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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計(論文)前期工作材料
學生姓名:
陳洪濤
學 號：
0601510119
學院（系）:
機械工程學院
專 業(yè):
機械工程及自動化
設計(論文)題目:
干燥機組設計
指導教師:
吳萍
高級工程師
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
材 料 目 錄
序號
名 稱
數(shù)量
備 注
1
畢業(yè)設計(論文)選題、審題表
1
2
畢業(yè)設計(論文)任務書
1
3
畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕
1
4
畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
1
5
畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
1
2010年6月
南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者:
陳洪濤
學 號：
0601510119
學院(系):
機械工程學院
專 業(yè):
機械工程及自動化
題 目:
干燥機組設計
高級工程師
吳萍
指導者：
評閱者：
2010 年 6 月
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
碳纖維的品質在很大程度上取決于原絲。制造品質優(yōu)異的原絲的主要制約因素有聚合體中共聚單體類型、紡絲方法及工藝、拉伸工藝、干燥致密化程度、上油工藝及油劑類型。
干燥致密化一般在上油后用熱輥或熱風進行干燥致密化。干燥致密化溫度越低越好，但過低，油劑不能浸入，孔隙不能削減，長時間進行干燥致密化也不好，實質上干燥致密化溫度在 110－190℃ 的溫度范圍較好。
本干燥機（組）采用逐步升溫的分段致密化工藝，先將水的ω為 100%－150% 的溶脹態(tài)纖維在 100－300℃ 的熱輥上干燥到水ω 30% 以下，然后再用 110－140℃ 的熱輥將纖維干燥至水ω 2% 以下，這樣對纖維進行緩慢的致密化，可防止產(chǎn)生皮芯結構，并可防止單絲間并絲。
本文介紹了制取高性能碳纖維原絲的關鍵設備之一——干燥機（組）的結構組成及研究概況，對主機主要零部件：輥筒軸部件、傳動齒輪受力情況進行了分析研究；對輥筒軸及齒輪進行了強度校核；對軸承壽命進行了計算；對保溫部件進行了方案比較和結構設計；對潤滑部件進行了潤滑方式的選擇和潤滑裝置設計及計算。
本文完成了干燥機（組）的設計和計算的整個過程，對碳纖維干燥致密化設備有了進一步的了解和一些創(chuàng)新。
關鍵詞 碳纖維 干燥致密化 熱輥 干燥機（組）
畢業(yè)設計（論文）外文摘要
Title The ConstructionDesignof The Drier(set)
Abstract
The quality of carbon fiber is directly influenced by the quality of PAN precursor.The factors that restrict the quality of PAN precursor, such as the type of polymerization monomer in the polymer, spinning method and technique, tensile technique, compacting level by drying, oiling technique and the type of oil, must be paid great attention to prepare the PAN precursor with good properties.
Compacting by drying turn to proceed with hot roller or hot breezes after oiling generally. Compacting by drying turn the temperature more low more good, but over low, oil can't dipping into it, or bore cleft can't cutting down, long hours proceeding compacting by drying turning is not better too, substantially compacting by drying turning temperature between 110℃ and 190℃ scope than good .
Cent a hot roller for finely turning craft, first aqueous ω is between100% and 150% dissolving bulge appearance fiber between 100℃ and 300℃ that this drier(set) adoption gradually heat top dry arrive 30% of water ω below, then use the hot roller between 100℃ and 140℃ to o aridity fiber to below 2% of water ω, proceed the slow-moving and fine turning to the fiber like this, can prevent to produce the skin core construction, combining can prevent single silk turn to a bunch of silk.
This paper introduced the composition and structure and the abstract of research about the the one of the original and silky key in carbon fiber in high performance equipmentses—the construction of the drier(set). We do research on the main accessories of the host, such as the Roller stalk parts, the drive wheel geard of the power under stress.We check the intensity of the axle and the surface of the gear;Proceeded the calculation to the bearings life span. proceeded to the heat preservation parts the project compare to design with the construction;to lubricate the parts proceeded the choice of the lubrication method with lubricate to equip design and calculations.
This paper completes the whole progress from the design and calculating about the drier(set). We now have a better knowledge and creative of the drier(set).
Keywords Carbon fiber Compacting Hot roller Dryer( set)
干燥機組設計,班 級: 06機械（Z1） 學 號: 0601510119 姓 名: 陳洪濤 指導老師: 吳萍老師,碳纖維號稱軍民兩用的材料之王：同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，廣泛應用于飛機制造等軍工領域、風力發(fā)電葉片等工業(yè)領域、GOLF球棒等體育休閑領域。 碳纖維，纖維中碳的成份占有90％以上。從分子組成來看，是屬于無機纖維。但目前主要通過有機高分子纖維后處理來獲得驅逐，后處理過程主要是要驅逐非碳元素，使之形成高度結晶的石墨結構。,對于高強度碳纖維T800H、T1000抗張強度達到6～7GPa，模量達到294GPa更是如此。有關聚丙烯睛原絲預氧化、碳化的過程比較復雜，研究的文獻很多。但高性能碳纖維與原絲性能的關系文獻中很少涉及，更沒有高性能原絲買賣發(fā)生。但幾乎達成一致的共識是：生產(chǎn)高性能碳纖維必須要有高性能原絲。同時可以認為進行超高分子量聚合體的制備及其干－濕法細旦高強PAN基原絲的紡絲成形和后處理工藝研究是當務之急，問題的關鍵所在。,本課題研究的主要內(nèi)容和要求,本次設計任務是進行干燥機組設計。 本文介紹制取高性能碳纖維原絲的關鍵設備之一——干燥機（組）的結構組成及研究概況，對主機主要零部件：輥筒軸部件、傳動齒輪受力情況進行了分析研究；對輥筒軸及齒輪進行了強度校核；對軸承壽命進行了計算；對保溫部件進行了方案比較和結構設計；對潤滑部件進行了潤滑方式的選擇和潤滑裝置設計及計算。 機組的使用環(huán)境：高溫、濕度大、腐蝕性環(huán)境，廠房潔凈度較高，廠房無吊車 機組的使用狀態(tài)：長時間連續(xù)運行。設備使用壽命：三班制，20年。,1#、2#干燥機除輥的加熱形式、箱體尺寸及運行速度不同外，其余皆相同。 干燥輥置于干燥室內(nèi)，1#機干燥輥內(nèi)通80℃，0.3Mpa熱水，2#機干燥輥內(nèi)通0.3Mpa蒸汽。 尺寸：φ600±0.03×400mm 運動精度：裝配后輥部徑向最大跳動≤0.05mm 表面處理：輥部表面鍍硬鉻后精磨并拋光處理，粗糙度Ra0.2，感官鏡面，鉻層保留厚度≥0.05mm。 設備在考慮到結構強度、剛度、震動之外，還要考慮到噪音，安全操作等因素，力圖整機性能穩(wěn)定，外觀輪廓簡潔、便于安裝、維護。,干燥機總體設計,根據(jù)設計任務書及工藝要求簡圖尺寸確定設計方案 (1) 機構的型式 (2) 干燥輥的排列 (3) 干燥輥的加熱 蒸汽加熱是利用其汽化熱，當蒸汽壓力不變時，汽化熱高，溫度穩(wěn)定。輥筒內(nèi)可通0 ～2.5Mpa的循環(huán)飽和蒸汽，調節(jié)蒸汽壓力，以達到不同工藝溫度要求，輥筒溫度一般在110～180℃之間。蒸汽由進氣管沿三個方向(120°均分)進入輥筒內(nèi)，沿輥筒母線迂回加熱后由排氣管排出。 (4) 干燥輥的結構原理 夾套式加熱，即干燥輥為可拆式結構，用不銹鋼無縫鋼管制作，表面鍍硬鉻，借助法蘭連接在輥軸上，當通入熱水或蒸汽加熱時，熱水或蒸汽從輥軸內(nèi)孔中的一無縫鋼管進入，經(jīng)內(nèi)隔套加熱輥內(nèi)壁，然后從干燥輥軸孔內(nèi)另一無縫鋼管間隙內(nèi)流出，由于輥筒軸與排氣管之間有一空氣隔層，以使蒸汽不與輥筒軸直接接觸，不僅可以降低熱量損失，還能降低輥軸和箱提溫度。,確定干燥機結構形式及傳動方式 （1）干燥機主要分為三大部分：主機部件、保溫 部件和潤滑部件。 （2）傳動方式為：電機——擺線針輪減速器—— 主機(傳動軸——輥筒軸) 這樣使得主機的結構簡化，便于制造和檢修，擺線針輪 減速器系通用標準件，質量有可靠保證，減速系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以直接通過更換減速器來完成，不會因本干燥機組維修停車而造成整條生產(chǎn)線的長時間停止運行，可以極大地提高生產(chǎn)效率。,技術設計和工作設計,主要零部件的設計及校核 (1) 主機部件 (a) 傳動箱體 箱體材料采用Q235-A鋼板焊接，設有油標、放油螺塞，箱蓋(加墊)，設呼吸型加油孔及箱蓋密封墊。箱體留有熱油循環(huán)的進出口。箱體側面有觀察口(有機玻璃)。 (b) 傳動軸 (c) 干燥輥部件設計及校核 輥筒呈懸臂式，通過雙列向心球面滾子軸承(耐高溫，大間隙)固定在箱體上。它包括封口法蘭、內(nèi)、外套、隔條、進出水法蘭部分。 (d) 齒輪設計和強度校核 (e) 軸承型號選擇及壽命校核,(2) 保溫部件 (a) 框架 (b) 保溫壁結構 (c) 保溫門 導軌在上面，門上方裝滾輪，懸掛在頂架，可沿軌道前后推拉。結構復雜些、成本增加，優(yōu)點是同樣操作方便。同時軌道在上方，不會影響到操作人員的行走、工作，且不容易有雜物進入。 (d) 導軌 考慮到距離較長，且所有保溫門均懸掛在導軌上，因此采用無縫鋼管與矩形鋼管聯(lián)結在一起的焊接結構，無縫鋼管起導向作用。矩形鋼管起加強剛性和防止變形作用。,(3) 潤滑部件 (a) 潤滑方式及潤滑裝置的選擇 (b) 稀油集中潤滑系統(tǒng)的設計計算 (c) 油泵選擇 (d) 油箱設計 油箱中設置有吸油濾油器，注油器也設有過濾裝置。油箱底部作成適當斜度5°，安設放油塞，以方便清洗。油箱側壁設計有油位指示計，指示油位高低。油箱上設有通氣孔，保證在最大吸油量和回油量時能在正常氣壓下供油。吸油管與回油管遠遠隔開，吸油管離箱底距離≥2倍管徑，距箱邊≥3倍管徑。為防止回油時帶入空氣，回油管插入最低油面以下，距箱底距離≥2倍管徑，油的排口面向箱壁，管端斜切成45°。吸油側和回油側用隔板隔開，以分離回油帶來的氣泡與贓物。油箱內(nèi)壁涂刷耐油涂料，以防銹、防冷凝水。 (e) 過濾裝置形式、選擇及計算,結 束 語,因為本人還未有多少社會實際經(jīng)驗故本設計中有錯誤和不完善的地方，希望各位老師給予指導和幫助. 更希望各位老師讓我通過這次答辯，讓我得以畢業(yè). 在此我感謝老師和工程師對我的指導幫助. 感謝所有幫助我完成畢業(yè)設計的老師、同學和朋友. 感謝給我答辯的老師,請各位老師提問,謝謝！,江蘇大學畢業(yè)設計
畢業(yè)設計（論文）中文摘要
碳纖維干燥致密化設備——干燥機（組）的結構設計
摘 要
碳纖維的品質在很大程度上取決于原絲。制造品質優(yōu)異的原絲的主要制約因素有聚合體中共聚單體類型、紡絲方法及工藝、拉伸工藝、干燥致密化程度、上油工藝及油劑類型。
干燥致密化一般在上油后用熱輥或熱風進行干燥致密化。干燥致密化溫度越低越好，但過低，油劑不能浸入，孔隙不能削減，長時間進行干燥致密化也不好，實質上干燥致密化溫度在 110－190℃ 的溫度范圍較好。
本干燥機（組）采用逐步升溫的分段致密化工藝，先將水的ω為 100%－150% 的溶脹態(tài)纖維在 100－300℃ 的熱輥上干燥到水ω 30% 以下，然后再用 110－140℃ 的熱輥將纖維干燥至水ω 2% 以下，這樣對纖維進行緩慢的致密化，可防止產(chǎn)生皮芯結構，并可防止單絲間并絲。
本文介紹了制取高性能碳纖維原絲的關鍵設備之一——干燥機（組）的結構組成及研究概況，對主機主要零部件：輥筒軸部件、傳動齒輪受力情況進行了分析研究；對輥筒軸及齒輪進行了強度校核；對軸承壽命進行了計算；對保溫部件進行了方案比較和結構設計；對潤滑部件進行了潤滑方式的選擇和潤滑裝置設計及計算。
本文完成了干燥機（組）的設計和計算的整個過程，對碳纖維干燥致密化設備有了進一步的了解和一些創(chuàng)新。
關鍵詞：碳纖維；干燥致密化；熱輥，干燥機（組）
畢業(yè)設計（論文）外文摘要
The construction design of the drier(set)
Abstract
The quality of carbon fiber is directly influenced by the quality of PAN precursor.The factors that restrict the quality of PAN precursor, such as the type of polymerization monomer in the polymer, spinning method and technique, tensile technique, compacting level by drying, oiling technique and the type of oil, must be paid great attention to prepare the PAN precursor with good properties.
Compacting by drying turn to proceed with hot roller or hot breezes after oiling generally. Compacting by drying turn the temperature more low more good, but over low, oil can't dipping into it, or bore cleft can't cutting down, long hours proceeding compacting by drying turning is not better too, substantially compacting by drying turning temperature between 110℃ and 190℃ scope than good .
Cent a hot roller for finely turning craft, first aqueous ω is between100% and 150% dissolving bulge appearance fiber between 100℃ and 300℃ that this drier(set) adoption gradually heat top dry arrive 30% of water ω below, then use the hot roller between 100℃ and 140℃ to o aridity fiber to below 2% of water ω, proceed the slow-moving and fine turning to the fiber like this, can prevent to produce the skin core construction, combining can prevent single silk turn to a bunch of silk.
This paper introduced the composition and structure and the abstract of research about the the one of the original and silky key in carbon fiber in high performance equipmentses—the construction of the drier(set). We do research on the main accessories of the host, such as the Roller stalk parts, the drive wheel geard of the power under stress.We check the intensity of the axle and the surface of the gear;Proceeded the calculation to the bearings life span. proceeded to the heat preservation parts the project compare to design with the construction;to lubricate the parts proceeded the choice of the lubrication method with lubricate to equip design and calculations.
This paper completes the whole progress from the design and calculating about the drier(set). We now have a better knowledge and creative of the drier(set).
Key words: carbon fiber;compacting;hot roller;dryer( set)
目 錄
1、緒論………………………………………………………………………5
1.1碳纖維應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景…………………………………………5
1.2碳纖維后處理設備市場背景……………………………………………5
1.3本課題研究的主要內(nèi)容…………………………………………………6
2、干燥機總體設計…………………………………………………………7
2.1擬訂設計方案……………………………………………………………7
2.1.1根據(jù)設計任務書及工藝要求簡圖尺寸確定設計方案………………7
2.1.2確定干燥機結構形式及傳動方式……………………………………8
2.2技術設計和工作設計……………………………………………………9
2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖………………………………9
2.2.2主要零部件的設計及校核……………………………………………9
2.2.2.1主機部件……………………………………………………………9
（1）傳動箱體………………………………………………………………9
（2）傳動軸 ………………………………………………………………10
（3）干燥輥部件設計及校核 ……………………………………………10
（4）齒輪設計和強度校核 ………………………………………………17
（5）軸承型號選擇及壽命校核 …………………………………………18
2.2.2.2 保溫部件…………………………………………………………18
（1）框架 …………………………………………………………………18
（2）保溫壁結構 …………………………………………………………18
（3）保溫門 ………………………………………………………………19
（4）導軌 …………………………………………………………………19
2.2.2.3 潤滑部件…………………………………………………………19
（1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇 ………………………………………19
（2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設計計算 ……………………………………20
（3）油泵選擇 ……………………………………………………………21
（4）油箱設計 ……………………………………………………………21
（5）過濾裝置形式、選擇及計算 ………………………………………22
2.2.3電氣控制 ……………………………………………………………23
3、總結和展望 ……………………………………………………………26
4、致謝 ……………………………………………………………………27
5、參考文獻 ………………………………………………………………28
GZ-0000干燥機（組）設計
1、緒 論
1.1碳纖維應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景：
碳纖維號稱軍民兩用的材料之王：同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，在物理性能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，廣泛應用于飛機制造等軍工領域、風力發(fā)電葉片等工業(yè)領域、GOLF球棒等體育休閑領域。
國際碳纖維供給難以滿足旺盛的需求：飛機制造等軍工領域、風力發(fā)電等工業(yè)領域是03年以來碳纖維需求快速增長的主要原因，同時由于碳纖維技術主要掌握在日本三大巨頭之中，擴產(chǎn)估計要到07年以后能夠完成，碳纖維前景仍然看好。
我國碳纖維企業(yè)力爭突破：我國碳纖維現(xiàn)階段絕大部分依賴進口，但華皖碳纖維、少數(shù)科研院所及山東光威集團都力爭在碳纖維生產(chǎn)方面獲得突破。
噸凈利25萬元——碳纖維盈利分析：目前軍工級碳纖維（3-6K）的售價為200萬元/噸，民用碳纖維（12K）的售價為55萬元/噸，而碳纖維的生產(chǎn)成本為18萬元/噸，如以民用碳纖維為例，其毛利為37萬元/噸，即便加上3萬噸的營業(yè)費用和33%的所得稅率，民用碳纖維的凈利潤也用25萬元/噸，如果考慮軍品銷價和33%的所得稅減免，則其噸凈利將達到170萬元/噸。
為了擺脫長期受制于人的局面，提高新型復合材料領域的生產(chǎn)工藝和技術水平從而促進國防和民用工業(yè)的技術進步，近年來，國家有關部委已將碳纖維技術的產(chǎn)業(yè)化進程作為我國的一項戰(zhàn)略任務，并列入“863”計劃。上世紀90年代以來，國內(nèi)陸續(xù)成立了幾家碳纖維企業(yè)，致力于實現(xiàn)這一高技術材料的國產(chǎn)化，但到目前都沒有突破性進展。
碳纖維，顧名思義，纖維中碳的成份占有90％以上。從分子組成來看，是屬于無機纖維。但目前主要通過有機高分子纖維后處理來獲得驅逐，后處理過程主要是要驅逐非碳元素，使之形成高度結晶的石墨結構。對于高強度碳纖維T800H、T1000抗張強度達到6～7GPa，模量達到294GPa更是如此。有關聚丙烯睛原絲預氧化、碳化的過程比較復雜，研究的文獻很多。但高性能碳纖維與原絲性能的關系文獻中很少涉及，更沒有高性能原絲買賣發(fā)生。但幾乎達成一致的共識是：生產(chǎn)高性能碳纖維必須要有高性能原絲。同時可以認為進行超高分子量聚合體的制備及其干－濕法細旦高強PAN基原絲的紡絲成形和后處理工藝研究是當務之急，問題的關鍵所在。
1.2碳纖維后處理設備市場背景：
當前，除極個別單位外，大多數(shù)準備引進項目的技術和設備水平屬國際中下等，產(chǎn)品碳纖維也是這個檔次，引進后的消化、吸收與創(chuàng)新是面臨的重大課題。因此，在引進的同時應該組織自己的技術隊伍，在消化吸收的基礎上求創(chuàng)新。如果只是沿著別人的腳印前進，就永遠是跟在別人后面，不會占據(jù)制高點。從大量國外資料可以清楚地看出，即使他們生產(chǎn)的碳纖維質量和產(chǎn)量占據(jù)世界榜首，但其新思維、新方法、新設備、新成果仍不斷涌現(xiàn)，而不是墨守成規(guī)。日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的74％左右(表1)，而這3個公司發(fā)表的專利也相當多。例如：東麗公司目前生產(chǎn)的碳纖維T1000，抗拉強度最高 ( 7.02GPa)、單絲直徑最細(5.3um)，可代表世界先進水平，但公司最新專利報道，其實驗室已研制出新一代碳纖維，抗拉強度已達到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；單絲直徑降到3.2um，比T1000細了39.6％。同時，該公司還開發(fā)截面形狀為三葉形的PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。
基礎研究是創(chuàng)新之源，已引起各級領導和有關單位的重視，上下認識一致，有的已開始實施，這是提高我國碳纖維工業(yè)技術水平的關鍵之一。目前國家“863 計劃”以及有關部委都在關心我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強有力的支持。許多材料和設備專家也扎扎實實的做了大量工作。無疑，“十一五”將是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時代。
1. 3本課題研究的主要內(nèi)容：
碳纖維是適應宇航、航空、原子能等尖端工業(yè)技術發(fā)展的需要而研制開發(fā)的一種新材料，具有高拉伸強度、高拉伸模量、低密度、耐高溫、抗燒蝕、耐腐蝕、高導電和熱導、低熱膨脹、自潤滑和生物體相容性好等綜合性能，是理想的耐燒蝕、結構和功能性復合材料組元，已成為開發(fā)各種高性能復合材料(ACM)不可缺少的原料，是發(fā)達國家夢寐以求的第四代工業(yè)原材料。
目前碳纖維的制備方法可分為兩種：一種是有機纖維前驅體法，另一種是氣相生長法。當今工業(yè)化生產(chǎn)的主要是前者，由有機纖維（原絲）在一定的張力、溫度下，經(jīng)過一定時間的預氧化、炭化處理等過程制成。
本人所在單位為中國紡織機械協(xié)會會員廠之一，長期致力于化纖后處理設備的研究開發(fā)及制造。在碳纖維原絲設備的設計和制造加工上目前處于國內(nèi)領先地位，先后為山東威海、吉林、安徽等地研究開發(fā)了21輥聯(lián)合牽伸機、蒸汽加熱箱、熱水牽伸機組、上油機、水洗機等碳纖維原絲制備設備，為碳纖維的研究開發(fā)作出了積極的貢獻。
西安CM復合材料研究所是中國HT集團公司下屬單位，為研制生產(chǎn)出高性能碳纖維，與我單位簽定了部分碳纖維原絲制備設備研制協(xié)議，由我方根據(jù)其碳纖維生產(chǎn)工藝要求為其設計制造成套處理設備，干燥機是其中重要的配套設備之一。此次設計我參考了緊張熱定型機和松弛熱定型機等化纖后處理設備，結合碳纖維干燥和定型原理的特性，采用了不少新工藝和新方法，以滿足碳纖維加工工藝要求。確保經(jīng)過本干燥機處理后的碳纖維含水量降低、溫度升高、纖維內(nèi)應力被清除、使用性能得到明顯改善，實現(xiàn)碳纖維的干燥致密化，從而得到高強度的碳纖維，有利于后道處理工序的進行。
2.干燥機總體設計
2.1擬定設計方案：
2.1.1 根據(jù)設計任務書及工藝要求簡圖尺寸確定設計方案
2.1.1.1 機構的型式：在后處理聯(lián)合機中，熱輥干燥機是關鍵技術，涉及到干燥和定型效果，并直接影響到纖維的質量。因此確定設計方案十分重要，結合我廠多年生產(chǎn)化纖后處理設備的經(jīng)驗，根據(jù)設計任務書要求，并考慮到實際設備加工和制造及運輸?shù)戎T多因素，采取將26只干燥定型輥筒分布于兩臺機上，一臺九輥機，一臺十七輥機，其中十七輥又一分為二，即由九輥+八輥組成，通過裝配結合在一起。
2.1.1.2 干燥輥的排列：輥筒布置和尺寸根據(jù)委托方提供的工藝要求確定。輥筒的排列有臥式和立式兩種。臥式結構特點是操作簡便。立式結構特點是占地面積較少?？紤]到操作方便需要，因此采用臥式結構。
2.1.1.3干燥輥的加熱：根據(jù)纖維的品種、旦數(shù)和加工速度等條件的不同，通常采取的加熱方式有電加熱、蒸汽加熱或油加熱等幾種，根據(jù)廠方公用工程情況，采用熱水和蒸汽加熱。由于蒸汽加熱溫度反應迅速，測量準確，所有輥筒設計均按采用蒸汽加熱方式。蒸汽加熱是利用其汽化熱，當蒸汽壓力不變時，汽化熱高，溫度穩(wěn)定。輥筒內(nèi)可通0.0～2.5Mpa的循環(huán)飽和蒸汽，調節(jié)蒸汽壓力，以達到不同工藝溫度要求，輥筒溫度一般在110～180℃之間。蒸汽壓力達到2.5Mpa時，輥筒溫度達到最高為180℃?？捎蓽囟葯z測系統(tǒng)測得并由溫度顯示器顯示出來。蒸汽由進氣管沿三個方向（120°均分）進入輥筒內(nèi)，沿輥筒母線迂回加熱后由排氣管排出。
2.1.1.4干燥輥的結構原理：通常采用的是虹吸原理。由于虹吸彎管不能承受較大的沖擊力，受到震動和機械應力后易變形，需要經(jīng)常更換。同時虹吸管加熱時輥筒表面因旋轉造成輥筒表面溫度不均勻，而影響碳纖維的干燥和定型效果，所以我采用了本廠最新研制的另一種加熱方式——夾套式加熱，即干燥輥為可拆式結構，用不銹鋼無縫鋼管制作，表面鍍硬鉻，借助法蘭連接在輥軸上，當通入熱水或蒸汽加熱時，熱水或蒸汽從輥軸內(nèi)孔中的一無縫鋼管進入，經(jīng)內(nèi)隔套加熱輥內(nèi)壁，然后從干燥輥軸孔內(nèi)另一無縫鋼管間隙內(nèi)流出，由于輥筒軸與排氣管之間有一空氣隔層，以使蒸汽不與輥筒軸直接接觸，不僅可以降低熱量損失，還能降低輥軸和箱提溫度。由于輥軸回轉，故在軸端進出水接頭處采用新型旋轉接頭。這種加熱方式可使輥筒表面溫度恒定，誤差可控制在±0.5℃。
2.1.2 確定干燥機結構形式及傳動方式：
干燥機組分為兩臺設備組成，各單機結構形式一致，以便于設計和制造，設計時將干燥機主要分為三大部分：主機部件、保溫部件和潤滑部件。
根據(jù)委托方要求和方便設備維修，確定傳動方式為：電機——擺線針輪減速器——主機（傳動軸——輥筒軸），這樣使得主機的結構簡化，便于制造和檢修，擺線針輪減速器系通用標準件，質量有可靠保證，減速系統(tǒng)出現(xiàn)故障可以直接通過更換減速器來完成，不會因本干燥機組維修停車而造成整條生產(chǎn)線的長時間停止運行，可以極大地提高生產(chǎn)效率。
2.2、技術設計和工作設計：
2.2.1根據(jù)擬定方案繪制總裝圖和各部件圖
干燥機（組）總裝圖一張、九輥干燥機主機部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張，十七輥干燥機主機部件圖一張、保溫部件圖一張、潤滑部件圖一張。
2.2.2主要零部件的設計及校核
2.2.2.1主機部件：
（1）傳動箱體
參照同類牽伸機箱體和根據(jù)輥筒寬度確定箱體寬度，根據(jù)纖維工藝要求和輥筒排列尺寸確定箱體長度，根據(jù)絲束進出高度確定箱體高度。
箱體材料采用Q235-A鋼板焊接，設有油標、放油螺塞，箱蓋（加墊），設呼吸型加油孔及箱蓋密封墊。箱體留有熱油循環(huán)的進出口。箱體側面有觀察口（有機玻璃）?？紤]可加工性，十七輥干燥機箱體結構一分為二，即八輥、九輥各一臺，各用一臺動力。安裝時組合在一起，安裝在調整墊鐵上，墊鐵上設有U形槽安裝孔（用于設備調整，調整距離50mm）、高度微調孔M12，調節(jié)高度≥8mm。
（2）傳動軸：由于輥筒軸內(nèi)要通蒸汽，所以軸后需要安裝旋轉接頭或者其它接口部件，因此增加一傳動軸，將動力傳遞至箱體內(nèi)?？紤]到使用壽命和加工方便，傳動齒輪尺寸大小與干燥輥軸上齒輪大小保持一致，即速比i=1：1。
（3）干燥輥部件設計及校核：
①干燥輥結構：通常干燥輥多為懸臂式，也有采用雙支承式的，考慮到實際操作和使用方便，選用懸臂式。
軸承：進口軸承，軸承公差等級6級。
齒輪：硬面斜齒輪（45#），螺旋角β=15°，制造精度6級。齒輪傳動噪音≤50dB。（齒輪設計及強度校核略）
速比：箱體內(nèi)1：1 （九輥配減速器i=104，十七輥配減速器i=121）
干燥輥尺寸：φ600±0.03×400mm
1#機干燥輥內(nèi)通80℃，0.3Mpa熱水，2#機干燥輥內(nèi)通0.3Mpa蒸汽。輥筒表面設計溫度：110～180 °C。
結構：二進二出夾套式，外圓直槽通道夾層結構，旋轉接頭供水、汽并有回路。
運動精度：裝配后輥部徑向最大跳動≤0.05mm
材料：輥部及輥側面為1Cr18Ni9Ti，軸件為45。軸的輥頸部位（輥的內(nèi)側面與傳動箱體側面之間的一段）焊接不銹鋼夾套，夾套壁厚2.5mm?？拷稍镙佉粋鹊妮S承端蓋也為不銹鋼材料，主要是為了防銹防腐和美觀。
表面處理：輥部表面鍍硬鉻后精磨并拋光處理，粗糙度Ra0.2，感官鏡面，鉻層保留厚度≥0.05mm。
輥筒呈懸臂式，通過雙列向心球面滾子軸承（耐高溫，大間隙）固定在箱體上。它包括封口法蘭、內(nèi)、外套、隔條、進出水法蘭部分。內(nèi)套由無縫鋼管加工而成，外套采用不銹鋼無縫鋼管，兩者過盈量為0.30mm。由于無縫鋼管與20鋼的焊接性能好，封口法蘭、隔條、進出水法蘭均采用20鋼。焊后回火處理，以消除內(nèi)應力，并進行氣密試驗，耐壓2.5Mpa。輥筒外表面鍍耐磨硬鉻，鍍層厚度為0.07～0.08 mm。φ600mm表面拋光。
輥筒軸采用45鋼，經(jīng)調質處理達到HB240±25，輥筒軸與輥筒采用大法蘭連接，以便于拆卸。進、排氣管與輥筒連接處采用聚四氟乙烯板進行密封。
②受力分析：
絲束進入干燥機以后，經(jīng)過最初幾個干燥輥時，它會在輥筒表面打滑，隨著干燥輥數(shù)的增加，打滑呈逐漸減小的趨勢，最后以干燥輥的線速度同步前進。
在一般情況下，越在后面的干燥定型機構，其負載越大，所以在對輥軸進行受力分析時，選擇第二干燥機（十七輥）作為對象。下圖為第二干燥機的受力圖。絲束繞經(jīng)第一個干燥輥后，其張力由T0逐漸減小到T1，繞經(jīng)第二個干燥輥后，其張力由T1逐漸減小到T2……由于張力漸次變小，所以在整個干燥輥筒中，前面兩個受力較大。考慮到絲束與輥筒表面間存在相對的摩擦運動，絲束的張力可以用下式計算出來：
T1=T0e-μα
式中：T0 ——第一牽伸輥前的絲束張力
Ｔ1——第一牽伸輥后的絲束張力
e——2.718（自然對數(shù)的底）
μ——摩擦系數(shù)
α——絲束與輥筒之間的包角
同理可得 T2=T1 e-μα
T3=T2 e-μα
……
已知T0=200Kg，μ取0.23，經(jīng)計算得α=2.705
則： T1=200×e-0.23×2.705
=200×0.537
=107.4（Kg）
有： T2=107.4×e-0.23×2.705
=107.4×0.537
=57.7（Kg）
③強度計算
在設計干燥定型設備時，干燥輥是一個比較重要的部件，因為它是整個機器的核心，必須要對它的強度進行校核計算，同時也要對其撓度進行校核。
以第二干燥機的第二個干燥輥為例，作用在干燥輥上的力有：絲束進、出牽伸輥時的張力T1、T2，牽伸輥外伸部分的重量G等，其合力設定為“P”。
其受力圖如下所示。
用圖解法，計算合力P的值。
根據(jù)絲束繞經(jīng)輥筒的前進路線，將輥筒所受的力作用點假想成E點，如牽伸輥受力圖示，得出各作用力的方向與大小如下圖所示。
對牽伸輥的受力進行合成，T1與T2合力為T，T與G合力為P，T1與T2已通過計算得出，而輥筒重量約為308Kg，可得P=460Kg。
C處的彎矩MC為：MC =P×l2
=P×0.4965
=460×0.4965
=228.39 KG·M
=2238.22N·m
注：l2為力P作用點至截面C的距離。
C處的扭矩TC為：TC=（T1-T2）×
=（T1-T2）×0.6÷2
=（107.4-57.7）×0.6÷2
=14.91 KG·M
=146.12 N·m
注：D0為干燥輥的直徑。
C處的等效彎矩M為：
M=（MC+√MC2+TC2）÷2
=（2238.22+√2238.222+146.122）÷2
=2240.6 N·m
C處的等效扭矩T為：
T=√MC2+TC2
=√2238.222+146.122
=2242.98 N·M
C處的彎曲應力σ及扭轉應力τ分別為：
σ=M/W
τ=T/Wn
式中：W——抗彎斷面模量，已知軸的直徑為0.17米，內(nèi)孔0.06米，其
值W=π(D04-d04)
=π×(0.174-0.064)
=4.75×10-4m3
Wn——抗扭斷面模量，其值
Wn= (D04-d04)
=×(0.174-0.064)
=9.5×10-4m3
則有：
σ=2240.6÷（4.75×10-4）
=4.71×106（N/m2）
=4.71 N/mm2
τ=2242.98÷（9.5×10-4）
=2.36×106（N/m2）
=2.36 N/mm2
查表知，對于45#鋼：［σ］=54 N/mm2
［τ］=30～40N/mm2
根據(jù)計算所得的危險截面應力小于所用材料的許用應力，因此軸的強度足夠。
④撓度計算：
干燥輥外伸端的撓度，一般由以下四個部分的撓度迭加而成，即：
a、由于載荷P引起D處的撓度δ1為：
δ1= （x-l1）［2l1l2+3l2(x-l1)－（x-l1）2］
=（1.015-0.731）×［2×0.731×0.4965+3×0.4965×（1.015-0.731）－（1.015-0.731）2］
查得彈性模量E=2.1×1010Kg/m2;
而 慣性矩J=π×(0.174-0.064)÷64=4.04×10-5（m4）
X—支承A至截面D的距離；
l1—兩支承間的距離；
代入，得δ1=2.74×10-5（m）
≈0.0274mm
b、載荷P引起D處的轉角θ1為：
θ1=（P×l22/2EJ）×［1+－（）2］
=(P×0.49652÷2EJ)×［1+－（）2］
其中，L為干燥輥長度，
代入，得θ1=5.34×10-5
由于轉角θ1而產(chǎn)生的形變增量δ2為：
δ2=θ1×L
=θ1×0.425
=2.27×10-5（m）
=0.0227mm
c、將干燥輥筒看成受均布載荷P/L的懸臂梁，干燥輥外伸端的撓度δ3為：
δ3=P×L3/8EJ
=P×0.4253÷8EJ
代入，得 δ3=0.0052mm
d、作用在第二干燥輥和相鄰各輥筒上的絲束張力差，產(chǎn)生齒輪B上的各周向力。它們沿力P方向的分力為F，在點D產(chǎn)生的轉角θ2為：
θ2=
=F×0.54×（0.191+0.54）÷0.731÷6EJ
通過圖解法（見下圖），求出F的大小。
F=160.02 Kg
代入，得 θ2=1.69×10-5
由于轉角θ2而產(chǎn)生的形變量δ4為：
δ4=-θ2×（L+x－l2）
=-θ2×（0.425+1.015－0.4965）
=-1.59×10-5（m）
=-0.0159mm
牽伸輥外伸端的總撓度δ為：
δ=δ1+δ2+δ3+δ4
=0.0274+0.0227+0.0052-0.0159
=0.0394mm
一般情況下，在不計滾動軸承處的間隙時，輥長不超過1米的輥筒，其外伸端的最大撓度若小于0.5毫米，則符合要求。
通過以上計算，干燥輥部件的強度及撓度，均符合安全規(guī)范。
（4）齒輪設計和強度校核（參照《機械設計》-高等教育出版社）：
①計算齒輪的工作轉矩T1：
T1= T2=9.55×106ηb=9.55×106××0.99
=5.72×106N·mm=5720 N·m
②齒輪材料 ：硬面斜齒輪（45#），螺旋角β=15°。σs=539N/mm2
根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的最低硬度HRC45，查機械設計附錄圖8-1C的M線，取σHlim=970N/mm2
③計算主要參數(shù)：因為輥間距已經(jīng)由工藝限定，因此確定齒輪直徑需要按照工藝尺寸計算，參考表8-6，取mn=6，齒數(shù)Z1= Z2=d/m·cosβ≈112，齒寬b1=b2=80 mm
精確計算兩齒輪分度圓直徑d1=d2=695.7mm；
圓周速度V==0.46m/s
考慮到齒輪傳動噪音≤50dB，所以仍然采用6級制造精度。
④接觸疲勞強度校核：
許用應力 σHp=σHlimZNZWZfZx/SH
應力循環(huán)次數(shù)N1= N2=20×300×8×60×1500=43.2×108
參照圖8-28，ZN1=ZN2=1；取ZW=1，Zf=0.85，Zx=1，SH =1.05
故σHp1=σHp2=785 N/mm2
接觸應力
σH= ZEZεZHZβ√（／）·
ZE=189.8N1/2/mm;ZH=2.47; KA=1.1;vz/100=0.46×112/100=0.52，由圖8-44，Kv=1.04；由圖8-16，Kβ=1.27；由圖8-22，εα≈1.01，得Zε=（1/εα）1/2=0.995；Zβ=（cos15°）1/2=0.983。
σH= 189.8×0.995×2.47×0.983×
√（／）·
=135.65 N/mm2≤σHp，故安全。
⑤彎曲疲勞強度校核
查附錄圖8-2c的M線，σFlim1=σFlim2=235 N/mm2。ZV1= ZV2=Z1/cos3β
=112/ cos315°=124.27，由圖8-25及圖8-26，YF1= YF2=2.15，YS1= YS2=1.83。
σFlim1/ YF1YS1=σFlim2/ YF2YS2=235/2.15×1.83=59.73
許用應力
σFp1=σFp2=σFlim1YSTYN1YδYRYx/SF
由圖8-29，YST=2.0，YN1=1，Yδ=1，YR=1，Yx=1，SF=1.42。
σFp1=σFp2=σFlim1YSTYN1YδYRYx/SF=235×2.0×1×1×1×1/1.42
=331 N/mm2
彎曲應力
σF1=σF2=（2KAKVKβKαT1/bd1mn）×YFYSYεYβ
KA=1.1；KV=1.04； Kα=1.06；由圖8-16，Kβ=1.27； YF1=2.58；由圖8-26，YS=1.61；Yε=0.25+0.75/εα=0.99；Yβ=1-β/120°=0.875
σF1=σF2=[2×1.1×1.04×1.06×1.27×5720000/（80×695.7×6）×2.58×1.61×0.99×0.875=189.84 N/mm2≤σFp1，故安全
通過以上計算，可以得出齒輪的強度完全符合使用要求。
（5）軸承型號選擇及壽命校核：（參考資料：《機械設計手冊》）
①傳動軸軸承：選3624型軸承。軸承壽命校核（略）
②干燥輥軸軸承：前軸承選3534型，后軸承選用3528型?？紤]到前軸承受載最大，承受主要負荷，選擇對其進行壽命校核。
查表25-22得Cr=705000N，Cor=745000N。
由前計算結果知軸承承受的徑向負荷
Fr=（2000×5720/695.7cos15°）×tan20°/cos15°+（460+210+135）×9.8=14303N,
軸向負荷
Fa=（2000×5720/695.7cos15°）×tan15°=4561N。
考慮生產(chǎn)能力擴大提高空間，對所有負荷均乘以2.0系數(shù)計算。
已知軸的轉速n=1500/121=12.4r/min。軸徑d=170mm，載荷平穩(wěn)，要求軸承壽命為20年（20×365×24=175200h），現(xiàn)校核軸承壽命。
因Fa/ Cor=0.0124，由表25-22查得e≈0.20
由于Fa/ Fr=4561/14303=0.32＞e≈0.20
由表25-22查得 X=0.56 Y=3.0
當量動負荷為Pr=XFr+YFa=0.56×14303×2+3×4561×2=43386N
由表25-11，當n=12.4r/min，Cr/Pr=705000/43386=16.3時，查得
L10h=300000 h＞175200h
滿足要求，故前軸承應用3534型軸承。
2.2.2.2保溫部件：
（1） 框架：用10#槽鋼焊接而成，通過螺栓與傳動箱體聯(lián)接固定在一起。
（2） 保溫壁結構：干燥室的各向保溫壁為空心夾結構，內(nèi)部加筋以增加整體強度，內(nèi)襯保溫材料——超細玻璃棉；保溫壁內(nèi)外表面由不銹鋼板制造，內(nèi)部支撐結構為碳鋼材料。所有干燥輥均置于干燥室內(nèi)，干燥室相對密閉，尤其保溫部件與箱體銜接處均填上石棉布?？拷稍镙佉粋鹊膫鲃酉潴w側面有不銹鋼夾層結構的保溫壁。干燥室的頂棚為保溫結構，開有排氣孔，并配閉合蝶閥。干燥室兩側面為不銹鋼夾層保溫結構，分別根據(jù)委托方要求開有進絲、出絲口，方便操作。
（3）保溫門：干燥室正面設計為若干扇保溫門，其中九輥為5扇門、17輥為8扇門，門的運動方向與輥軸線方向一致，門的運動行程設計為2000mm，閉合狀態(tài)下門的內(nèi)壁與干燥輥外側面距離小于120mm，這主要考慮到打開后箱內(nèi)溫度較高而操作人員需要到中間操作的狀況，保溫門上設有把手。
方案Ⅰ：軌道在地面上，門下裝有滾輪，可沿軌道前后推拉 (圖略) 。
方案Ⅱ：導軌在上面，門上方裝滾輪，懸掛在頂架上，可沿軌道前后推拉。
兩種方案比較：
方案Ⅰ的優(yōu)點是結構簡單、成本較低，操作方便；缺點是軌道在地面上，操作人員在上面迅速行走不便，影響生產(chǎn)線運行，而且時間長了地面軌道上容易積累雜物，造成移動門開關困難。
方案Ⅱ的缺點是結構復雜些、成本增加，優(yōu)點是同樣操作方便。同時軌道在上方，不會影響到操作人員的行走、工作，且不容易有雜物進入。
兩種方案比較，采取第Ⅱ種方案。
（4）導軌：考慮到距離較長，且所有保溫門均懸掛在導軌上，因此采用無縫鋼管與矩形鋼管聯(lián)結在一起的焊接結構，無縫鋼管起導向作用。矩形鋼管起加強剛性和防止變形作用。
2.2.2.3潤滑部件
（1）潤滑方式及潤滑裝置的選擇：
由于稀油潤滑一般來講摩擦系數(shù)低，選擇具有冷卻作用，而且不必拆開機件就可更換潤滑油?？紤]到干燥機溫度高和委托方廠房的實際情況，采取兩臺設備共用熱油冷卻循環(huán)裝置（稀油潤滑站，含循環(huán)管路系統(tǒng)）一套，集中連續(xù)壓力潤滑方式。稀油潤滑站外置，由油箱、油泵、過濾器、閥等組成，通過管子輸送定量的潤滑油到干燥機內(nèi)各潤滑點。
（2）稀油集中潤滑系統(tǒng)的設計計算：
①潤滑油的選擇：由于循環(huán)潤滑系統(tǒng)要求潤滑油抗氧化安定性較高、機械雜質要少，以保證系統(tǒng)長期的清潔。根據(jù)設備的工作范圍（運動速度、載荷大小、運動情況）、周圍環(huán)境（溫度、潮濕條件、塵屑狀況）、摩擦副表面（間隙、加工精度、表面位置）等因素，通常選用普通國產(chǎn)機械油。國產(chǎn)機械油是一種工業(yè)用中質潤滑油，廣泛用于紡織工業(yè)的紗錠、各種機床及其它各種機械的潤滑。根據(jù)潤滑油泵類型可選用運動粘度50厘斯左右的50 #機械油：HJ-50 GB443-64 。但由于干燥機工作溫度較高，環(huán)境溫度在38-80℃之間，考慮到設備高溫條件的狀況，所以選用4402-1號熱定型機潤滑油，此潤滑油具有良好的高溫性能和材料適應性，無毒，不腐蝕金屬，并可與酚醛石墨綢紋板匹配使用，在高溫條件下結焦極少，適宜于印染工業(yè)熱定型機的針鏈及其它類似機械的潤滑，使用溫度可達220℃ [18]。
②耗油量Q：
Q=∑Q1+∑Q2+∑Q3
齒輪嚙合處耗油量Q1=
齒輪傳動摩擦損失所產(chǎn)生的熱量TS1=860（1-η1）N=860（1-0.98）×7.5=129（千卡/小時）
箱體表面排散至周圍空氣中的熱量TC，根據(jù)散熱表得58千卡/小時；
潤滑油的比熱Cy≈0.45千卡/公斤·度；
潤滑油的重度ry≈0.88公斤/升；
潤滑油的溫升△t允許值取14度；
潤滑油的利用系數(shù)Ky≈0.65。
因此Q1==25.07升/小時
軸承耗油量Q2=
軸承摩擦損失所產(chǎn)生的熱量TS2=860（1-η2）N=860（1-0.99）×7.5
=64.5（千卡/小時）
Q2==22.78升/小時
潤滑油飛濺或攪動時的耗油量Q3=
潤滑油飛濺或攪動時產(chǎn)生的熱量TS3=860（1-η3）N
=860×（1-0.98）×7.5=129（千卡/小時）
Q3==45.56升/小時
所以耗油量Q=∑Q1+∑Q2+∑Q3
=25.07×26+22.78×58+45.56×3
=2109.74（升/小時）=35.16升/分
考慮到干燥輥軸內(nèi)有蒸汽通道，造成運行過程中溫度升高，需要冷卻降溫，因此將計算出的耗油量Q乘以1.5的系數(shù)，即總耗油量為52.74升/分。
③油管直徑及油流速度的確定（略）
（3）油泵選擇：
根據(jù)總耗油量Q選擇低壓齒輪油泵，規(guī)格Q=63升/分，工作壓力25公斤/厘米2，配3.3KW電機（1450r/min），可以確保設備的正常運行。
設計上，配兩臺齒輪油泵，其中一臺輔助或備用。
（4）油箱設計：
油箱主要用途是貯油，同時起沉淀、散熱和散發(fā)氣體作用。
參照設計手冊，Q=63升/分油泵通常配置油箱容量為1.25m3，結合委托方提供油槽基礎尺寸參數(shù)：[3200長（沿傳動箱體長度方向）×1000寬×800深， “1000寬”尺寸不允許變化，其長、高可自定]，確定油箱尺寸： 2.8m長×0.9m寬×0.78m高。
油箱中設置有吸油濾油器，注油器也設有過濾裝置。油箱底部作成適當斜度5°，安設放油塞，以方便清洗。油箱側壁設計有油位指示計，指示油位高低。油箱上設有通氣孔，保證在最大吸油量和回油量時能在正常氣壓下供油。吸油管與回油管遠遠隔開，吸油管離箱底距離≥2倍管徑，距箱邊≥3倍管徑。為防止回油時帶入空氣，回油管插入最低油面以下，距箱底距離≥2倍管徑，油的排口面向箱壁，管端斜切成45°。吸油側和回油側用隔板隔開，以分離回油帶來的氣泡與贓物。油箱內(nèi)壁涂刷耐油涂料，以防銹、防冷凝水。
（5） 過濾裝置形式、選擇及計算：
①過濾要求：一般過濾器的過濾精度可分為四類：粗的（d≥0.1毫米），普通的（d≥0.01毫米），精的（d≥0.005毫米），特精的（d≥0.001毫米）。為了避免由于相對運動引起雜質對零件的磨損，要求油液中的雜質必須小于油膜的厚度，而油膜的厚度取決于油的粘度、作用力及其產(chǎn)生的壓力和相對運動零件的速度。
②濾油器的選擇和計算
根據(jù)選擇濾油器的基本要求：過濾精度應滿足設計系統(tǒng)的要求；過濾能力應滿足設計系統(tǒng)的要求，并具有一定的裕度。安裝在油泵吸入側的濾網(wǎng)，其過濾能力約為泵容量的兩倍以上；容易清洗和更換；價錢低廉等。本干燥機選擇方格式金屬濾網(wǎng)過濾裝置，網(wǎng)號150目/英寸，有效面積34.6%。
實際濾網(wǎng)面積S=5×96×800/100=3840cm2則有效過濾面積為：
A=3840×34.6%=1328.64 cm2
所以過濾流量Q=A·α·Δp/η=1328.64×1.1×1/（800×0.4）
=4.567L/S=274L/min
計算結果表明：濾油裝置過濾流量大于兩臺Q=63升/分油泵流量的兩倍，因此符合設計規(guī)定和使用要求。
2.2.3電氣控制設計：
（1）電機控制方式選擇：變頻調速是通過變頻技術把50Hz的工頻電源變換成頻率可以改變的交流電源，從而調節(jié)異步電動機轉速的一種方法，是目前交流電動機一種較好的調速方法。它既能在寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調速，又可獲得良好的運行特性，是現(xiàn)代傳動的一個重要發(fā)展方向。本干燥機（組）動力為三臺7.5KW交流電機，采用變頻調速，可以方便地實現(xiàn)電機同步要求和變速需要。
（2）三相電動機變頻調速原理分析：
下圖中T1-T6組成三相逆變器，U相、V相和W相參考電壓分別為Uru、Urv、Urw，它們對三角波進行脈寬調制，得到逆變電路的一組控制電壓UG1、UG3、UG5，分別驅動功率管T1、T3、T5；另一組互補電壓UG2、UG4、UG6分別與UG1、UG3、UG5反向，分別驅動T2、T4、T6。當T1與T4導通時，uUV=Ud；當T2與T3導通時，uUV=-Ud；uVW和uWU可類似地求得。于是可以畫出變頻器輸出電壓（即電動機輸入電壓）uUV、uVW、uWU的波形圖。從電壓波形圖可以看出，電動機輸入端等效電壓為正弦三相電壓。該三相電壓的頻率可以通過調節(jié)三相正弦參考電壓的頻率來改變。因此只要改變?nèi)鄥⒖茧妷旱念l率，就可以對三相電動機實現(xiàn)變頻調速。
變頻電路中驅動逆變器的正弦波脈寬調制控制電路已大量采用數(shù)字集成電路，它具有功能全、可靠性高、體積小、功耗低等特點，同時還有完善的保護以及程序控制等功能，給應用帶來了極大的方便?，F(xiàn)在，計算機技術和變頻技術已經(jīng)互相融合，并形成一體化的變頻裝置。
（3）變頻器控制及接線：本機控制電路采用目前化纖設備廣泛采用的變頻控制技術。根據(jù)我廠多年實踐使用，控制精度高，調速方便，廣泛適合各種纖維的不同工藝速度要求。一般根據(jù)用戶情況可選用國產(chǎn)或進口變頻器，如藍波希島、三肯、富士、三菱、松下等。經(jīng)與委托方商定，本干燥機（組）選用富士變頻器。以下為富士系列交流變頻器的內(nèi)部方框圖及外部接線圖。圖中主電路中包括整流器和由IGBT構成的逆變器。以16位微處理器為中心的控制電路具有產(chǎn)生三相準正弦波脈寬調制驅動信號、過電流和欠電壓保護、轉速控制和轉向改變、轉速指示和通信等多種功能。
該系列變頻器能驅動1.1～11.0KW的三相異步電動機。其輸入電壓有三相200～230V和380～460V兩種，電源頻率為50/60Hz。輸出電壓在0～輸入電壓范圍內(nèi)可調，輸出電壓頻率在0.01～400Hz范圍內(nèi)可進行編程調節(jié)。變頻器的輸出電壓是輸出頻率的函數(shù)，輸出電壓和頻率的比率可由用戶編程設定。
變頻器的接線方法如圖所示。變頻器的R、S、T端接三相交流電源，U、V、W端接三相異步電動機。其輸入控制功能包括起動、停止、反轉、點動和速度預置（可以利用開關1、2、3的不同組合在0～400Hz范圍內(nèi)，設置七個預定頻率）。還可以接受遠程電位器輸入、直流0～10V或4～20mA的模擬信號輸入，實現(xiàn)頻率調節(jié)。變頻器能提供兩路可設定的輸出信號，一路為繼電器觸點輸出，另一路為晶體管集電極開路輸出，并提供一路直流0～10V的模擬信號輸出（用于表示頻率）。通過串行接口外接的通信模塊可以將變頻器和上位控制站相連進行通信。人機接口模塊（手持編程器）一方面可用于對變頻器進行編程（輸入編程信號），另一方面可用于顯示變頻器的運行狀態(tài)和診斷數(shù)據(jù)。
由于可編程序控制器PLC可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，因此用PLC對整條碳纖維生產(chǎn)線的多機實行自動控制，確保設備同步運行的工藝速度要求。合同及技術協(xié)議中整條線的電氣控制明確由委托方自己承擔，這里不再加以論述。
3、總結和展望：
本干燥機吸取了國外先進經(jīng)驗，采用了獨特的設計結構，三個部件的設計均在滿足使用要求的情況下進行了技術創(chuàng)新。其中設計過程中對干燥輥進行了樣輥的試研制，并在上海石化和上海聯(lián)吉公司的腈綸和丙綸后處理生產(chǎn)線實地試用，結果表明干燥輥面溫度及均勻度誤差控制在0.5℃以內(nèi)，達到了同類進口輥的要求，而且預熱時間比進口輥縮短了半個多小時，提高了生產(chǎn)效率。同時絲束通過干燥定型，產(chǎn)品品質顯著提高，斷裂強度（CN/dtex）≥5.9，達到了優(yōu)等品標準，得到用戶的高度評價。相信本干燥輥對于碳纖維的干燥定型也一定會起到良好的效果和作用，今后將在不斷吸取用戶意見的同時，進一步提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。
展望未來，航空、風力發(fā)電推動碳纖維需求日益增長，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，機械制品對于碳纖維等高端材料的需求也在不斷增長，碳纖維除了一些優(yōu)于金屬材料的性質外，還具有耐腐蝕性，減輕質量，便于現(xiàn)場安裝等優(yōu)點。在汽車領域可以替代鋼材，制造CNG瓶、保險桿、底盤等汽車配件，使汽車質量降低40%以上，從而節(jié)省燃油7%，符合有效節(jié)能的未來發(fā)展優(yōu)勢。由此可見，進行碳纖維碳化、石墨化設備及后處理裝置設備的工程化開發(fā)具有廣闊的發(fā)展前景，今后對于這些設備的研制開發(fā)、形成規(guī)?；a(chǎn)能力、在保證質量的基礎上降低成本，將進一步推動不斷發(fā)展的市場需求。目前，國內(nèi)研究開發(fā)以及生產(chǎn)碳纖維的呼聲很高，發(fā)展趨勢令人鼓舞，為此，碳纖維相關設備的研制也一定具有廣闊的發(fā)展前景。我們要以適應時代需求，生產(chǎn)出更佳產(chǎn)品為目標，遵照國家“十一、五”規(guī)劃要求，按照可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀不斷創(chuàng)新，擴大能力，提高產(chǎn)品性能，開發(fā)新的應用領域，為我國的國防和經(jīng)濟建設添磚加瓦。
4、致 謝
本次畢業(yè)設計得到了指導老師張斌副教授的大力關照和精心指導，班主任唐娟老師和機電系其他老師也給予了不少幫助和支持，在此表示衷心的感謝！這次設計曾赴有關工廠、設計院和科研單位進行調查考察，聽取意見，在此謹向協(xié)助我的單位和有關同志表示深切的謝意！
由于本人水平有限，加上目前碳纖維的研制尚處于起步發(fā)展的階段，其后處理設備的研還不太成熟，設計中的一些缺點和局限性在所難免，懇請考核老師提出批評和建議。
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