石膏配比設(shè)備設(shè)計(jì)與研究

何運(yùn)麗，肖 建，孟凡召，王銀龍

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，人們對(duì)美好生活的追求和向往，生活中開(kāi)始使用各種制作工藝精美的陶瓷產(chǎn)品[1]。制作陶瓷產(chǎn)品泥坯需要用到石膏模具，以往由人操作完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且配比不精準(zhǔn)，導(dǎo)致所生產(chǎn)的石膏模具質(zhì)量不齊、產(chǎn)品周期長(zhǎng)等[2]。隨著社會(huì)人口的增加，市場(chǎng)對(duì)陶瓷產(chǎn)品需求量也日益增大，對(duì)制作陶瓷產(chǎn)品的所需的石膏模具需求量很大，而且石膏模具在使用幾百次后需要更換，故對(duì)于石膏配比設(shè)備的需求很高。

衛(wèi)生陶瓷造型復(fù)雜，其成形方法基本上都是采用注漿的方法。由于衛(wèi)生陶瓷體積大、坯體厚、模塊多、吸漿時(shí)間長(zhǎng)，因此石膏模具的質(zhì)量直接影響陶瓷泥坯的產(chǎn)品質(zhì)量[3]。石膏模具是由石膏粉和水按一定比例配比，然后通過(guò)攪動(dòng)形成漿狀，再快速倒入成型母模內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間形成。石膏模具生產(chǎn)廠(chǎng)家主要根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)，來(lái)制定出石膏模具的主要參數(shù)，比如石膏模具的初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、抗折強(qiáng)度、吸水率、結(jié)晶含水量、吸水速度等[4]。其中石膏模具的兩個(gè)主要的參數(shù)指標(biāo)就是初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。在同等質(zhì)量石膏粉的條件下，影響石膏模具成型的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間的關(guān)鍵因素是石膏粉和水的比例[5]。

1 原理設(shè)計(jì)

本設(shè)備可根據(jù)工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要確定儲(chǔ)料筒的容積，從而減少人員上料次數(shù)。PLC程序控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)將石膏粉運(yùn)送至配料桶，控制電磁閥啟停加水，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確配比，從而實(shí)現(xiàn)石膏配比的自動(dòng)化，進(jìn)而達(dá)到精確化、高效化生產(chǎn)，節(jié)省人力物力。原理如圖1所示。

圖1 石膏自動(dòng)配比設(shè)備工作原理圖

送水機(jī)構(gòu)將水送入配料桶內(nèi)：當(dāng)PLC檢測(cè)到重量傳感器發(fā)送的重量值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，向執(zhí)行器發(fā)送電信號(hào)，將電磁閥關(guān)閉，停止送水。

送粉機(jī)構(gòu)將石膏投入配料倉(cāng)：通過(guò)PLC控制電機(jī)啟動(dòng)，送粉機(jī)構(gòu)將石膏粉送入配料桶內(nèi)，當(dāng)PLC程序檢測(cè)到重量傳感器發(fā)送的信號(hào)達(dá)到設(shè)定的粉與水混合的預(yù)設(shè)值時(shí)，向執(zhí)行器發(fā)送信號(hào)控制送粉機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。

攪拌：最后把配料桶推到攪拌機(jī)下，攪拌均勻獲得合適配比的石膏漿。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該設(shè)備由控制裝置、檢修平臺(tái)、配粉機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重機(jī)構(gòu)及攪拌機(jī)構(gòu)等組成。根據(jù)企業(yè)不同的產(chǎn)量需求，通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)不同容量的儲(chǔ)料倉(cāng)、攪拌桶和電機(jī)、稱(chēng)重機(jī)構(gòu)、氣缸等選型，以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 石膏配比設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備結(jié)構(gòu)主要包括儲(chǔ)料桶、配粉桶、配粉蛟龍、稱(chēng)重裝置、攪拌機(jī)、配粉機(jī)框架、電控柜等。

通過(guò)叉車(chē)把裝有石膏粉的噸包運(yùn)送至輸送電動(dòng)葫蘆的下方，通過(guò)電動(dòng)葫蘆將噸包升起至配料粉倉(cāng)上方，通過(guò)人力手動(dòng)將噸包下方口打開(kāi)，石膏粉在自身的重力作用下自然下落到配粉料倉(cāng)內(nèi)。待配比的石膏粉儲(chǔ)存在儲(chǔ)料桶中，在其底部有出料口；送水機(jī)構(gòu)與其配粉桶相連，將所需要的水輸送到配粉桶內(nèi)；送粉機(jī)構(gòu)與配粉料倉(cāng)的出料口相連送，進(jìn)而將儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的石膏粉輸送到配粉桶內(nèi)；配粉桶主要用于粉與水的充分混合；稱(chēng)重裝置設(shè)置在底部，主要由重量傳感器和外殼組成，其稱(chēng)重傳感器用于檢測(cè)及反饋配粉桶內(nèi)粉和水的重量。控制裝置負(fù)責(zé)接收來(lái)自重量傳感器送出的電信號(hào)來(lái)分析進(jìn)而控制送粉機(jī)構(gòu)及送水機(jī)構(gòu)的運(yùn)行或停止。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石膏模具配比裝置的控制系統(tǒng)，包括人機(jī)界面、傳感器、電磁閥、電機(jī)、PLC控制系統(tǒng)等幾部分。PLC控制系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)量I/O模塊，模擬量I/O模塊等幾部分組成，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算、A/D轉(zhuǎn)換等功能以及輸入信號(hào)、反饋信號(hào)的處理、電磁閥、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。PLC系統(tǒng)是整個(gè)裝置的控制核心，并配EEPROM存儲(chǔ)卡使PLC程序可以掉電保護(hù)，計(jì)算機(jī)與PLC通過(guò)RS-232接口進(jìn)行連接，用計(jì)算機(jī)作為編程器[6]。通過(guò)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)，控制電機(jī)啟停、加水裝置開(kāi)閉。

該稱(chēng)重傳感器使彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

在PLC輸入裝置中，將重力傳感器置零，依據(jù)作業(yè)要求設(shè)置水粉配比，如水50kg粉100kg。啟動(dòng)開(kāi)啟儲(chǔ)存水桶的電磁閥，通過(guò)送水機(jī)構(gòu)給空桶送水，當(dāng)水達(dá)到設(shè)置時(shí)的重量50kg時(shí)，重量傳感器會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸送到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)而關(guān)閉送水電磁閥。儲(chǔ)存水桶連接著水管，其內(nèi)含有的浮球閥，會(huì)根據(jù)用料情況自動(dòng)補(bǔ)水。然后設(shè)備自動(dòng)開(kāi)啟送料機(jī)構(gòu)的電機(jī)，將粉輸送到配料桶內(nèi)，當(dāng)重量達(dá)到150kg時(shí)，電控系統(tǒng)接收重量傳感器發(fā)送的信號(hào)，關(guān)閉送料電機(jī)，完成所設(shè)置的自動(dòng)配粉，裝在配料桶上的重力傳感器精度可達(dá)±0.05kg。

2.3 控制系統(tǒng)樣機(jī)模型

通過(guò)電控柜操作面板設(shè)定每次的配比，也可以提前存儲(chǔ)好配方，選定石膏粉的配比，如圖3所示。電控柜內(nèi)部圖如圖4所示。

圖3 主界面

圖4 電控柜內(nèi)部圖

同時(shí)可對(duì)重量傳感器進(jìn)行參數(shù)校正，如圖5所示。通過(guò)PLC控制，可以精確地控制加粉與加水的量，從而達(dá)到精確配比。

圖5 參數(shù)校正

3 總結(jié)

傳統(tǒng)的人工配比時(shí)耗費(fèi)時(shí)力，而且每次配比不精確，進(jìn)而導(dǎo)致了生產(chǎn)出的石膏模具質(zhì)量參差不一，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。為了防止這類(lèi)問(wèn)題再次出現(xiàn)，由此我們的石膏配比設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)石膏模具生產(chǎn)行業(yè)要求的特點(diǎn)，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)配比精確、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率等目標(biāo)。