可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置
阅读说明：本技术 可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置 (Production control device capable of adjusting diameter of basalt fiber ) 是由 楼狄明 余玉麟 赵克勤 姜耀 谭丕强 房亮 张允华 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置。包括动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置和ECU控制单元,所述动力装置和离心拉丝装置连接,所述原料输送装置设置在离心拉丝装置的上方,所述ECU控制单元分别与动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置连接。本发明根据当前玄武岩纤维生产装置的运行参数和输入指令实时调控玄武岩纤维生产装置的运行状态,切换工作模式；通过改变离心拉丝装置工作转速和球阀开度来调控玄武岩纤维生产直径和生产效率。与现有技术相比,本发明能够对玄武岩纤维直径进行可控调节,大大提升了玄武岩纤维生产装置的使用寿命。(The invention relates to a production control device capable of adjusting the diameter of basalt fibers. The wire drawing machine comprises a power device, a raw material conveying device, a centrifugal wire drawing device and an ECU control unit, wherein the power device is connected with the centrifugal wire drawing device, the raw material conveying device is arranged above the centrifugal wire drawing device, and the ECU control unit is respectively connected with the power device, the raw material conveying device and the centrifugal wire drawing device. The method comprises the steps of regulating and controlling the running state of the basalt fiber production device in real time according to the running parameters and input instructions of the current basalt fiber production device, and switching the working modes; the production diameter and production efficiency of basalt fibers are regulated and controlled by changing the working rotating speed of the centrifugal wire drawing device and the opening of the ball valve. Compared with the prior art, the device can controllably adjust the diameter of the basalt fiber, and greatly prolongs the service life of a basalt fiber production device.)
技术领域
本发明涉及玄武岩纤维生产设备技术领域，尤其是可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置。
背景技术
玄武岩纤维是一种天然环保的材料，是通过加工酸性玄武岩获得的，其生产工艺线路短、几乎不产生“三废”，在所有高技术纤维的生产中能耗是最低的，它是一种典型的资源节约型、环境友好型的绿色高技术纤维。具有高强度、高模量、耐高低温、耐化学腐蚀性、抗紫外线、吸湿性低、隔音隔热、耐环境性能优良等性能特点。可广泛用于土建交通、能源环保、汽车船舶、航空航天、石油化工以及武器装备等领域。
玄武岩纤维生产工艺包括选料、磨料、熔融和拉丝四个阶段。国内的拉丝工艺主要采用铂铑合金漏板牵引、拉丝成纤维。漏板孔目数影响玄武岩纤维生产效率，同时玄武岩纤维拉丝直径由漏板中通孔直径大小决定。现有资料表明，现有玄武岩生产所用的漏板以单底漏板为主，生产效率低，且只能生产固定直径的玄武岩纤维，由于工作环境恶劣，长期受高温热应力和切应力影响，漏板容易产生蠕变，从而影响通孔形状直径，成丝质量得不到保证，使用寿命不长。所以如何保证玄武岩纤维的生产效率和生产质量，灵活改变成丝直径，提高设备的使用寿命是重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置，目的是能灵活调节玄武岩纤维的生产直径，提高玄武岩纤维生产装置的使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置，包括：动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置和ECU控制单元4，所述动力装置和离心拉丝装置连接，所述原料输送装置设置在离心拉丝装置的上方，所述ECU控制单元4分别与动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置连接。
进一步地，动力装置包括电机1、第一传动轴2及第一锥齿轮3、第二传动轴及6第二锥齿轮5；所述电机1作为动力源连接第一传动轴2，第一传动轴2和第一锥齿轮3通过销键连接固定，第一锥齿轮3和第二锥齿轮5为直齿锥齿轮垂直啮合，从而改变动力扭矩传输方向。
进一步地，离心拉丝装置为一体化结构，包括第二锥齿轮5、第二传动轴6和离心圆盘7。
进一步地，原料输送装置包括均化池11、输送管道10及球阀9。均化池11用于熔融玄武岩原料，输送管道10用于输送熔融玄武岩，球阀9控制输送管道10的开度。均化池11的工作温度保持在1400℃以上，从而能够完全熔融均化玄武岩。输送管道10连接于均化池下壁，有一定的倾斜角度，安装于输送管道10中球阀9通过ECU控制单元4进行控制，根据工作状态灵活调节球阀9的开度，从而改变玄武岩熔融液供给量。
进一步地，离心圆盘7上部开有接料槽105，接料槽105底部连接4个连通管道106，所述连通管道106同时和旋转槽107连接，旋转槽107底部开设有出料管道108；离心拉丝装置中心区域开有中心管道102，数据线束101安置在中心管道102内。接料槽105用以接收玄武岩熔融液，接料槽105底部连接4个连通管道106，旋转槽107用来储存玄武岩熔融液，旋转槽底部开通8个出料管道，离心圆盘7底部为圆形托盘结构，玄武岩熔融液由出料管道108流出至离心圆盘7边缘，由离心力甩出成丝。
进一步地，离心拉丝装置还包括电阻丝103和温度传感器104；电阻丝103包裹在接料槽105、连通管道106、旋转槽107外层和出料管道108。
电阻丝103能够对槽道管道进行加热，保证玄武岩熔融液的温度，数据线束101的作用是反馈温度传感器104的信号，ECU控制单元4做出精准调控策略后，再由数据线束101传输执行信号给电阻丝103。
ECU控制单元4能实时获取电机1的速度信息，球阀9的开度信息，温度传感器104的信号和输入指令，用于判断离心拉丝装置的工作状态，并根据反馈信息及输入指令及时调整运行策略，如改变电机1转速，改变球阀9开度，开启或关闭电阻丝103的加热模式。
离心拉丝装置包括以下四种工作模式：
开机预热模式：球阀9处于关闭状态，电阻丝103开启加热状态，由温度传感器104实时监测离心拉丝装置内部接料槽105和对应管道温升。
工作模式：当所述离心拉丝装置内部接料槽105和对应管道达到1400℃以上时，自动跳转为工作模式，此时球阀9开启，电阻丝103停止加热，电机1开启，离心拉丝装置开始旋转。
清洁模式：完成工作任务后，球阀9关闭，停止玄武岩熔融液的供给，电阻丝103开启加热状态，此时电机1继续工作，离心拉丝装置继续旋转，清除内部管道残余的玄武岩熔融液，此模式运行持续时间设定为5分钟。
关机模式：清洁模式结束后，球阀9关闭，电阻丝103停止加热，电机1关闭。
进一步地，玄武岩纤维直径计算公式为：
式中，为玄武岩纤维直径um，为离心圆盘7半径，为电机1转速r/min，代表第二锥齿轮5的分度圆锥母线与中心轴线的夹角，为比例系数。
当输入目标玄武岩纤维直径参数后，根据上述公式进行计算得出所需要目标电机1转速。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
本发明采用内部进料离心拉丝的方式生产玄武岩纤维，设有生产控制装置，能够对离心拉丝装置内部进料管槽进行精确的温度控制，有效避免了玄武岩熔融液冷却固化，保证了生产过程的连续性及稳定性；ECU控制单元4能通过控制电机1的转速，改变离心圆盘7的离心力大小，从而灵活控制玄武岩纤维成丝直径，通过球阀9开度来控制原料供给，并精确调控生产效率。
不同于传统的漏板拉丝生产工艺，本发明所使用的离心拉丝装置采用内部进料，均匀出料的方式，最大可能保证了装置的温度一致性，减小热应力对装置的影响，同时完全消除拉伸切应力的影响，大大提高了玄武岩纤维生产装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置原理图；
图2为离心拉丝装置示意图；
图3为离心拉丝装置立体图；
图4为离心拉丝装置A、B、C方向剖视图；
图5为本发明一种玄武岩纤维直径可控调节系统流程图。
附图标记：
1、电机，2、第一传动轴，3、第一锥齿轮，4、ECU控制单元，5、第二锥齿轮，6、第二传动轴，7、离心圆盘，8、纤维岩纤维丝，9、球阀，10、输送管道，11、均化池，101、数据线束，102、中心管道，103、电阻丝，104、温度传感器，105、接料槽，106、连通管道，107、旋转槽，108、出料管道，109、托盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
参阅图1，可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置，包括：动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置和ECU控制单元4，所述动力装置和离心拉丝装置连接，所述原料输送装置设置在离心拉丝装置的上方，所述ECU控制单元4分别与动力装置、原料输送装置、离心拉丝装置连接；
动力装置，包括电机1、第一传动轴2及第一锥齿轮3、第二传动轴及6第二锥齿轮5；原料输送装置包括用于熔融玄武岩原料的均化池11、熔融玄武岩输送管道10及控制输送管原料道开度的球阀9；
电机1作为动力源连接第一传动轴2，第一传动轴2和第一锥齿轮3通过销键连接固定，第一锥齿轮3和第二锥齿轮5为直齿锥齿轮垂直啮合，从而改变动力扭矩传输方向；
离心拉丝装置为一体化结构，包括第二锥齿轮5、第二传动轴6和离心圆盘7。
均化池11的工作温度保持在1400℃以上，从而能够完全熔融均化玄武岩。输送管道10连接于均化池11下壁，有一定的倾斜角度，安装于输送管道中球阀9通过ECU控制单元4进行控制，根据工作状态灵活调节球阀9开度，从而改变玄武岩熔融液供给量。
参阅图2~4，离心圆盘7上部开有接料槽105，用以接收玄武岩熔融液，接料槽105底部连接4个连通管道106，连通管道106同时和离心圆盘7内部的旋转槽107相连接，旋转槽107用来储存玄武岩熔融液，旋转槽107底部开通8个出料管道108，离心圆盘7底部为一圆形托盘109，玄武岩熔融液由出料管道流出至圆形托盘109上边缘，由离心力甩出成丝。
参阅图2~4，离心拉丝装置内部还包含电阻丝103、温度传感器104和数据线束101，离心拉丝装置中心区域开有中心管道102，用来安置数据线束101，电阻丝103包裹在接料槽105、连通管道106、旋转槽107外层和出料管道108，电阻丝103能够对接料槽105、连通管道106、旋转槽107外层和出料管道108进行加热，保证玄武岩熔融液的温度，数据传输总线101的作用是反馈温度传感器104信号，ECU控制单元4做出精准调控策略后，再由加热总线101传输执行信号给电阻丝103。
参阅图1和图2，所述ECU控制单元4，能实时获取电机1速度信息，球阀9开度信息，温度传感器104信号和输入指令，用于判断离心拉丝装置的工作状态，并根据反馈信息及输入指令及时调整运行策略，如改变电机1转速，改变球阀9开度，开启或关闭电阻丝103的加热模式。在ECU控制单元4调控下的可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置存在以下工作模式：
开机预热模式：球阀9处于关闭状态，电阻丝103开启加热状态，由温度传感器104实时监测离心拉丝装置内部接料槽105和对应管道温升。
工作模式：当所述离心拉丝装置内部接料槽105和对应管道达到1400℃以上时，自动跳转为工作模式，此时球阀9开启，电阻丝103停止加热，电机1开启，离心拉丝装置开始旋转。
清洁模式：完成工作任务后，球阀9关闭，停止玄武岩熔融液的供给，电阻丝103开启加热状态，此时电机1继续工作，离心拉丝装置继续旋转，清除内部管道残余的玄武岩熔融液，此模式运行持续时间设定为5分钟。
关机模式：清洁模式结束后，球阀9关闭，电阻丝103停止加热，电机1关闭。
参阅图1和图5，可调节玄武岩纤维直径的生产控制装置的工作模块可以分为信息接收模块、判断模块和执行模块：
信息接收模块包括输入面板和内部反馈单元，输入面板接收外界指令，并传输给ECU控制单元4；内部反馈单元接收生产装置运行状态参数，如电机1转速、离心拉丝装置内部接料槽105及对应管道温度和球阀9开度信息，并传输给ECU控制单元4。
判断模块根据内部反馈单元所传输的信息，判断离心拉丝装置所处的工作模式。
执行模块ECU控制单元4根据信息接收模块和判断模块的信息进行计算后发出相应的控制信号，如改变电机1转速、球阀9开度。
更加优选地，控制系统具有协同调节的能力，接收模块接收离心拉丝装置的参数信息，经由判断模块判断离心拉丝装置所处的工作模式，若检测到开机预热模式已完成，切换为工作模式时，即开机预热模式完成标准是电阻丝103处于关闭加热状态，电机1处于工作状态，球阀9打开时，则满足玄武岩纤维直径可控调节条件，输入面板为可用状态，可输入目标玄武岩纤维直径参数，由执行模块进行计算后，进而调整对应的电机1转速，从而达到控制玄武岩纤维直径的目的；也可输入生产原料调节参数，由执行模块调节球阀9开度，达到对玄武岩熔融液供给量的控制。若检测到离心拉丝装置不处于工作模式，则输入面板显示为不可用状态。
进一步地，所述玄武岩纤维直径计算公式为：
式中，为玄武岩纤维直径um，为托盘半径，为电机转速r/min，代表第二锥齿轮5的分度圆锥母线与中心轴线的夹角，为比例系数。
当输入目标玄武岩纤维直径参数后，执行模块根据上述公式进行计算得出所需要目标电机1转速，并发出相应的控制指令。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
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