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  沈阳理一大学硕士学位论文摘要热压烧结是生产硬质合金的重要工序。中频热压机在加热加压过程中 需要对压坯进行升温加压 保温保压 降温泄压等工序 而且不同的压坯在不同的时段所需的压力和温度不同。压力和温度是影响产品质量和性能的主要因素 也是评价热压设备的标准。每个压坯都有适合自己的最佳温度、压力曲线。因此

  沈阳理一大学硕士学位论文摘要热压烧结是生产硬质合金的重要工序。中频热压机在加热加压过程中 需要对压坯进行升温加压 保温保压 降温泄压等工序 而且不同的压坯在不同的时段所需的压力和温度不同。压力和温度是影响产品质量和性能的主要因素 也是评价热压设备的标准。每个压坯都有适合自己的最佳温度、压力曲线。因此 运用合理的加热加压方式和控制方法 对保证温度和压力控制精度以及提高产品质量具有重要的研究价值和实践意义。本文根据热压工艺要求设备具有快速响应和较高的计算能力 同时系统具有非线性和存在时变性等特点 和组态监控对热压机的实时控制进行了研究与设计。文中分析和总结了国内热压烧结机的控制方法以及模糊控制在非线性系统的有效性 提出了应用西门子 设计模糊 控制器的设想和实施方案 选择中频电源感应加热方式控制温度 采用比例阀控制压力 通过对中频电源和比例阀的控制 实现温度和压力的实时调节 利用上位机组态软件与 实时通讯 将某一压坯所需的温度曲线和压力曲线数据及时传送到 同时在上位机中建立主控画面 在线监控中频热压机的工作状态 进行不同热压材料温控曲线或压力曲线的参数输入和存取 实时工况的在线显示 实现人机交互。通过系统上下位机的通讯调试和运行 证明设计方案是有效的。关键字 组态 模糊 温度 压力沈阳理工大学硕士学位论文 沈阳理亡大学硕十学位论文 章绪论第章绪论 中频热压机的工作原理中频热压机又称中频热压烧结机 主要由中频电源、液压站、计算机主控系统等组成。应用中频感应加热方式 将粉末压坯置于感应磁场中 在交变磁场中产生电涡流 将电能传化成热能进行加热 上升到一定温度后 一般为几百到几千摄氏度 再进行加压 几十兆帕到几百兆帕 。目的是使多孔的粉末压坯变为具有一定的组织和性能的合金制品。在加热加压的过程中 对温度和压力按照预置的温度压力曲线进行动态控制 完成多段升温加压 保温保压 降温泄压过程。温度压力的控制精度能直接影响到产品的质量和性能。因此 温度和压力的控制是中频热压机控制系统的关键。 感应加热的基本理论根据 法拉第 电磁感应定律 在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时 电路两端就会产生感生电动势 如果电路闭合时则会产生电流。这个定律就是感应加热的理论基础。感应加热在现今工业生产领域有着广泛应用。导体回路感应加热是利用处在交变磁场中的导体内产生的涡流作用于闭合的导体回路引起热效应 在较短的时间内产生热能 以此来对金属表面或整体进行加热。在导体中流过电流时 导体周围产生磁场。当通过的电流为直流时 产生的磁场不变 不影响导体的导电性能 如果是通入交流电流 则会产生交变磁场。若将金属材料放在高频磁场中 会产生高频涡流 使材料迅速发热 。感应加热的原理图如图所示 感应加热原理沈阳理大学硕士学位论文在图 由电磁感应定律线圈内部会产生相同频率的交变磁通缈 交变磁通会在金属工件中产生感应电势 。根据电磁感应方程式 感应电动势表示如下 缈——磁通量——感应电动势 矿。负号表示感应电动势是试图阻止磁通变化的。假设磁通量是正弦规律缈 的交变磁场则感应电动势的大小为 厂——交变电流的频率在金属导体横截面内产生的涡流 与感应电动势和涡流回路的阻抗 相关 ——涡流回路等效电阻置——涡流回路等效的感抗 电磁感应加热通过感应线圈把电能传递给加热体 感应线圈与被加热工件并不直接接触。能量通过电磁感应传递 故感应加热属于非接触式工件加热。设感应电动势在工件中产生感应涡流为 由焦耳定律 ——感应电流通过电阻产生的焦耳热』——感应电流有效值 尺——工件的等效电阻——工件通电加热时间 ——涡流作用在加热工件上产生的热量——涡流有效值 彳。印刷包装盒价格计算公式电磁感应加热实际是电磁感应生热传导的过程 起主要作用的是电磁感应生热。热传导过程中所传递的热量由感应加热过程中的涡流功率提供。在工件内部 电能又转变为热能。 被感应加热体的吸收功率计算 感应加热的通入深度导体在感应电流的作用下 电流分布呈集肤效应 这种分布会以表面最强 从径向从外到晕按指数函数方式减小 这种电流不均匀分布的现象 随电流频率升高而更加显著 电流透入深度与频率的关系可表示为 万——电流分布带的宽度——金属的电阻率 从——导体的相对导磁率 厂——电流频率 沈阳理大学硕 学位论文万是电流密度降为表面电流密度的 处的深度将此定义为电流透入深度。印刷包装厂有污染吗在电流透入深度的范围内吸收的功率 设被加热金属吸收的是总功率的 因此 万成为选择加热电流频率的重要参数。在工业电感应加热中 常用铜质管绕制感应线圈。 感应加热吸收功率的计算电源频率可从几十 ——圆柱导体的直径以——导体的相对磁导率 ——金属的电阻率 ——流过线圈的电流频率后——小于 的修正系数 它是 的函数。上式说明 值越接近 得到的 就越大 即加热效率越高。为了提高效率 就必须增大 艿。印刷包装厂有污染吗一般用 感应加热的最低频率与热压模具直径的平方成反比。中频电源的控制原理和调节方式中频电源的主电路是由整流器、滤波电路、逆变器、负载组成 如图 所示。整流器在控制系统的作用下将 的三相工频交流电经过整流变成直流电 直流再经过滤波 送到逆变器。逆变器是感应加热装置中不可缺少的组成部分 章绪论作频率和输出功率决定了装置的频率和功率。印刷包装盒价格计算公式三相交流电源整流滤波逆变加热负载图中频感应加热控制原理图在感应加热中 中频电流通过感应线圈把能量输送给负载 而感应线圈往往是逆变器中的组成部件。实际生产中 为了提高功率因数 需要由补偿电容器向感应加热线圈提供无功能量。因电容器与感应线圈的连接方式不同 构成了性能差异的各种逆变器。在本课题的研究中 对温度的调节是通过调节中频加热电源的方式。即 根据设定的温度值 通过反馈对中频电源的功率调节来控制加热温度以及加热功率。 中频感应加热电源控制方法中频感应加热电源系统璐’的控制电路经历了由模拟控制到数字控制、计算机网络控制 由定时控制到实时在线控制 由硬件一对一的装置控制到软件一对多的装置控制的发展。对于较大的感应加热装置或者复杂的加热系统则常采用 或计算机网络构成的计算机网络化控制。随着电力电子技术和控制技术的发展也逐渐将现代控制理论引入到在感应加热电源的控制领域装置中去 为控制方法提供更加广阔的发展空间。对于中频感应加热电源 目前控制方式大多为模拟控制电路。但是模拟控制电路存在着一些明显的缺点 比如 触点多 可靠性低 对一些元件的工艺性要求高。由于采用的是模拟器件 电路一旦成品 元件的参数就不能再进行修改 灵活性不高。而数字控制系统在这些方面就显得较先进、灵活 修改参数很方便。在保证程序可靠的前提下 运行要比模拟系统可靠 反而成本相对较低。但是在沈阳理一 大学硕十学位论文控制上 大量采用的是歼环控制或简单的限流限压单闭环控制方式 动态响应较慢 超调量大 稳定性较差 而且不能克服电网波动和负载扰动的影响 大大降低了感应加热电源的可靠性 影响了其运行性能。由 、印刷包装厂有污染吗单片机、 等微处理器控制的闭环控制系统 较易采集现场的电压、电流、频率、温度等物理信号 并可以根据这些原始采集值计算出功率、相位角、功率因数、能耗等实际数据。在这些数据的基础上 可实现控制数据的数字显示 便于监视 并且可以利用这些数据 通过设计或者系统的改型 实现比较复杂的闭环控制 如电流闭环控制、功率闭环控制、温度闭环控制等。视实际情况需要而定。而且 这类闭环控制系统利用微处理器的独特运算功能 能在事先设定的条件下 实现复杂加工工艺和生产控制 极大地提高了控制的灵活性。在本课题中 采用的是可编程逻辑控制器对中频电源闭环控制。如图 所示 中频热压机温度控制原理框图中频热压机的压力控制中频热压机的压力控制 也是本课题设计的重点 在前文已经提及 压力也是影响热压烧结产品质量的重要因素之一。在本文压力控制系统的设计中 考虑到中频热压机在工作过程中压力控制的特性 决定采用电液比例控制方法 利用比例压力阀系统调节压力。电液系统调节压力时 通过 程序对系统压力进行控制。 液压系统液压系统的主要组成 章绪论动力装置。向液压系统提供具有一定压力的液体流量 它将原动机输入给它的机械能转换成液体的压力能。在系统里主要指的是液压泵。 执行机构。液压系统的执行机构包括液压马达和液压缸 液压马达的作用是把液体的压力能转换成旋转形式的机械能 液压缸则是把流体的压力能转换成直线运动的机械能。 控制调节装置。指控制液流的方向、流量、和压力等的各种阀件。如电磁换向阀、节流阀、溢流阀等。 辅助装置。用于液压介质的储存 过滤传输以及对液压参量进行测量和显示等的元件都属于辅助装置 也叫附件。液压系统中的附件主要有油箱、滤油器、管件、密封件、加热器、冷却器、压力表等。 工作介质。工作介质主要是液压油。液压传动装置工作平稳 响应快 可频繁启动、制动和换向 而且 液压系统的流量可实现连续调节。 电液控制系统液压传动与电控技术集合在一起口 系统可充分发挥二者的优势 设计功能强大可靠的电液控制系统。其特点是以电气信号为输入、液压信号为输出形成闭环控制。电气信号方便处理、测量、转换、放大、和校正 而且液压信号输出功率大 响应速度快 且其执行机构具有惯性环节小等优点。电液相结合所组成的电液控制系统具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、维护方便等优点。按照电液控制阀的选择可以分为电液伺服和比例控制。电液伺服阀即是电液转换元件 又是功率放大元件 它能将微小的电信号转换成大功率的液压能 流量和压力 输出 其性能的优劣对系统的影响很大。因此 电液伺服阀成为电液控制系统的核心。电液比例阀简称比例阀 由电一机械比例转换装置和液压阀本体两部分组成。前者将输入的电信号连续地按比例地转换成机械力或者力矩输出 后者把这种力或是力矩转成液压参量。由于比例阀和电子控制装置结合在一起 可以十分方便的将各种输入信号转化为液压信号。比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀 它可以接受电信号的指令 连续地控制液压系统的压力、流量等参数 使之与输入电信号成比例地变化。既可以用于开环系统中实现对液压的遥控 也可以作为信号转换与放大元件用丁二闭环控制系统。

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