基于PLC控制的全自动免熔铅制粒机的研究

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随着近些年电动车行业的快速发展，铅酸电池行业的发展也突飞猛进，铅作为生产铅酸电池必备的原材料，其市场需求也大大提高。铅粒的制造是铅酸电池企业加工必须经历的环节，传统的铅粒制造是通过将铅锭在熔铅炉中熔化，再将铅液流入铅粒铸造机中冷却，或铸造成棒状再切断”。此生产环节会产生大量铅烟、铅尘，既伤害人体降又污染环境，同时熔铅炉需要大量电能，使得生产成本大大提高。

制粒是用机械将粉末状配合原料挤压成颗粒状物料，颗粒状物料体积孝密度大、便于运输、储存[2-3]，因此通常制粒机用于医药、化工、饲料加工等行业～探究-种新型的冷态铅制粒机，将铅锭先切片，再制粒，所有制造工艺都在常温下完成，简单、方便、易操作。

2免熔铅制粒机的工作原理免熔铅制粒机的机械结构，如图 1所示。主要由进料总成 、切片总成、滚切总成、减速器、三相异步电机、机架、夹紧机构及控制系统等部分组成▲料总成输送铅锭至切片总成，剪切后的铅片下落至滚切总成的双滚筒间，在三相异步电机带动下，动力经减速器传至双滚筒，从而将铅片轧制成大轩等的铅粒。

成图 I机械原理图Fig.1 Mechanical Schematics(1)进料总成由伺服步进电机提供动力，采用链传动输送铅锭，光电传感器控制铅锭的进给位移，保证铅锭连续的进料。

(2)切片总成由液压缸提供动力对铅锭进行切片，采用液压系统切片可以保证剪切力稳定，铅片厚度均匀，剪切过程迅速、有效。

(3)滚切总成由三相异步电机提供动力，经减速器将动力传至滚筒，双滚筒通过滚压式原理将铅锭轧制成铅粒。

来稿日期：2012-08-07作者简介：孙翔鸿，(1988-)，男，安徽人，在读硕士研究生，主要研究方向：机计算机集成制造系统；朱家诚，(1959-)，男，安徽人，博士，硕士生导师，主要研究方向：机电产品设计、应用软件开发、机电控制第6期 孙翔鸿等：基于PLC控制的全自动免熔铅制粒机的研究 153(4)夹紧机构由气缸提供动力，对铅锭侧向夹紧，这样切片过程中铅锭就不会翘起、倾斜。

(5)控制系统以 PI C为中心 ，触摸屏和 PLC之间实行双向通信，控制进料总成、夹紧机构、切片总成、滚切总成。

3主要参数计算3.1剪切力采用的液压系统的压力P12MPa，液压油缸直径 D-125mm，所能产生的切力为：，l D2p0.25×1252×3.14×12：147000N (1) 43.2滚切条件滚切机构的受力情况，如图 2所示。滚筒受到两个力即法向力 与切向力死，铅片受到滚筒的作用力为 与 等大反向)，角为咬人角 、图 2滚切机构受力分析图Fig.2 Rol-Cut Institutions Stress Analysis滚筒咬入的条件是：2 2Ⅳ1，即 2Tcos>2Nsinct设 厂和 是滚筒和铅片之间的摩擦系数和摩擦角 (ttan)，则 。得：ftans，即所以，当滚筒和铅片之间的摩擦角必须大于等于咬人角时，滚切过程才能建立。

4结构设计4.1进料总成设计主要有进料槽、单排链轮、链、伺服电机和光电传感器。采用槽形进给，主要是为了防止铅锭跑偏，两根单排链索引是为了保证无弹性滑动以及结构设计紧凑，即将铅锭放置在链上，随链向前运动，实现进给。由于铅锭时需要间歇进给，且进给量需要控制，所以采用伺服步进电机和减速器为进给驱动源，保证了链传动的低速、稳定等特性，并由进给槽前方传感器实现进给运动、进给量的控制。

4-2切片总成设计切片总成主要由液压油缸、切刀 、v型直线导轨、夹紧机构 、导向块、机身组成。12MPa液压油缸作为动力源可以保证切片的均匀性和稳定性，v型直线导轨的导向精度高、磨损可以自动补偿且有利于排屑I3，对于切刀的上下移动有利。切刀采用 钢，刀刃处淬火处理(HRC48-53)，导向块由内六角螺钉固定在机身处，为铅锭的进给做导向作用。铅锭步进到位时，采用气缸侧向夹紧。

4.3滚切总成设计滚动机由滚筒、顶杆 、偏心轴、三相异步电机、减速器 、传动齿轮、机体等部分组成，如图3所示。动力经三相异步电机传至减速器，经过减速后传至传动齿轮，继而带动偏心轴转动，形成双滚筒轧制。三相异步电机采用7.5kW，配备传动比i50的减速器。

双滚筒表面采用凸凹面设计，表面热处理中频淬火(HRC51-55)，凹面内嵌可活动的顶杆，由偏心轴驱动顶杆上、下移动，其中辊缝值 为 2ram。

I图3滚切机构示意图Fig.3 Roll-Cut Institutions Diagram5控制系统设计5.1硬件部分控制系统的硬件部分主要由PLC、触摸屏、伺服电机、三相异步电机、电磁阀、换向阀等组成。由于步进伺服电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，可将脉冲信号变换为相应的直线位移，其位移量与脉冲数成正比，移动速度与脉冲频率成正比 。使用步进伺服电机作为进给装置，不仅能实现精确定位，还可方便调节进料机构的移动速度。

图4控制系统原理图Fig.4 Control Syem Schematics控制系统以 PLC为中心，触摸屏与 PLC之间双向通信。通过触摸屏操作，可以设定不同的进料速度，改变步进伺服电机的转速；PLC通过控制驱动器，实现步进伺服电机相应时停止，与此同时，触摸屏上弹出故障窗口，提示故障原因；当设备运行中遇到紧急情况的运动。当电机在运行中出现故障，系统会自动产生急停信号，切断动力电源，确保设备及需要停止时，可按下控制柜外部的急停按钮来切断动力电源。气缸活塞的运动行程l54 机械设计与制造NO.6June.2013可通过外部传感器来检测，即铅锭步进到位时，传感器将检测到的信号输入PLC系统，PLC系统将根据接收的信号对电磁阀和换向阀作出指令，从而对液压油缸和气缸做出相应的控制，其控制原理图，如图4所示。

52软件部分整个铅制粒机的控制部分都是通过PLC编程实现，为了充分展现出PLC软件的优点，编程时通过对流程工艺及PLC指令系统的分析，采用拈化结构思想，实现了整个拈的分解以及各拈之间的逻辑互锁功能，以此来完成整个PLC系统程序的编制，制粒机控制系统怪为手动操作、自动运行、参数设置及报警显示四个基本的拈目。信号的输入以步进到位传感器、切刀上、下极限传感器接受的信号为准，输出信号为PLC控制系统对换向阀、伺服驱动器、电磁阀等发出指令。具体的工作流程图，如图5所示。

图5工作流程图Fig.5 Work Flow Chart6新旧工艺对比替换原铅粉生产工艺中熔铸法铅制粒方法，由于本产品采用物理剪切方法实现铅制粒，没有铅污染，且能耗低。新老工艺指标对照，如表 1所示。

表 1新IB-r艺对照表Tab.1 New and Old Technology Comparison Ta ble7结束语免熔铅制粒机有效的解决了冷态加工铅粒的制造工艺，为铅酸电池的生产搭建了-个低污染，低能耗的平台。经生产厂家使用证实，免熔铅制粒机极大的提高了铅粒生产的经济效益，具有良好的应用价值和市场前景。并且PLC所具有的自动控制功能极大的减轻了操作者的劳动强度，提高了劳动效率。