连续热压机板厚控制系统智能控制算法研究毕业论文(编辑修改稿)

连续热压机板厚控制系统智能控制算法研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

个中密度纤维板生产工艺过程中，热压工艺水准是整个生产水平的重 要标志之一，其工艺性能的控 制会直接影响产品质量和生产成本，本学位论文进行了以 下几个方面的研究： (1) 分析了中密度纤维板热压过程生产工艺，确定热压工艺与板材性能的影响关系，研究 比较并建立了考虑内部热源影响下的理想条件下的传热模型，并且利用实验与理论模型 比较的方法进行了比较分析，使热压传热模型的研究与实际生产工艺更加接近，使交叉学科的研究方式更好的融入到中密度纤维板工艺研究当中。 1 前言 5 (2) 基于反步法构建了 MDF 热压位置系统跟踪控制器，采用 Lyapunov 稳定性理论 保证了跟踪误差渐近收敛于零，实现了热压位置系统快速准确的位置跟踪控制。 基于 反步控制和自适应控制方法设计了 MDF 热压位置伺服系统鲁棒跟踪控制，解决了系统模型存在不确定性和外界扰动的问题，提高了系统在复杂环境下工作的可靠性。 东北林业大学本科毕业论文 6 2 纤维板 热压工艺及板厚控制系统模型 中密度纤维板热压工艺 中密度纤维板的定义 根据 GBmi7182020《中密度纤维板》新国家标准的定义 ,中密度纤维板 (Medium Density Fiberboad,简称 MDF),是以木质纤维或其他植物纤维为原料 ,经纤维制备施加合成树脂 ,在加热加压条件下 ,压制成厚度小于 ,名义密度范围在 ~ g cm的板材 [18]。 MDF 相关概念 分类及等级划分 : 1) MDF 按密度可分为三种类型，如表 21 所示。 表 21 中密度纤维板分类 类型 简称 标示符号 适用条件 适用范围 室内型中密度纤维板 室内型板 MDF 干燥 所有非承重的应用 室内防潮型中密度纤维板 防潮型板 潮湿 如家具和装饰 室外型中密度纤维板 室外型板 室外 修件 2) MDF 等级 划分，如表 22 所示。 表 22 正表面质量等级要求 缺陷名称 缺陷规定 允许范围 优等品 一等品 合格品 局部较软 直径≤ 50mm 不允许 不允许 3 个 边角缺陷 宽度≤ 10mm 不允许 不允许 允许 油污 直径≤ 8mm 不允许 不允许 1 个 碳化 不允许 不允许 不允许 3) MDF 尺寸偏差规范，如表 所示。 表 23 尺寸偏差规范 性能（单位） 公称厚度范围≤ 19 公称厚度范围 19 厚度偏差（ mm）   长度和宽度偏差（ mm/m）  对角线差（ mm/m） ≤ 6 翘曲度（ mm/m） ≤ 5 边缘不直度（ mm/m）  2 纤维板热压工艺及板厚控制系统模型 7 MDF 热压工艺介绍 本文讨论了在 MDF 连续平压热压生产线上 ,不同长度的连续热压机 在生产过程中的钢带速度虽然不同 ,但完成热压都要通过控制液压航的下降率和调整热压时间来控制MDF 的厚度。 只有在生产不同厚度的 MDF 产品时 ,才会根据工艺要求 ,通过上位机修改配方 ,实现钢带开档工艺曲线调整。 连续平压热压过程一般可分为预热压阶段和主热压阶段。 典型的连续热压机的压力曲线如图 21 所示。 图 21 连续热压机压力曲线图 预热压阶段： 1. 快速压榨段： MDF 在进入热压机前有进行预压处理，在一定温度、压力作用下，将铺装蓬松的纤维压到一定厚度。 此后板还由钢带传入连续平压热压机，热压机钢带开档值以设定张角迅 速减小，此时液压紅压力快速增加到最大压力值，一般在~，使板还厚度快速压缩，一般在毛还要求厚度的的 δ[1+(10% ~ 15%)]，其中δ 为毛还厚度；在加压的同时，供热系统通过钢带向板还接触性传热，使板还从表面向内部形成温度梯度，加快热量传递，使板还内液态水气化，由于升温速度较快，会在板还上下表面与板坏接触处形成很薄的预固化层。 2. 减压阶段：在压榨段压紅将板还以较大压力快速的压缩到预设厚度，当压赶提供压力上升到最大压力值之后开始逐渐减小 ,以防止由于压力持续过高造成板还断裂，同时减小预固化 层厚度，也有利于板还内部水蒸气的排出，使板还断面密度分布更加合理，此时钢带开档值一般为 δ[1+ (7%~10%)]。 主热压阶段：约占连续平压机总长度的 75%,产品厚度和胶粘剂的固化主要在该阶段完成。 1. 低压段：在减压段后要将低压状态保持一段时间，以保证水蒸气顺利排出，不会XXXX 大学本科毕业论文 8 造成鼓泡等现象，而且低压时间的长短可以控制断面密度的合理分布；随着热压时间的推移胶粘剂也会在该阶段渐渐固化，板还接受压力时的反弹力因此而减小，低压段压力一般为 ~，此时钢带的开档为列 δ[1 + (13%~18%)]。 2. 保压段：低压段板还厚有所反弹，为满足成品规格要求，压机要将钢带的开档控制到工艺要求的大小，一直保持到压机末端，同时伴以压力和温度的控制，压力一般控制在 ~，温度控制在 100~110176。 C 之间，在保压过程中胶粘剂基本完成了固化，毛还自身可能会产生干缩现象，在受到压虹提供的压力后发生的形变可视为非弹性形变，其压力趋于零，工段后期毛还随钢带前行，直至离开压机，即热压结束。 热压工艺参数的设定 温度的设定 ：温度是热压过程的主要参数。 温度的设定既要满足胶黏剂在板胚内完全固化的要求，又要避免胶黏剂 产生热解。 一般将热压温度设定在胶黏剂顺利固化所需的温度略高一些。 在连续平压法生产中，热压温度控制优于多层压机单一温度控制，沿着压机长度方向分段设定，独立控制 [2]。 一般分为三段不同的温度。 第一段温度略低，一般为 160~190℃ ，以减少预固化层；第二段温度最高，一般为 180~200℃ ，最高温度不宜超过 220℃ ；第三段温度根据实际而定，一般为第二段的 75%。 由于板胚在压机中表芯层温度梯度较大，因此在温度设定时，要求保压段起始的板胚芯层温度为100℃ ，保压终点温度为 100~110℃ ，以保证板胚芯层胶黏剂完全固化。 温度的分段设定即可有效地减少软层厚度，又克避免热压后期温度过高造成木质素热解和热板含水率过低等不良影响。 钢带速度设定 ：钢带的速度和压机的长度决定了压机对板胚的加压和加热的时间，即热压时间。 钢带的速度选择与产品厚度和密度以及所使用的材料以及胶的性能灿在密切关系，所以钢带速度需要根据实际生产的情况而定，生产密度板时，一般钢带的速度以每毫米板所需热压的时间而定。 钢带速度计算公式如下： 毛板厚度单位板厚的热压时间 热压机有效长度刚带速度  单位板厚的热压时间约 11~ 21s mm。 在确保产品质量和设备条件允许误差的情况下，尽可能加快钢带的速度，以提升产量。 钢带开档设定 ： 钢带开档的设定需满足产品的质量和设备安全行动要求，不同的压力区域钢带开档也不同。 在实际生产中钢带的开档设定主要以压力曲线为根据，并依据2 纤维板热压工艺及板厚控制系统模型 9 手板厚度、板型、原材料等因素做出对应的调整。 保压长度的设定 ：在连续平压法生产中，保压时间的长短将由钢带速度、保压长度、胶的固化时间来定。 假设钢带速度为 V ，胶的固化时间为 T 、保压长度为 L ，则TVL  ，那么保压七点为离压机最后一个框架的距离为 L。 毛板厚度的设定 ： 毛板厚度设定以砂光的余量根 据，但需要考虑到毛板在冷却和调整湿度过程中的变化因数。 即 321 hhhhoh  式中： h 为毛板厚度， ho 为成品板厚度， 1h 为热板冷却收缩量 2h 为调湿厚度膨胀量3h 为砂光量。 影响 MDF 热压工艺的因素 影响中密度纤维板热压质量的因素较多 ,以如下 5个因素为主 : (l) 热压温度 热压的温度是影响干法纤维板热压质量其中一个很重要的因素。 纤维里所施加的胶粘剂是热固性树脂胶粘剂，它们仅在一定温度条件下才能固化，发挥粘结纤维的作用[13]。 纤维的塑性随着温度的提高而增加，提高热压温度可使用较低的压力将板坯压缩到到很高的密度，以纤维之间多种结合力发挥作用；提高热压的温度，可增大板胚表面、芯层的温度梯 度，有利于芯层温度快速上升，缩短热压的时间。 但热压温度太高，表面纤维可能发生热解甚至炭化，影响产品质量。 考虑以上因素，采用脉醛树脂胶粘剂时其热压温度一般为 160~200℃ ，采用酚醛树脂胶粘剂时热压温度一般为 200~240℃ [14]。 一般板坯温度变化分为 3 个阶段： a 升温阶段 ； b 保温阶段 ； c 高温阶段。 热压时板坯表层和中层之间有较大的温差 [9]。 因为板坯表层与热压板有直接接触 ,短时间内层纤纤维上胶粘剂即可固化，而芯层如 果要达到胶粘剂固化温度需要很长时间。 当芯层胶粘剂固化完成后，表层纤维上的胶粘剂早已过度固化 (老化 )，没有了应有的结合强度。 这就是常说的“预固化层”，生产中要用砂光机砂除这一层。 所以，如何减少直至消灭板坯温差是近年来科技工作者致力研究的重要课题 [15]。 (2) 热压压力 热压的压力选择是以热压板接触厚度作为重要依据的。 热压时，上下两个压板在外力作用闭合接触到厚度规，这时压力达到峰值。 这个峰值压力存在的时间很短。 由于纤维弹性的减弱、塑性的增加以及板坯胶粘剂缩合固 化，使板坯的体积收缩，所受压力逐XXXX 大学本科毕业论文 10 渐下降至最低，直至压机开启厚，结束整个热压过程。 密度板生产中，产品的厚度多采用厚度控制规或其它厚度的控制装置来保证。 (3) 热压时间 热压的时间是影响热压质量其中一个十分重要的因素。 热压的时间太短，可能干燥没得到充分和胶粘剂并没有完全固化，使产品产生水渍和鼓泡现象，物理力学性能下降。 若时间过的太长，则会发生胶粘剂固化过度而变脆，降低产品的质量或造成板面炭化等缺陷。 确定热压的时间的原则是，确保芯层达到胶粘剂固化的温度所需时间。 在保证纤维板的质量前提下，尽可能的缩短时间。 热压的 时问确定与胶粘剂的性能、纤维的质量、板坯的含水率、热压的温度、压力及板坯的厚度等因素直接有关。 (4) 板胚含水率 在热压的过程中板坯内水分的作用是：增加板坯导热性能提高板坯可塑性，参与半纤维素和纤维素的水解反应，提高木素树脂化和降低软化点。 因而，板坯适当含水对缩短热压的时间，降低热压的压力，提高产品物理力学的性能有很重要的意义。 密度板生产时，对于多层压机的热压，板坯含水率适合在 10%左右；对于连续热压工艺，板坯含水率控制适合 5%左右。 (5) 板坯铺装质量 板坯在铺装时，要求板坯厚度均一，不结团，这就要求 料仓内纤维贮存量必须持在70%以上，保证有充足的排气量，并且铺装高度与扫平辊高度差维持在 50mm 以上，经预压后，板坯逐渐密实 ,厚度均匀 [11]。 板厚控制系统模型 在 MDF 连续平压热压工艺过程中，液压缸作为热压驱动执行器输出压力和位移，以此来控制板坯的厚度 [8]。 热压板间距控制是板坯厚度控制的关键因素。 热压机的液压压系统是一个典型的四通阀控液压缸控制系统，该系统具有高精 度、响应快等特性，可以满足控制需求。 液压位置伺服系统原理图以及四通阀控液压动力系统图分别如图 22和图 23 所示。 2 纤维板热压工艺及板厚控制系统模型 11 图 22 液压位置伺服系统原理图 图 23 四通阀控液压动力系统图 滑阀的线性化流量方程为：   vLsvdL xppxcQ s g n1   （ 21） 在对液压缸线性化分析时，进行理想性假设： 1)所有的管道短而粗，管道中的摩擦 损失、流体质量影响和管道动态都可以忽略不计 [10]； 2)液压缸每个腔内液压力处处相等，油液温度和体积弹性模量为常数； 3)液压缸的内、外泄露流动为层流流动 [12]； XXXX 大学本科毕业论文 12 液压缸连续性方程： dtdpVpCdtdyAQ LetLtcL 4 （ 22） 根据牛顿定律，负载利 用单自由度弹性阻尼系统理想近似，理想的动力机构平衡方程为：   FKydtdyBdt ydmApppAFcLg  2221 （ 23） 电液位置伺服系统主要由式 （ 21） ， （ 22）和（ 23） 三个方程组成 [3]。 其中 LQ 为为负载流量，  为滑阀节流窗口面积梯度，  为液体密度， Lp 为负载压力， sp 为供油压力， vx 为阀芯的位移， A 为活塞有效面积 ， y 为活塞位移， tcC 为总泄露系数， tV 为液压缸油腔容积， e 为油液弹性模量， m 为负载的总质量， cB 为粘性阻尼系数， K 为负载弹簧刚度， K 为负载力， gF 为液压推动力。 通常，将电液伺服阀和伺服放大器等效看成比例环节，所以有以下两个公式 [19]： ixK vsv （ 24）。