一种模头及供料系统在线清洗装置的设计说明书

模头及供料装置在线清洗装置的设计Design of on-Line Cleaning Device for Touch摘要：在节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则上，进行模头与供料装置的在线清洗装置的设计。通过对国内外技术调查取样分析,为装置关键部件和试验研究等层面提供性能依据，主要对清洗罐，废水罐进行设计，对螺杆泵进行选型及其计算校核；本设计是结合压力罐提供压力来对装置进行清洗，减少了对模头的拆卸次数，大大提高了生产效率。关键字：模头 清洗装置 螺杆泵 废水系统 设计 IAbstract:On the principle of saving materials, low cost, simple and safe, and high efficiency, the design of the online cleaning device of the die head and the feeding device is carried out. Sampling and analysis of technical surveys at home and abroad provide performance basis for the key components of the device and experimental research, mainly design cleaning tanks, wastewater tanks, type selection and calculation check of screw pumps; this design is combined with pressure tanks Provide pressure to clean the device, reduce the number of disassembly of the die head, and greatly improve production efficiency.Key words:Die head Cleaning device Screw pump Wastewatersystem DesignII目录1 绪论11.1 研究背景11.2 国内研究现状11.2.1 锂离子电池涂布机模头清洗装置11.2.2 流延机模头清洗装置21.3 国外研究现状31.3.1 涂布线模头清洗机构31.3.2 一种涂布模头冲洗机构41.3 研究主要内容51.4 研究主要方法52 总体方案确定72.1 确定整体机械方案72.2 清洗罐的设计72.2.1壁厚的确定72.2.2 封头厚度设计82.2.3水压试验及强度校核82.3清洗罐部件的选取82.3.1 储罐支座82.3.2 罐体质量92.3.3 水的质量92.3 压力罐设计92.4.1 格栅设计102.4.2 过栅水头损失113废水系统总体设计123.1 污水泵的设计123.2 绘制水泵一的单泵及并联特性曲线123.3 绘制水泵二的单泵及并联特性曲线133.4 确定总体设计方案143.5 水泵机组基础尺寸的确定163.6 水泵机组外形尺寸及安装尺寸173.7 废水池容积校核19结论21参考文献22致 谢24ii1 绪论1.1 研究背景本课题来源于生产实践。随着时代的发展，新能源行业显的愈发重要。新能源电池的应用也越来越广泛。这也就要求其自动化程度更高，生产效率更高，品质更好。对于涂布工序来说模头和供料系统非常重要。现阶段涂布每次涂完一批料之后都要对模头以及供料系统进行拆卸，并送到清洗间进行清洗。清洗完成之后还要再将其安装，耗费大量的时间和精力。针对这一现象，进行此装置的设计和可行性分析，现如今各行各业都存在竞争，要想在竞争中胜出，创新必不可少。这套装置的设计，可以节省大量的时间、解放劳动力、提升生产效率。现阶段涂布工序正负极的A、B头都有模头及供料系统，每次涂完之后都要对其进行拆卸和清洗，拆完一条线所需的时间大约就需要一天时间，非常耗费时间。拆卸完成后还要送到清洗间清洗，有的时候清洗间还不能彻底清洗干净，还需要生产人员及设备人员进行二次清洗。完成方案的设计，在生产结束之后可以不用对模头及供料系统进行拆卸清洗，可以在原来的设施上加上自清洗装置达到自动清洗的目的。每次装线完成后，如果将模头和供料系统的一些配置安装错误，就会对生产出来的极片产生极大的影响。对于负极来说可能就会产生气泡、划痕、裂纹，甚至漏箔等一些异常。对于正极就可能产生虚边过大、混料、锯齿状点胶不良等异常。又要花时间来调试，调试不成功的话又要对模头进行拆卸，还要花费更多的时间。自清洗装置可以减少拆卸模头及供料系统的次数，从而减少了异常因素，更能有效的提高生产效率和质量。1.2 国内研究现状1.2.1 锂离子电池涂布机模头清洗装置图1.1所示为一种新型锂离子电池涂布机模头清洗工装，设计一种锂离子电池涂布机模头与供料系统在线清洗装置，要求载体呈推车状，所述载体有若干横梁构成，载体顶端的两根横梁上装有缓冲层，所述缓冲层下端设有清洗液收集仓，清洗液收集仓内部装有过滤网，所述清洗液收集仓侧面装有排污阀。采用上述结构后，进行一种锂离子电池涂布机模头与供料系统清洗工装与现有技术相比较，能够大大提升工作效率从结构上来看，有利于清洗废液的回收和模头的快速干燥，同时也方便模头的转运。 1缓冲层、2为排污阀、3为压缩气接口、4为折叠把手、5为过滤网、6为清洗 液收集仓、7为托杆、8为升降板、8-1为钢针、9为托板、10为丝杆、11为伺服电机、12为载体、13为转运滑轮。图1.1 锂离子电池涂布机模头清洗装置1.2.2 流延机模头清洗装置图1.2所示为一种新型流延机模头清洗装置，该清洗工装包括：支架、直线导轨。直线导轨成对平行安装在支架台面上；减速电机安装在一个固定侧板上，通过链轮传动驱动旋转轴；模头固定件，模头固定件安装在旋转轴上，可随着旋转轴转动，用于固定模头；滚珠丝杆组，固定安装在支架上，与固定侧板间的连接杆通过丝杆连接件连接，通过安装在滚珠丝杆组上的手轮推动丝杆运动，使得固定侧板能够在直线导轨上移动。1模头固定件、2紧螺栓、3固定侧板、直线导轨、5支架、6手轮、7丝杆连接件、8减速电机、9链轮传动装置、10滚珠丝杆组、11旋转轴、12连接杆、13模头A、14模头B。图1.2 流延机模头清洗装置1.3 国外研究现状1.3.1 涂布线模头清洗机构图1.3为一种国外涂布线模头清洗机构，改机械装置包括摩擦装置，摩擦装置的上端固定连接有清洗机构；摩擦装置包括底座、导向槽、电动机、转盘、推杆、通槽杆、通槽、移动座、钢丝刷和导向座，当需要对模头27进行清洗工作时，先向上移动滑杆22，滑杆22沿方形柱21向上滑动，箱体24向上滑动，然后将模头27与箱体24的卡槽26卡接，然后 再向下移动滑杆22，箱体24向下移动，模头27向下移动，直至插入钢丝刷19内，按住箱体24，然后启动水泵28的开关，水泵28工作，水流依次经过软管29、水泵28、金属管210、箱体24和喷水孔25，对钢丝刷19和模头27进行喷水工作，然后启动电动机13的开关，电动机13工作，且带动转盘14转动，转盘14带动推杆15转动，推杆15带动通槽杆16移动，使得通槽杆16做前后往复移动，带动移动座18做往复移动，移动座18带动导向座110在导向槽12内做往复移动，钢丝刷19做往复移动，对模头27进行摩擦，将模头27表面的附着物擦除，清洗效率进一步提高了。1摩擦装置、2矩形块、11底座、12导向槽、13电动机、14转盘、15推杆、 16通槽杆、17通槽、18移动座、19钢丝刷、110导向座、2清洗机构、21方形柱、22滑杆、23方形 槽、24箱体、25喷水孔、26卡槽、27模头、28水泵、29软管图1.3 涂布线模头清洗装置1.3.2 一种涂布模头冲洗机构一种涂布模头冲洗机构，包括涂布溶液容器，清洗溶液容器，两个容器引出的管线经由一个进液二位三通阀汇成一根管线，再与泵连接引到另一个出液二位三通阀，继而引出两根管线，其中一根管线引到涂布模头， 另一根管线引到外部喷嘴，外部喷嘴的射流方向对准涂布模头的模唇，泵引出涂布溶液或清洗溶液，当进液二位三通阀3推至最右端，出液二位三通阀5推至最右端，计量泵4工作，将清洗溶液经过管路从外部喷嘴7喷出。外部喷嘴7对着涂布模头6的模唇方向，将涂布模头6 的模唇周边沾染的涂布溶液进行清理。喷嘴固定架8固定住外部喷嘴7，使外部喷嘴7长时间 对准涂布模头6的模唇进行清理。外部喷嘴7可从喷嘴固定架8拆卸下，由于连接外部喷嘴7 的管线为柔性软管，人员可以把握住嘴手持部9任意调整外部喷嘴7方向和位置，对涂布机 各个部位进行清洗。外部喷嘴具备机械自由度，可以涂布机其 他部位进行清洗，利用间接的清洗系统进一步提高清洗效率，扩大对模头的清洗区域。1-涂布溶液容器；2-清洗溶液容器；3-进液二位三通阀；4-计量泵；5-出液二位三 通阀；6-涂布模头；7-外部喷嘴；8-喷嘴固定架；9-喷嘴手持部图1.4 涂布模头冲洗机构1.3 研究主要内容初步拟定装置的流程与具体的研究方向，尽量避免过程中发生的问题。根据国内外研究现状，进而确定整个设计的方案大纲，要求结构简单、造型美观。选定基本的方案，对机构整体等进行分析。选择最终方案，绘制成精细的外形和效果图标注尺寸，主要设计包括以下几个方面：（1）清洗罐的容量。（2）压力罐的压力。（3）废水罐的压力。（4）清洗效率。（5）水泵的外形尺寸。1.4 研究主要方法（1）文献法：查询与该主题研究有关的一定数量的中文和英文资料，就需要现代文献检索系统和能够检索互联网文献的能力，认识到模头清洗装置工作原理和运动原理，以及清洗装置机械传动关键部件的参数选择和设计；（2）调查法：调查国内外现有模头清洗装置的结构设计实例，了解国内外行业的发展状况，为接下来具体机械结构的设计做铺垫。（3）模拟法：通过使用3D建模平台组装零件，创建出具体模头清洗装置的模型，然后用于研究机械模型的一些基本特征。2 总体方案确定 2.1 确定整体机械方案如图2.1为总体设计方案，该设计方案为模头及供料的自动清洗装置，是为了减少时间的损失，提高生产质量和生产效率。用清洗罐连接压力罐1，再连接模头，压力罐1提供压力的同时清洗剂会清洗模头；压力罐2提供压力使清洗剂来回清洗，清洗完成结束将链接压力罐的阀门关闭，使污水流进废水罐内完成清洗。图2.1 总体机械装置2.2 清洗罐的设计2.2.1壁厚的确定根据机械设计相关壁厚公式3 （2.1） (2.2)由于添加的清洗剂具有一定的轻微腐蚀性，腐蚀裕量查取C2=2mm(C21mm)涉及厚度为根据，由钢板厚度负偏差得：C1=0.25mm；故取名义厚度壁厚取整为5mm；确定选用壁厚为5mm得06Gr19Ni10高合金钢板制作罐体。2.2.2 封头厚度设计根据公式5 (2.3)焊接接头的焊接系数取=1，钢板最大宽度定为3m，清洗罐直径为1m。于是封头厚度取C=C1+C2=0.25+2=2.25mm故+C=1.1+2.25=3.35mm圆整后取，确定选用=5mm厚的06Gr19Ni10制作封头2.2.3水压试验及强度校核先按公式确定水压试验时的压力6为PT=1.25P=1.250.3=0.375Mpa查表得： 根据式; (2.4)则 而 因为，所以水压实验强度足够。2.3清洗罐部件的选取2.3.1储罐支座M=m1+m2+m3+m4 （2.5） m1-罐体质量 m2-封头质量 m3-液氨质量 m4-附件质量根据已知条件：M=m1+m2+m3+m4=148+52+200+50=450KG2.3.2 罐体质量 =5mm， L=1200的筒节 (2.6)2.3.3水的质量 式中： 装量系数 水密度 V容器体积 装量系数取=0.977储罐容积V=2V封+V筒 （2.7） 清洗罐中的水在-20的密度为665kg/ m3 则容积质量m32.3 压力罐设计2.3.1 压力罐选型压力罐的可调容积与罐体的容积以及高压和低压之间的差成正比。 不同的压力罐具有不同的可调容积系数，并且可调容积的计算更加复杂。通常，可以根据以下经验公式估算类型选择：Q = L / t * K，其中Q为压力罐的容积，单位为升； L是高峰用水期间的每小时用水量，单位是升，t是在水泵高峰时每小时启动泵的次数，通常取6到10；2.3.2 气压罐的总容积V气压罐的总容积一般由机械设计手册可以得知：公式7V= VX(1- b)（2.8）计算。式中：V为气压罐的总容积m3；VX：压力罐总容积；：气压罐的容积系数，取1.10；b：压力罐最低工作压力和最高工作压力之比，取0.8；对于压力罐给水系统，贮水容积为2*5*30=300L；缓冲水容积V1一般不小于20L，稳压水容积V2一般不小于50L。2.3.3压力控制点压力值的计算气压罐设4个压力控制点其中，即启动消防泵的压力值，按下式计算9：P2 =(P1 + 0.098) b - 0.098 （2.9）P1：气压罐最低工作压力点或气压罐充气压力；P2为最高工作压力；P01 = P2 + 0.020.03Mpa （2.10）P02 = P01 + 0.050.06Mpa = P2 + 0.070.09MPa气压罐工作压力比：b = 0.76气压罐总容积：V= VX(1- b) = 1.1(300+20+50)(1-0.76)=1.70m3选用：SQL10000.6气压罐一台气压罐充气压力：P1 =Hmin= Hq+ Hd+ HK+h-H = 0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04 = 0.14(Mpa)最高工作压力：P2 =(P1 + 0.098) b - 0.098 = 0.14 0.76-0.098 = 0.22 (Mpa)稳压泵启动压力：P01 = P2 + 0.020.03Mpa = 0.22+0.020.03 = 0.240.25(Mpa)稳压泵停泵压力：P02 = P2 + 0.070.09Mpa = 0.22+0.070.09 = 0.290.31(Mpa)稳压泵扬程：H = (P01 +：P02 )2 = (0.24+0.39)2 = 0.27 (Mpa)稳压泵流量：Q 5.0L/S 选用40LG12-152水泵两台 一用一备 每台：Q = 4.17L/s，H = 27m，N = 2.2KW2.4 污水泵设计2.4.1格栅设计根据机械设计手册可以得知，选用中格栅， 设过栅流速取v=0.9 m/s，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角=60，栅前水深h=0.5m。则栅条间隙数7n= (2.11)取 n = 46取栅条宽度s=0.01m，则格栅宽度5 （2.12）取进水渠宽,渐宽部分展开角，则进水渠道渐宽部分长度： （2.13）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度： （2.14）取栅前渠道超高，则栅前槽高 （2.15）栅槽总长度： （2.16）2.4.2 过栅水头损失过栅水头损失8 (2.17)式中，过栅水头损失，m； 计算水头损失，m； 重力加速度，9.81； 系数，一般取3； 阻力系数，与栅条断面形状有关，,当为矩形断面时， 3废水系统总体设计3.1污水泵的设计所选方案应为可行方案，所提方案如下表：表1 选泵方案方案编号用水变化范围（m3/ h）运行泵及其台数第一方案选用两台9401台300QW800-15-55940-14002台300QW800-15-55第二方案选用三台7351台250QW600-15-45735-13402台250QW600-15-451340-14003台250QW600-15-45从运行费用方面：方案一，方案二均能满足用水要求，方案一方案扬程利用率较高,而方案二富余扬程多，利用率较低。且在用水量低时，方案二会造成很大的能耗，故方案一较优；从运行方面维护方面看：因为使用的是同种型号（或同样）的水泵，管道附件变化较少，便于施工维护，同时也便于泵的轮换工作，互为工作、备用泵；发展方面：方案一起初采用小叶轮，用水量逐渐增大时，将可改换成大叶轮。同时，也为远期供水预留了水泵位，具有很好扩容的条件；方案一水泵效率高，较节能。3.2绘制水泵一的单泵及并联特性曲线在一定范围去两点相关坐标，用做抛物线法近似代替特性曲线方程，先假设Q-H特性曲线H=Hx-SxQ2，在水泵特性曲线取两点（Q1,H1）和（Q2，H2）代入H=HX-SXQ2,解出Sx和HX，求出Q-H特性曲线方程，用描点法绘出Q-H特性曲线。取点（15，600），（12.9,700）。解出Sx=1.510-5 , HX=20.8，取点列表：表3.1台水泵一Q-H表取点123456789Q（m3/h)0100200300400500600700800H(m)20.820.6420.1819.3818.2416.81512.9810.56表3.2台水泵一并联Q-H表取点123456789Q（m3/h)02004006008001000120014001600H(m)20.820.6420.1819.3818.2416.81512.9810.56表3.3台水泵一并联Q-H表取点123456Q（m3/h)030060090012001500H(m)20.820.6420.1819.3818.2416.8描点法绘图得：图3.1 单泵及并联特性曲线3.3绘制水泵二的单泵及并联特性曲线在高效段范围内去两点坐标，用抛物线法拟合水泵特性曲线方程，先假设Q-H特性曲线H=Hx-SxQ2，在水泵特性曲线取两点（Q1,H1）和（Q2，H2）代入H=HX-SXQ2,解得S和HX值，求出Q-H特性曲线方程，用描点法绘出Q-H特性曲线，取点（15，800），（13.5,900）。解出Sx=8.8210-6 ,HX=20.64表3.4台水泵二Q-H表取点12345678910Q（m3/h)0100200300400500600700800900H(m)20.6420.5520.2919.8519.2318.4417.4616.321513.5表3.5台水泵二并联Q-H表取点12345678910Q（m3/h)020040060080010001200140016001800H(m)20.6420.5520.2919.8519.2318.4417.4616.321513.5描点法绘图得：图3.2 水泵二的单泵及并联特性曲线3.4确定总体设计方案表3.5选泵方案比较表方案编号用水变化范围运行泵及其台数泵扬程（m）所需扬程（m）扬程利用率（%）泵效率（%）第一方案选用两台300QW800-15-55940一台300QW800-15-5512.812.810082.789401400两台300QW800-15-5512.8-16.312.813.78410082.78第二方案选用三台250QW600-15-451020cm3.5.2水泵机组布置污水泵站一般有三种排列方式：图3.6 污水泵站排列方式3.5.3计算局部水头损失 表3.8 局部水头损失计算表序号管件名称管件局部阻力流量Q最大流速v(m)局部水头损失(m)直径系数(m3/h)(m/s)（mm）1喇叭口4000.18503.340.570.0572弯头2个4000.68501.880.180.113渐扩管3004000.138503.340.570.074490弯头2个6001.114851.460.110.125渐扩管4006000.128501.880.180.02166球形伸缩节4000.218501.880.180.0387闸阀4000.078501.880.180.01268止回阀4002.58501.880.180.45990弯头3000.528503.340.570.296.10三通管2个4006001.6214851.460.110.1781.757各管段水头损失为沿程水头损失和局部水头损失之和。再计算总水头损失，即计算A-D管路水头损失，为AB管段、BC管段、CD管段水头损失之和。则水泵所需总扬程：H=10.39+1.92+2=14.31m3.5.4水泵工况点的校核水泵管道特性曲线比阻=1.76/14852=7.98*10-7管道曲线，列出流量与杨程计算表，再描点作图：表3.9 管道特性曲线计算（最低水位）取点123456789Q（m3/h)02004006008001000120014001600H(m)10.3910.4210.5210.6810.9011.1911.5411.9512.43表3.10 管道特性曲线计算（最高水位）取点123456789Q（m3/h)02004006008001000120014001600H(m)8.698.728.828.989.29.499.8410.2510.73画出最低水位和最高水位时的管道、单泵和并联泵的特性曲线图，如下图所示：图3.7 提升泵工况校核曲线图检验单泵运行和并联运行时，由泵得性能图得知该泵4个工况点都在高效段，所选泵合理。 3.6 废水池容积校核集水池的容积在满足安装格栅和吸水管的要求，保证水泵的吸水条件并能够及时将流入的污水抽走的前提下，应尽量小些，这样既降低造价，又可以减轻污水池污水中杂物沉积和腐化，集水池容积根据工作泵机组停车时启动备用泵所需时间来计算。一般可采用不小于最大泵5min出水量的容积6。 (3.1)W1集水池有效容积，m3Q最大泵5min出水量，m3/h经过计算，废水池符合上述的保证水泵的吸水条件并能够及时将流入的污水抽走的前提标准。结论本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于模头与供料装置的清洗装置的设计，完成的基本工作如下，主要设计包括以下几个方面：清洗罐的设计计算，废水罐的设计，螺杆泵的选型及其计算设计，本次设计是结合压力罐提供压力来对装置进行清洗，减少了对模头的拆卸次数。实现提高生产效率的功能。从而带动整个行业的进步。鉴于研究能力有限，模头与供料装置的清洗装置的结构优化和等一些关键性因素还有待进一步提升。未来希望可以更好的学习有关的知识，将清洗装置与智能化控制方向结合，使清洗装置相关产业朝着更好的方向迈进一步。参考文献1 诸慎林.赵毅红，周中平清洗生产导论M.北京化学工业出版社.20182孙志礼.冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计J.沈阳：东北大学出版社20003彭晓春.谢武明 ，清洁生产与循环经济M.化学工业出版社 2018 4叶永锋.涂布机自动供料系统的设计方案J.机械工程师,2013,(6):207-209.5孙桓.陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社2000.106高泽远。王金主编.机械设计基础M.沈阳：东北工学院出版社.2013.107张玉.刘平.几何量公差与测量技术J.沈阳：东北大学出版社20118奚旦立.清洁生产与循环经济M。北京化学工业出版社，20159 机械零件设计手册（第二版）/中册，东北工学院机械零件设计手册编写组编，冶金工业出版社，201710孔庆华.刘传绍.极限配合与测量技术基础M，上海：同济大学出版社，2012.211濮良贵.纪名刚.机械设计(第8版)M.北京:高等教育出版社，2006.12张文斌.自动清洗装置的设计M.江苏：农机化研究出版社 ，2015.8.1.13方健.废水罐的性能研究M.江苏：江苏理工出版社，2015.5.16.14石年勋.各类离心机电机功率选择分析探讨M.浙江：化工装备技术出版社，1994.10.05.15龚双龙.陈立华，严晓丹.一种由废水二次利用组合成的装置设计M.杭州：杭氧科技，2015.6.30.16王娅娜.刘燕云.泵装置的选型与应用D.湖北：给水排水出版社2012.09.23.17谢小东.可编程逻辑和关键技术研究M.安徽：电子科技大学出版社，2011.10.01.18张萌.基于产品族的机械产品模块化配置设计关键技术研究M.北京:国防科学技术大学出版社，2013.4.1.19张广.对“实验误差允许范围”的理解D.杭州：物理出版社，1998.11.15.20张荣荣.泵机械零件的试验研究及有限元分析M.武汉：华中农业大学 出版社，2007.6.1.21Corn response to nitrogen rate, row spacing and plant density inEastern Nebraska. 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Frederiks.Potato Research.2013(3)致 谢不积跬步无以至千里，本课程设计能够顺利完成，得益于指导老师徐卫彦老师和企业导师李世丰李工，本论文是在徐老师和李工悉心的指导下完成的，徐老师和李工拥有丰富的学术经验和严谨的治学态度，在课程设计题目制定时，他们首先肯定了我的研究课题，同时给了极大的勇气，帮我具体的分析利弊使我最终选取模头及供料装置的设计这个课题，使我在研究时有了具体方向。当论文开题后时，具体的设计不是很清楚，在老师的帮助下，我的设计有了明确的方向，初稿完成后，老师仔细检查了我的写作并指出了我的问题，为接下来的改进提供了方向，在此十分感谢老师和李工的细心指导，才能让我顺利完成毕业论文的写作。感谢机电工程学院的全体领导和老师，在他们认真的教导下，我学到了很多专业性知识，为论文的写作奠定了坚实的基础；感谢参与本论文的批阅，和对本论文提出宝贵意见的老师和领导。25