到回讯不得开动操作中不得将手伸进夹板内非本机人员不得任意上夹板或按电钮前后拉出机开动时操作人距辊筒0.5米以外
3换垫铁时要稳准不得用力过猛串换垫铁之前必须通知锅头周围人员闪开防止伤人
4捡顶铁时必须待中热板和上热板完全脱离后进行顶铁全部捡完后方可放下铁板
5下锅翻铁板时手严禁伸入锅内上锅时上下热板距离10厘米之内不准将手伸进热板之间发现问题应停机处理
6拿成品卷取用的铁棍时要拿稳拿牢行走时注意地下障碍物并注意轻放避免砸伤手脚
7开动包装机时前后进行检查以防伤人引带头时两人必须距辊筒0.5米互相配合好点车引头后再开车
8吊成品时先检查钢丝绳是否损坏起吊时必须先发出信号调运物下面不准站人吊半成品时钢丝绳必须挂在卷带辊的槽内
9往导开架上吊装半成品时必须二人操作在导开架二侧缺口方向必须一致放好后将卡套挡好
10在使用电钻或擦锅机时必须先检查是否安全可靠电气线路是否破损发现问题必须修好后再用
11搬运擦锅机时几个人应相互配合好稳拿稳放换砂纸时必须将螺丝上紧电器开关要由专人负责以免发生意外
12 硫化尼龙输送带冷定时长带下不准往返过人压力不正常的故障分析和排除方法
油泵吸不进油液
油箱加油换过滤器等
油液全部从溢流阀回邮箱
调整溢流阀
泵的定向控制装置位置错误
检查控制装置线路
泵的驱动装置扭断
更换调整联轴器
减压阀或溢流阀设定值过低
减压阀或溢流阀损坏
修理或更换
泵转速过低
检查原动机及控制器
压力不稳定
油液中有空气
排气堵漏加油
溢流阀内部磨损
修理或更换
油液被污染
溢流阀减压阀或卸荷阀失调
重新设定调整
变量泵的变量机构不工作
修理或更换
溢流阀减压阀或卸荷阀设坏或堵塞
更换修理或清洗
液压泵常见故障分析与排除方法
不出油输油量不足
压力上不去
吸油管或过滤器堵塞
疏通管道清洗过滤器换油
轴向间隙或径向间隙过大
检查更换有关零件
连接处泄漏混入空气
紧固各连接处螺丝避免泄漏严防空气混入
油液黏度太高或油液温度太高
正确先用油液控制温升
噪声严重压力波动厉害
吸油管及过滤器堵塞
清洗过滤器使吸油通畅
吸油管密封处漏气或油液中有泡
在连接部位或密封处加点油或更换密封圈回油管口应在油面下与吸油管要有一定距离
泵轴承损坏
检查轴承部分温升
供油量波动
更换或修理辅助泵
泵轴颈油封漏油
漏油管道液阻大使泵体压力升高到超过油封需要的耐压值
检查泵体上的泄油口是否用单独油管
换向阀的故障分析及排除方法
滑阀不换向
拆开清洗赃物去毛刺
具有中间位置的对中弹簧折断
操作压力不够
操作压力必须大于0.35MPa
电磁铁线圈烧坏或电磁铁推力不足
更换电磁铁线圈
液控换向阀油路无油或被堵塞
检查原因并消除
电磁铁控制的方向
阀作用时有响声
滑阀卡住或摩擦过大
修研或调配滑阀
电磁铁不能压到低
校正电磁铁高度
电磁铁铁心接触面不平或接触不良
清除污物修正电磁铁铁心
硫化机的受力部件
液压缸内产生的压力作用到上下横梁之间
横梁横梁在工作中受弯曲立柱受拉伸横梁与立柱产生相当大的应力因为即使是很小的硫化机也会产生26兆牛顿的力所以在横粱与立柱上产生很大应力为了确保结构强度及刚度横梁与立柱都做成实体的横梁一般都用铸铁浇铸而成根据零件等强度的条件来选择横粱的形状最大弯距在横梁的中部因而中部应力最大
立柱是用钢制造的上那有螺纹用螺母将立柱固定在横梁上大型硫化机螺母有时做成开口的以便于安装立柱式结构的平板硫化机应该装配得非常精确以便使上作负荷均匀分布在所有立柱上在立柱产生弯曲横粱不平行情况下个别零部件将会产生危险应力并导致损坏框架式平板硫化机装有组合式或全焊接框架它的各个部件完成的功能和立柱及横梁相同并根据同样的原理进行计算般比立柱式硫化机轻可在制造厂内进行组装而大型立柱式平板硫比机立柱和横梁可远运用户厂进行组装
动力液压缸
对于任一种液压平板硫化机来讲动力液压缸都是极重要的部件液压缸工作时内压达到33兆帕液压缸有的用铸铁有的用锻钢制成液压缸上有一个法兰盘以便固定在横梁上还开有工作液体的进出孔还留有沟槽以便安装密封圈液压缸内装有柱塞柱塞承受工作液体的压力柱塞从缸内升起时把这个力传递结硫化机加热平板柱塞应能承受工作液的外压柱塞是一个一端封闭的厚壁铸扶圆筒柱塞外表面要加上很精细以使与这个表面相配的密封圈密封良好工作液体在压力下不溢漏在液压缸和柱塞的下部做成平台其平台互相接触并限制柱塞向下移动的极限位置 柱塞的上作行程是单方向的当液压缸的工作腔与大气压接通柱塞在平板和自重的作用下向下移动平扳硫化机的这套工作系统只有在工作缸位于平板硫化机下部以及打开平板硫化机所需的力不大的条件下才能采用如果动力缸位于平板硫化机的上部或者打开硫化机需要很大的力(压铸机或者模型固定在平板上的平板硫化机)就必须用活塞来代替硫化机中的柱塞或者在硫化机上安装专用往复行程的液压缸(回程液压缸)
柱塞的密封
虽然在活塞式液压传动系统中活塞在液体压力作用下可以双向远动但液压平板硫化机很少采用活塞式结构团活塞式平板硫化机和柱塞式平板硫化机比较活塞式平板硫化机制造复杂价格昂贵除此之外还需实话塞杆轴助密封装置液压缸中柱塞的密封装置是平板硫化机的重要装置硫化机所产生的压力和完成给定生产周期能力全靠密封圈完好地工作来保证
硫化机平板
硫化机平板用于安放硫化制品的模型通过平板向模型传递压力加热模型硫化机平板在导轨中移动在拄塞的作用下平板的上行程不受限制可以直达上平板下行程受限制为此在导轨上装有定位挡铁以确定每块平板下限位置同时保证平板之间的间隔距离以便安放制品模型平板由铸铁或者钢制成它具有很高的强度和精确的尺寸为加热在平板内开有通道以使供热介质(蒸汽)或者安装电加热元件电加热是一种较先进和可靠的方法平板加热均性(平板中部和边缘表面温度均匀)是平板硫化机的一个非常重要的性能这个性能可以决定成品的质量在平板内安放加热器时要考虑到能形成一个均匀的温度场平板表面温度差不得超过±12°C目前正在进行有关平板感应加热的研究工作感应加热系统可以确保温度调节具有更大的柔和性和平板加热的均匀性蒸汽加热平板要装备输入蒸汽和冷凝水排出管路系统所有管路都有专用的密封装置以保证营路同平板一起移动时输入蒸汽的密封不被破坏当平板层数很多时蒸汽管路要占用很多地方并使硫化机的维护困难
平板硫化机主要零部件结构
为了控制平板硫化机的工作必须采用若干个分配装置当平板硫化机在工作行程和硫化时分配装置将液压缸和高压进油管接通当要打开硫化机时分配装置将液压缸和排油管路接通这种按制平板硫化机的分配装置被称为分配器分配器有滑阀式旋塞式和阀门式几种
最简单的滑阀式分配器阀体上有一个圆柱孔具有两个因环4的滑阀3安装在孔内两个圆环精密地和阀体内腔相配合滑阀在弹簧的作用下可向左移动也可在线圈1所产生的力的作用下向右移动阀体上有通道(钻孔)通道5和平板硫化饥液压缸工作腔相连通高压液体从通道7进入通道8和回油箱的管路接通由此可看出滑阀的圆环把液体回路切断高压液提管路相通往工作缸腔的管路相连平板硫化机处于保压状态
当电磁线圈断电叫弹簧推到阀杆向左移动第一个圆环移动后打开与液体徘出管路相接通的孔此时第二个圆环封住高压液体输入管道结果液压缸内的液体流出平板硫化机打开
在工业上使用的平板硫化机中通常使用更复杂更完善的滑阀式分配器但是这种分配器也有一些严重缺点以致限制了它的应用在这种分配船中滑阀应非常精密地和阀体内表面配合滑阀内面稍有一点缺陷或者是磨损都有可能失去密封性以致使分配器失灵滑阀式分配路只能用在以油作为工作液体的个板硫化机上
旋塞式分配器的缺点是难于实现机械化操作转换过程慢旋塞式分配器通常安装在小型或者手动操作的设备上
在硫化机控制系统中使用品最广泛的是阀门式分配器这种分配器可以用手动开关也可借助于气缸和电磁线圈控制
在具有很多液压件而月结构复杂的硫化机上每条液体输入和排出管路上都装有一个电磁控制阀或气动控制阀由控制仪表统一控制可保证按所需的次序启动各个阀门
为防止阀芯关闭时冲击通常在阀芯下部用锥形管随着阀芯接近底座锥形管使底座流通断面逐渐减小液体流平稳缓慢地被切断电磁阀采用优质耐腐蚀钢材制造
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橡胶制品硫化成形系统控制实现的相关技术
作 者：重庆电子科技职业学院&nbsp电子工程系&nbsp&nbsp郭&nbsp兵[]
<font color=#& 引言&&& 国民经济和国防工业的发展，对橡胶产品的质量和性能提出了越来越高的要求[1]。由于历史、技术及经济条件的限制，目前许多设备还沿用传统的继电器控制，控制精度低、产品质量差，稳定性不高。落后的生产设备给操作者带来诸多不便，凭借操作者的经验和技巧指导生产，主观人为因素直接影响产品的质量和产量, 用先进的控制技术改造传统的硫化设备，提高橡胶产品的精度和质量稳定性，在橡塑产业界已成为共识。橡胶制品生产的理化机理是很复杂的，生产过程中硫化性能好坏决定了橡胶制品的理化性能指标。文章在简略介绍三要素(温度、压力和时间)对橡胶制品性能影响的基础上，分析了对象特性和控制策略，最后就控制系统实现问题作了讨论。
<font color=#& 影响橡胶制品性能的三要素分析<font color=#.1& 硫化温度控制及其对制品的影响&&& 所谓硫化是指使胶料和各种助剂在一定温度和压力的情况下发生交联等化学反应，达到所需要的机械性能和物理化学性能的过程。硫化是化学反应过程，决定性的条件之一是硫化温度。硫化温度和硫化速度之间存在一定关系，提高硫化温度，可以缩短硫化时间，提高生产效率。但提高温度时要考虑如下因素:橡胶是不良导热体，对于厚制品来说，高温会增加制品内外温差，导致硫化程度不一致;对于纤维的制品，高温会使纺织物强度降低;对于花纹复杂的制品，硫化初期胶料要有充分的流动时间充模使其胶料渗入纺织物之中。如何通过试验研究，针对胶料的配方、性质、产品结构和工艺条件等因素优化设计出各种制品的最佳硫化温度，并实行精确、实时控制，使其既能达到要求的硫化效应和保证产品性能，又能提高生产效率，是橡胶制品工艺的关键技术之一。
<font color=#.2& 硫化压力控制及其对制品的影响&&& 橡胶制品除薄制品外，一般都需要在一定压力下硫化。硫化压力可以保证产品的致密性，消除气泡;促进胶料在膜内的流动，使其迅速充满模腔，以制得结构复杂的产品;还可提高制品胶层与布层或金属层、布层与布层之间的粘着力和产品的耐曲挠性等。硫化压力的大小由胶料的性质、产品结构和工艺条件等因素而定。对流动性差的胶料、结构和形状复杂的厚制品，硫化压力一般要大一些。如何精确地控制硫化各阶段的压力，并在正硫化阶段之前，进行排气，消除气泡，通过提高制品的致密性、粘着力和耐曲挠性来保证产品的机械力学性能，是提高制品性能的又一关键因素。
<font color=#.3& 硫化时间控制及其对制品的影响&&& 硫化时间是随硫化温度而变的，它们之间有相互依赖的关系，遵循正硫化的硫化效应准则。硫化效应准则是衡量硫化程度的尺度，等于硫化强度与硫化时间的乘积。硫化时间过短会造成欠硫，硫化时间过长会导致过硫。在传统硫化过程中，如电加热平板硫化机，通电一段时间，在此时间橡胶制品接受热源导入的热量，其内部按照一定的升温曲线升温，一定时间之后，结束硫化。由于每个系统的控制参数值都会有一定的波动，所以硫化周期的选择都是按照所控参数在最坏的条件下，仍能达到所需硫化程度的最低允许值来考虑的，这样可以使生产的所有橡胶制品不会欠硫。事实上，这种考虑使所有橡胶制品都处在过硫状态，这样不但增加了硫化时间，降低了硫化设备的使用效率，而且制品的老化程度会有所增加，缩短了使用寿命，降低了橡胶制品的质量。&&& 解决以上问题的关键是进行等效硫化，即采用“速率积分”的方法进行硫化时间控制，等效硫化的一大特征就是使硫化时间随硫化温度变化而作相应调整。精确而实时的硫化时间控制，能使橡胶制品的各种物理力学性能达到最佳状态。
<font color=#& 正硫化条件的设定&&& 通过正硫化是指硫化胶的主要物理机械性能均达到或接近于最佳值过程，或者说硫化胶的综合性能达到最佳值的过程。这一阶段所取的温度和时间分别称为正硫化温度和正硫化时间。正硫化是一个阶段，即硫化的第三个阶段。正硫化阶段是胶料的综合性能达到最佳值的阶段，达到正硫化所需要的最短硫化时间称为“正硫化起点”。由于在给定的温度下，胶料的各种性能达到最佳值的时间不一，为了使橡胶制品获得最佳的性能和正确的正硫化条件，必须按制品的性能要求、形状、工艺特性，选择既能满足制品特殊性能要求，又有良好的综合性能的最短硫化时间，一般称为“工艺正硫化”。一般橡胶制品的工艺正硫化时间应取应力和应变最高值时刻稍前一点。硫化胶达到最合适的性能所需的时间，主要决定于生胶性质、硫化温度、硫化介质、硫化剂的性质和胶料中硫化剂的含量。 因为正硫化点可使橡胶制品具备优良的性能，所以确定正硫化点是橡胶制品制造过程中非常重要并具有决定性意义的。硫化过程、正硫化控制的主要条件是硫化过程中的温度、时间和压力[2]，[3]。
<font color=#.1& 硫化温度&&& 硫化是化学反应过程，其决定性的条件是硫化温度。硫化温度对硫化速度的影响通常用硫化温度系数来表示。其表达式为:&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
式中:&τ1:温度为t1时所需的硫化时间;&&τ2:温度为t2时所需的硫化时间;&&&k:硫化温度系数;&&&&&&&&&&&&& &&t2-t1:温度差。&&& 硫化温度系数k是在特定温度下，橡胶达到一定硫化程度所需的时间与在温度相差10℃的条件下所需的相应时间之比。硫化温度系数相当于化学反应的温度系数，是通过定伸应力或结合硫磺量来测定的，按不同指标所测定的温度系数往往并不相同。它随胶料的差异而变化，但通常取值为2或在1.9~2.1之间。若已知胶料的硫化温度系数，如硫化温度发生变化，可通过公式(1)求出温度变化后的硫化时间。若硫化温度系数为2，硫化温度升高10℃，则硫化时间为原有硫化时间的一半。因此可通过提高硫化温度加速硫化过程，但提高温度时要考虑如下因素:橡胶是不良导热体，对于厚制品来说，高温会增加制品内外温差，导致硫化程度不一致;对有纤维的制品，高温会使纺织物强度降低;用高温硫化天然橡胶时，因溶于胶料中的氧的强烈氧化作用，这种作用会使硫化胶的物理机械性能恶化;对于花纹复杂的制品，硫化初期胶料要有充分的流动时间充模并渗入纺织物之中，另外，胶料种类、配方、产品规格尺寸、环境温度和硫化方法等因素也要考虑。
<font color=#.2& 硫化压力&&& 橡胶制品除薄制品外，一般都需在一定压力下硫化。橡胶中若含有气孔时，对橡胶的物理性能有很大的影响，特别是对磨耗和老化性能的影响。气孔是受各种因素的影响而生成的，比如，橡胶中的水分、配合剂吸附的空气、溶于橡胶中的气体和机械杂质的气体，生胶的氧化过程和硫化过程中生成的气体。消除气孔的最好办法是使橡胶在一定压力下进行硫化，硫化压力可以保证制品的致密性，消除气泡;促进胶料在模内的流动，使其迅速充满模腔;还可提高制品胶层与金属层之间的粘着力和产品的耐曲挠性等。硫化压力的大小由胶料的性质、产品结构和工艺条件等因素而定，对流动性差的胶料、结构和形状复杂的厚制品，硫化压力一般要大些。硫化压力的手动控制比较困难，常依赖于操作者的经验、技能。
<font color=#.3& 硫化时间&&& 硫化时间和硫化温度之间是相互依赖的，时间过短会造成欠硫，过长会导致过硫。硫化效应是衡量硫化程度的尺度。若一种胶料在不同硫化条件下硫化，只要其硫化效应相同，那么就能达到同一硫化程度。硫化效应等于硫化强度与硫化时间的乘积，即:
式中: k:硫化温度系数;t:硫化温度(℃)。如将式(3)代入式(2)，则得式(4):&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& &对于橡胶制品正硫化时间的确定，一般采用硫化效应公式(4)来进行计算。测出它的硫化温度，计算其硫化效应。问题是对于厚制品来讲，橡胶导热性能差，不同部位的温度分布差异大;硫化温度系数k的确定本身就比较模糊，硫化温度场的分布还要受环境温度等许多不确定性因素的影响，原材料和配方对胶料的导热性能也有一定影响，例如在添加了zno等晶须增韧助剂以后，对导热性能影响就比较大。这些常依赖操作者的技能，控制因素繁多，对质量稳定性差有比较大的影响。
<font color=#.4& 等效硫化原理&&& 根据硫化等效原理，即橡胶的硫化速度与硫化温度的关系，以及硫化机的温升情况，定量计算硫化强度，修改硫化时间，当达到指定时间时，自动结束硫化。橡胶硫化理论指出，硫化效应是衡量胶料硫化程度的一个尺度，只要使橡胶制品获得最佳硫化效应，就可使橡胶达到最佳硫化程度。这种基于等效硫化概念来控制橡胶制品硫化过程的方法，称为等效硫化工艺。硫化效应由式(5)给出，在硫化温度恒定的情况下，硫化效应e:&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
式中:&e的单位与△t相同; &&i:硫化强度，当时为硫化时间折合系数，与温度有关;&&k:硫化温度系数;&&&t:橡胶制品特定部位实际硫化温度(℃);&&t0:硫化效应的标准温度(℃); t:硫化时间(s)。在硫化温度发生波动的情况下，硫化效应e:&&&&&&&&&&&&&&
式中: t1:硫化起始时间(s);t2:硫化终止时间(s)。硫化效应与硫化强度和硫化时间的关系也可以用图形表示，如图1所示:
图1&&&& 等效硫化图
&&& 图1中，横坐标表示硫化时间，纵坐标表示硫化强度，阴影部分面积表示硫化效应，所谓等效硫化，是指与阴影部分面积相等的硫化。如图2所示，在△t很小时，可以认为k、t在△t范围内不变，所以，可近似计算硫化效应e。
图2&&&& 硫化效应近似计算图
&&&&&&&&&&&&&&&& 选定t2=t0，因而ei=△t，根据控制精度要求，选定温度采样的时间间隔△t，然后根据所测温度ti计算出ei，当达到标准温度t0下的硫化效应e0时，硫化结束，从而达到最佳硫化程度。
<font color=#& 被控对象特性与控制策略<font color=#.1& 被控对象特性&&& 综合以上硫化理论知识和对问题的分析，从工艺特性角度可对被控对象特性归纳如下:&&& (1) 参数的未知性、时变性、随机性和分布性&&& 橡胶制品的硫化是在一定温度和压力的情况下，使胶料和各种助剂发生交联等化学反应，达到所需要的机械力学性能和物理化学性能，而实际上橡胶这种高分子材料，没有一个固定的化学分子式，同一种原材料，其分子量可能相差上百倍，甚至上万倍，其硫化工艺不具有明显的规律性，其硫化过程是模糊的，与胶料的配方、性质、产品结构和工艺条件等许多不确定因素密切相关，其产品质量的优劣程度常常依赖于操作者的经验和技能，即使是合格产品，其机械和物理化学性能也不稳定，方差分布大。&&& (2) 大纯滞后和大惯性&&& 热量传递方式是通过热辐射和平板内空气对流实现的，其温度场分布是不均匀的，热量传递存在明显滞后。当计算机控制系统的采样周期t=100ms，作者对温度响应滞后时间进行过一些测试，对平板硫化机在常温下加热15min，温度达到120℃，然后停止加热，经过20min的延迟之后，温度达到160℃。时间滞后用τ表示。当τ/t&0.5，其滞后就必须在算法中加以考虑。而该系统τ/t=40。由此可以看出，加热系统属于超大纯滞后和大惯性被控对象。&&& (3) 非线性&&& 由传热学知识可知，一般的导热方程如下:&&&&&&&&&&&&&&显然该对象是强非线性的。&& &&& (4) 时滞的未知性和时变性&&& 确定橡胶制品的标准硫化条件是非常复杂的，在进行硫化时，不确定的热流要起作用，橡胶各层之间还要在不同的温度和变化温度下进行硫化。温度滞后损失即是内层温度低于外层温度的现象，是随制品规格增大及材料传热性的降低而增大。橡胶制品内部的传热性决定于胶料的传热性和制品本身的形状，制品外部的轮廓尺寸决定着热流的方向。制定正确的硫化条件使内外层同时达到正硫化点是很困难的。由于胶料的热容量和传热性的变化，材料的热学性质也要随化学反应而变，诸多不确定因素都导致受控对象时滞的未知性和时变性。&&& (5) 环境干扰的未知性、多样性和随机性&&& 胶料属于热的不良导体，不同部位的硫化程度和到达最佳硫化的时间不一。并且其原料的各种助剂，是在炼胶机上进行混炼形成的，其分布很难说是均匀的。在给定的温度下，胶料的各种性能达到最佳值的时间不一，与制品的性能要求、配方、形状、工艺特性和环境温度密切相关，因此参数具有未知性、多样性和随机性。
<font color=#.2& 控制策略分析与选取&&& 塑胶制品硫化过程的复杂性和不确定性决定了不可能用基于经典和现代控制理论的方法进行控制，因数学建模难度太大，必须寻求新的控制策略。从总结人们长期实践的经验和知识积累过程的历史可以发现，在一个较复杂的控制系统中，熟练的过程操作者能对系统中各种物理量，如温度、压力、流量、速度、颜色和气味等作出迅速的反应和判断，最终获得较理想的人工控制效果。这是由人的智能、智慧和主观能动性所决定的，这样的控制方法不依赖于被控对象的数学模型，而依赖于操作者和专家经验的积累、熟练的技巧、感知和逻辑判断思维。因而人们得到启发:可把智能控制理论和传统控制理论相结合，针对被控对象的特征赋予系统某些智能，使自动控制系统设计不依赖于被控对象的数学模型。以下对控制策略选取略作讨论。&&& (1) 模糊控制&&& 大量的实践证明，模糊控制把人的经验用语言加以描述，总结成一系列条件语句，即控制规则表示，在描述控制规则的条件语句中的一些词，如“较大”、“较小”、“稍小”、“偏高”等等都具有一定模糊性，因此用模糊集合理论对语言变量定量化，再用模糊推理对系统的实时输入状态进行处理，产生相应的控制决策。图3所示是最简单的模糊控制器示意图，控制器的输入值一般都不是模糊量，因此，模糊化就是将输入值转化为模糊量。语言控制规则和模糊逻辑推理是控制器的核心。根据模糊输入量和语言控制规则，模糊逻辑推理将输出量转换为一个分布函数。逆模糊化将输出量的分布函数转换为规范化的输出量。最后控制器将规范化的输出量转换为实际的输出量(即控制量)去控制系统。
图3&&&& 模糊控制器示意图
&&& (2) 神经控制&&& 神经网络是由大量处理单元―神经元广泛互连而成的网络，它从某些方面反映了人脑功能的基本特征，但并不是人脑的真实描写，而只是它的抽象、简化和模拟，网络的信息处理由神经元之间的相互作用来实现。知识与信息的存储表现为网络元件互连后分布式的物理联系;网络的学习和识别决定于各神经元连接权值的动态演化过程。尽管有许多成功应用的案例，但它在制造过程监控方面的应用离实际工程应用还存在一定差距。&&& (3) 专家控制&&& 专家控制系统是以知识为基础，在某一专门领域企图模拟人们思想行为的一组计算机程序，能够处理各种定性的、定量的、精确的、模糊的信息，因此可根据对被控过程的先验知识和知识获取情况，采用不同的描述形式，以便更多地反映对象特性，为控制提供控制策略和控制模态。&&& (4) 仿人智能控制&&& 人的智能是一种能力，即知识获取、处理和记忆的能力;从经验中学习的能力;对环境适应能力;求解问题的推理能力。智能控制实际上就是模仿、模拟、延伸和扩展人的“身体―动觉智能”的人工智能。&&& 以反馈理论为基础的自动调节原理起源于对人的手动控制的模仿。从一般的开、闭环控制向自适应、自校正控制和自组织、自学习控制的发展过程就是控制技术的“智商”提高的过程。无数事实表明，迄今为止世界上最高级、最有效的控制器是人自身。人体控制系统具有多层递阶的结构体系，其多层的控制性能可以有效解决各类简单与复杂的控制问题。仿人智能控制研究人控制器自身的控制结构与控制机理，并用计算机加以模拟。实质上，智能控制系统就是人体控制系统的“同态”变换。系统在信息空间的运动轨迹反映了系统的所有动态信息(包括控制作用对系统的影响)。信息空间中系统所有特征信息的集合，反映了系统的动态特性，构成了智能控制的广义数学模型―特征模型。仿人智能控制的优秀控制算法完全可以保证系统动态和静态品质的要求，是可取的。&&& 以上简单讨论了可供选择的四种控制策略，各有优缺点。对硫化过程控制而言，因硫化参数的组合较多，而且与胶料配比有关，不确定性大，如果用人工神经网络控制，由于缺乏先验知识(数据)，没有可供训练用的样本数据，因而事实上是不可取的。模糊控制只要隶属函数选择恰当，是可以满足要求的，但相对精度略低，但有些专家知识和经验不易完全在控制算法中反映出来，而这些专家经验和知识往往是指导生产高质量制品的关键，但控制策略是可取的，只是系统的鲁棒性和精度欠佳。专家系统控制的实现主要困难在于知识获取与表达及知识的完备性方面，未必是一种好的选择。仿人智能控制虽然只有二十多年的历史，但它在控制精度高、无超调、过度过程时间短及好的鲁棒性方面令人瞩目。为了总结领域专家经验和知识，并充分发挥现场熟练过程操作者的智能、智慧和主观能动性，针对硫化过程的系统特征，在控制策略上采用了融合仿人智能控制和专家控制技术的智能控制系统策略。
<font color=#& 控制算法与系统实现<font color=#.1& 控制算法&&& 自从仿人智能控制算法原型出现后[4]，针对不同对象(或过程)已提出了多种改进算法[5]，[6]，但为了融合专家控制技术，文章采用经改进的仿人智能控制算法，其算法可以概括为:
&&&&&&&&&&&&&
& &&&&&&& 该控制算法从控制结构和控制行为两方面模仿人的一些特点和功能，其中包括人的在线特征辨识、特征记忆以及直接推理逻辑等。控制器根据输入信号(即系统误差)的大小、方向及其变化趁势作出相应的决策，以选择适当的控制模式进行控制，这种控制算法的优点是:不需要事前知道或在线辨识被控对象的精确数学模型，就能够实现速度快、精度度高的控制，且具有极强的鲁棒性。采用以上控制算法，可使硫化过程具备理想过程控制系统应具备的基本特征:&&& (1) 鲁棒性好，系统性能对环境干扰和建模误差等诸因素不敏感性;&&& (2) 适应性强,系统具有适应受控对象动力学特性变化、环境变化和系统要求的能力;&& &&& (3) 容错性好，系统对各类故障具有屏蔽和自恢复能力;&&& (4) 有自学习能力，系统具有自行改善自身性能的能力，即在经历某种变化后，变化后的系统性能应优于变化前的系统性能;&&& (5) 实时性好，系统具有相当的在线实时响应能力。
<font color=#.2& 系统实现&&& 计算机控制系统结构框图如图4所示，该计算机控制系统中有3个模拟量输入信号，7个开关量输入信号，5个开关量输出信号。3个模拟量信号分别是上、下平板的温度信号及柱塞的压力信号。温度信号由加热平板内的温度传感器(热电阻pt100)获取，经温度变送器变成1~5v的标准信号之后，直接通过端子板880(industrial terminal board pcld 880)送入812a/d板的模拟量输入接口cn1。
图4&&&& 计算机控制系统结构框图
&&& 压力信号由压力变送器拾取，在标准电源的辅助下，转变成4~20ma的电流信号，然后再接入端子板880，在端子板的指定位置，焊接上一个250ω的标准电阻，将4~20ma的电流信号转变成1~5v的标准信号，输入812a/d板的模拟量输入接口cn1，供计算机处理用。7个开关量输入信号分别是上加热板接触器状态、下加热板接触器状态、主油泵电机接触器状态、合模电磁阀接触器状态、开模电磁阀接触器状态、上行程开关状态、下行程开关状态。在合模电磁阀接触器和开模电磁阀接触器之间存在一定关系，其中仅有1个通电或2个同时都不通电。由于硬件资源丰富，同时检测它们实际的开关状态，可靠性更高。这些开关量状态直接由屏蔽线接入开关量输入板782(16 channel opto-isolated d/i board)，接入方式为光隔离模式。然后由标准数据线输入到812a/d板的开关量输入接口cn4，供计算机处理用。&&& 5个开关量输出分别控制上加热板接触器、下加热板接触器、主油泵电机接触器、合模电磁阀接触器、开模电磁阀接触器。这些开关量是由812a/d板的开关量输出接口cn3输出，cn3通过标准数据线与785继电器输出板(pcld-785b relay output board)相连，然后再由785的输出端子，通过屏蔽线缆把信号送入接触器的控制端。&&& 该系统应用软件在windows视窗操作系统环境下基于工控组态软件开发而成，主要功能是完成温度、压力和时间等效硫化的控制。软件系统人机介面友好，工况监控画面、工艺参数预置、历史曲线记录等界面之间可以相互切换，&&& 该控制系统可以根据实际橡胶制品的结构形状、材料配方、环境温度等不确定因素，参照操作者的实践经验进行受控参数的调整，如图5工艺参数预置画面所示。另外，该控制系统还有加工过程历史记录的存储功能，操作者或研究者可以通过查看历史曲线，研究、分析制品的各种性能、工艺过程及其变化的关系。管理者也可以通过历史记录查询，了解生产计划和生产要求的执行情况，如图6、图7所示。
图5&&&& 监控系统画面
图6&&&& 参数预置画面
<font color=#& 结束语&&& 经生产实践证实，上述提出的相关技术应用比较好地解决了橡胶制品硫化成形系统中的控制问题，受到用户欢迎，有比较好的应用价值。
图7&&&& 历史记录曲线
　|　本文来自：2005年第7期“综述”上 ,已经被阅读过1937次
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