辐照交联工程管道热缩制品基材关键生产设备的研制
摘要
聚合物受高能射线作用，分子链间产生交联具有了形状记忆功能，其机械强度、耐环境应力开裂、耐温性也得到显著提高，由交联聚合物制造的热缩制品在许多领域得到广泛应用。辐照交联工程管道防腐热缩制品用于埋地油气输送管道间焊接部位的防腐补口处理。工程管道补口防腐技术在经历石油沥青防腐、煤焦油瓷漆防腐、环氧煤沥青防腐、塑料胶粘带防腐等阶段后，辐照交联工程管道防腐热缩制品防腐技术目前已成为国际上最先进的补口技术，占全球工程管道防腐补口80％以上的市场份额。国内辐照交联工程管道防腐热缩制品在质量、规模方面与国外存在差距。在辐照交联工程管道防腐热缩制品生产整个工艺流程中，热缩制品基材的生产技术和工艺是影响产品质量的关键。为提升国内辐照交联工程管道防腐热缩制品生产技术水平，缩短与国外产品差距，拓展国际市场，四川久远科技股份有限公司立项开展辐照交联工程管道防腐热缩制品关键技术工艺研究、关键设备研制。本课题来源于辐照交联工程管道防腐热缩制品基材关键生产设备的研制项目。
根据辐照交联工程管道防腐热缩制品生产技术要求，对热缩制品基材关键生产设备进行了研制，主要完成了以下工作：
1．对设备总体方案和工艺进行了设计。确定设备具有压延、拉伸、复合功能。整套设备由挤出系统、压延拉伸复合系统、放卷系统、牵引冷却系统、收卷系统、控制系统构成。
2．挤出系统研究设计。重点对挤出机螺杆、机筒、模具等关键部件结构、材料进行了设计。利用强度计算公式对螺杆及机筒强度进行了校核。
3．压延拉伸复合系统设计。重点进行了压延复合辊排列方式、压延复合辊内部结构、压延复合辊传动方式设计及压延复合辊刚性研究；
4．放卷系统、牵引系统及收卷系统设计；
5．整套设备控制系统设计。控制系统由温度控制分系统和速度控制分系统构成。温度控制分系统采用PID控制。速度控制分系统基于PLC控制器，实现了挤出机、压延拉伸复合速度、牵引速度、放卷速度、收卷速度控制，各速度参数既可单独调节，又可同步操作。
Some polymer materials can be cross-linked by high energy rays irradiation, thus get the function of shape memory, and their mechanical properties, resistance to environment and heat have also been enhanced greatly. Heat-shrinkable materials made from cross-linked polymer have been universal applied in many industry fields.
Up to now, among the several technologies of mending and protecting of engineering pipes welds, such as coating by pitch, coal tar, epoxy resins and coal tar mixture, and wrapping with plastic adhesive taps and so on, the application of irradiation cross-linked heat-shrinkable materials in mending and protecting of engineering piping is the most advanced technique, it takes more than 80% of the whole market.
There are observable gaps existed between the domestic irradiation cross-linked heat-shrinkable materials and the foreign ones both in the quality and the output. The production of the unexpanded tape takes the most critical role in the whole producing process. In order to reduce the gaps to the foreign product, and expand the international market, Sichuan Jiu Yuan pays great effort on the development of new techniques and crucial production devices for irradiation cross-linked heat-shrinkable materials. As one component part of the whole project, our works are focused on the developing of the unexpanded tape producing techniques and the corresponding producing equipments.
Under the requirements of the irradiation cross-linked heat-shrinkable materials for mending and protecting of engineering piping, the following works on the developing of the production devices for unexpanded tapes have been completed:
1.The producing routine and the collective scheme of the system have been determined. The functionalities of the producing system are extending, elongating, and combining. And the system are made of six subsystem, they are extruding, extending & elongating and combining, pulling, cooling, picking up, and controlling subsystem, respectively.
2.Studies on the design of extruding subsystem. The materials and structure of the crucial part, such as, screw, barrel, and die have been selected. And the mechanical strength of screw and barrel have been calibrated.
3.Studies on the design of extending & elongating and combining subsystem. The arrangement style, inner structures and the driving method of the rolls have been determined. The rigidity of the rolls has also been taken into consideration.
4. Design of the pulling, cooling, and picking up subsystems. 5.Studies on the controlling subsystem. It includes speed and temperature controlling. The temperatures are controlled with a PID. the speeds of the extruder, extending, elongating, combining, pulling and picking up are adjusted collectively or individual with a PLC controller.
根据辐照交联工程管道防腐热缩制品生产技术要求，对热缩制品基材关键生产设备进行了研制，主要完成了以下工作：
1．对设备总体方案和工艺进行了设计。确定设备具有压延、拉伸、复合功能。整套设备由挤出系统、压延拉伸复合系统、放卷系统、牵引冷却系统、收卷系统、控制系统构成。
2．挤出系统研究设计。重点对挤出机螺杆、机筒、模具等关键部件结构、材料进行了设计。利用强度计算公式对螺杆及机筒强度进行了校核。
3．压延拉伸复合系统设计。重点进行了压延复合辊排列方式、压延复合辊内部结构、压延复合辊传动方式设计及压延复合辊刚性研究；
4．放卷系统、牵引系统及收卷系统设计；
5．整套设备控制系统设计。控制系统由温度控制分系统和速度控制分系统构成。温度控制分系统采用PID控制。速度控制分系统基于PLC控制器，实现了挤出机、压延拉伸复合速度、牵引速度、放卷速度、收卷速度控制，各速度参数既可单独调节，又可同步操作。
Some polymer materials can be cross-linked by high energy rays irradiation, thus get the function of shape memory, and their mechanical properties, resistance to environment and heat have also been enhanced greatly. Heat-shrinkable materials made from cross-linked polymer have been universal applied in many industry fields.
Up to now, among the several technologies of mending and protecting of engineering pipes welds, such as coating by pitch, coal tar, epoxy resins and coal tar mixture, and wrapping with plastic adhesive taps and so on, the application of irradiation cross-linked heat-shrinkable materials in mending and protecting of engineering piping is the most advanced technique, it takes more than 80% of the whole market.
There are observable gaps existed between the domestic irradiation cross-linked heat-shrinkable materials and the foreign ones both in the quality and the output. The production of the unexpanded tape takes the most critical role in the whole producing process. In order to reduce the gaps to the foreign product, and expand the international market, Sichuan Jiu Yuan pays great effort on the development of new techniques and crucial production devices for irradiation cross-linked heat-shrinkable materials. As one component part of the whole project, our works are focused on the developing of the unexpanded tape producing techniques and the corresponding producing equipments.
Under the requirements of the irradiation cross-linked heat-shrinkable materials for mending and protecting of engineering piping, the following works on the developing of the production devices for unexpanded tapes have been completed:
1.The producing routine and the collective scheme of the system have been determined. The functionalities of the producing system are extending, elongating, and combining. And the system are made of six subsystem, they are extruding, extending & elongating and combining, pulling, cooling, picking up, and controlling subsystem, respectively.
2.Studies on the design of extruding subsystem. The materials and structure of the crucial part, such as, screw, barrel, and die have been selected. And the mechanical strength of screw and barrel have been calibrated.
3.Studies on the design of extending & elongating and combining subsystem. The arrangement style, inner structures and the driving method of the rolls have been determined. The rigidity of the rolls has also been taken into consideration.
4. Design of the pulling, cooling, and picking up subsystems. 5.Studies on the controlling subsystem. It includes speed and temperature controlling. The temperatures are controlled with a PID. the speeds of the extruder, extending, elongating, combining, pulling and picking up are adjusted collectively or individual with a PLC controller.
引文
1 赵文彦，潘秀苗，辐射加工技术及其应用，兵器工业出版社，2003．
2 罗延龄，赵震兴，高分子辐射交联技术及研究进展，高分子通报，1999年12月第4期．
3 吴自强，王纲，高分子辐射交联技术的进展，化学建材，2002年第4期．
4 马瑞德、潘治平、高南、董良昶、周良毅编著，四川科学技术出版社，1984．
5 涂春潮，齐暑华，周文英，武鹏，张翔宇，辐射交联热收缩聚乙烯的研究进展，现代塑料加工应用，2005年第17卷第5期．
6 王睿，李树忠，聚合物辐射交联热收缩材料研究进展，辐射研究与辐射工艺学报，2003年第21卷第3期．
7 张纯忠，郎少春，胥全敏，刘岩，傅学军，宁振武，辐射交联热收缩制品制造技术，现代塑料加工应用，2002年第14卷第2期．
8 周瑞敏，刘兆民，周树鑫，辐射交联聚乙烯热收缩防腐材料，城市管理与科技，1999年第1卷第2期．
9 中华人民共和国石油天然气行业标准SY／T4054-2003，辐射交联聚乙烯热收缩带(套)，国家经济贸易委员会发布2003-8-01．
10 唐建光，挤出复合中的复合机理与工艺控制，现代塑料加工应用，1997年第10卷第3期．
11 成都科技大学主编，塑料成型工艺学，中国轻工业出版社，1992．
12 王善勤，塑料挤出成型工艺与设备，中国轻工业出版社，1998．
13 北京化工学院，天津轻工业学院主编，塑料成型机械，轻工业出版社，1985．
14 北京化工学院，华南工学院，塑料机械设计，轻工业出版社，1986．
15 成都科技大学，北京化工学院，天津轻工业学院，塑料成型模具，1994．
16 吴崇周，塑料成型加工原理，吉林科技出版社，1985．
17 刁树森，塑料挤出模具设计与制造，黑龙江科技出版社，1984．
18 卢习林，郭英，具有均匀流动分布的衣架型挤出模头的几何设计，中国塑料，1991年第5卷第2期．
19 Y. Matsubara, Geometry Design of a Coat-Hanger Die With Uniform Flow Rate and Residence Time Across the Die Width, Polym. Eng. Sci., Vol.19, No.3, 1979.
20 S．米德曼(美)著，聚合物加工基础，科学出版社，1984．
21 H. Winter and H. fritz, Design of Dies for the Extrusion of Sheets and Annular Parisons: The Distribution Problem, Polym. Eng. Sci., Vol.26, No.8, 1986.
22 联邦德国W．米歇尔，挤塑模头设计及工程计算，烃加工出版社，1989．
23 刘辉，片模挤出机头结构设计探讨， 工程塑料应用，1995年第6期．
24 张先明，陆永胜，贾毅，鱼尾型片材机头内熔体流动的三维有限元模拟，现代塑料加工应用，2003年第15卷第6期．
25 唐志玉，挤塑模设计，成都科技大学，1990．
26 梁基照，压延机辊筒刚度的可靠性分析，中国塑料，1991年第5卷第1期．
27 张文贵，机械设计现代方法，华中工学院出版社，1987．
28 王健安，双通道智能温度控制仪在塑料挤出机上的应用，现代塑料加工应用，2003年第15卷第5期．
29 王士杰，电动调节器原理及系统分析，纺织工业出版社，1992．
30 周政，何立刚，PLC、PID调节仪表在水温机控制装置中的应用，橡胶技术与装备，2003年第29卷．
31 徐志毅主编，机电一体化实用技术，上海科学技术文献出版社，1995．
32 廖常初，PLC编程及应用，机械工业出版社，2002
33 廖常初，可编程控制器的编程方法与工业应用，重庆大学出版社，2001
34 米红艳，PLC系统的应用与发展，洁净煤技术，2005年11卷第4期．
35 宋德玉，王桂梅，张平格，刘增环，可编程序控制器原理及麻用系统设计技术，北京：冶金工业出版社，2001年．
36 张攀峰，张开生，郭国法，基于PLC控制的皮带输送机系统的应用，微计算机信息，2005年第21卷第9-1期．
37 王子文，骆建华，用PLC和变频器实现造纸机同步传动控制，纸和造纸，2003年7月第4期．
38 张羽贵，交流变频调速在橡胶螺杆挤出机上的应用，橡胶技术与装备，2003年第29卷．
39 顾顺谷，电机及拖动基础，机械工业出版社，2001．
40 刘燕，触摸屏与PLC的通信与连接，自动化与仪器仪表，2002年第4期．
41 雷霖编，微机自动检测，电子科技大学出版社，1993．
42 方临海，单承赣，电子仪器使用与测试技术，安徽科学技术出版社，1993．
43 阎鸿森，王新凤，田惠生编，信号与线性系统，西安交通大学出版社，1999．
44 廖常初，申敏，OMRON触摸屏支持软件在控制系统中的应用，电工技术，2003年8期．
45 OMRON Corporation, NT-Support Tool for Windows 95/98 Ver. 3.0 Operation Manual, March 1999.
46 OMRON Corporation., NT631/631C Programmable Terminal Operation Manual, March 1999.
2 罗延龄，赵震兴，高分子辐射交联技术及研究进展，高分子通报，1999年12月第4期．
3 吴自强，王纲，高分子辐射交联技术的进展，化学建材，2002年第4期．
4 马瑞德、潘治平、高南、董良昶、周良毅编著，四川科学技术出版社，1984．
5 涂春潮，齐暑华，周文英，武鹏，张翔宇，辐射交联热收缩聚乙烯的研究进展，现代塑料加工应用，2005年第17卷第5期．
6 王睿，李树忠，聚合物辐射交联热收缩材料研究进展，辐射研究与辐射工艺学报，2003年第21卷第3期．
7 张纯忠，郎少春，胥全敏，刘岩，傅学军，宁振武，辐射交联热收缩制品制造技术，现代塑料加工应用，2002年第14卷第2期．
8 周瑞敏，刘兆民，周树鑫，辐射交联聚乙烯热收缩防腐材料，城市管理与科技，1999年第1卷第2期．
9 中华人民共和国石油天然气行业标准SY／T4054-2003，辐射交联聚乙烯热收缩带(套)，国家经济贸易委员会发布2003-8-01．
10 唐建光，挤出复合中的复合机理与工艺控制，现代塑料加工应用，1997年第10卷第3期．
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13 北京化工学院，天津轻工业学院主编，塑料成型机械，轻工业出版社，1985．
14 北京化工学院，华南工学院，塑料机械设计，轻工业出版社，1986．
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16 吴崇周，塑料成型加工原理，吉林科技出版社，1985．
17 刁树森，塑料挤出模具设计与制造，黑龙江科技出版社，1984．
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23 刘辉，片模挤出机头结构设计探讨， 工程塑料应用，1995年第6期．
24 张先明，陆永胜，贾毅，鱼尾型片材机头内熔体流动的三维有限元模拟，现代塑料加工应用，2003年第15卷第6期．
25 唐志玉，挤塑模设计，成都科技大学，1990．
26 梁基照，压延机辊筒刚度的可靠性分析，中国塑料，1991年第5卷第1期．
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28 王健安，双通道智能温度控制仪在塑料挤出机上的应用，现代塑料加工应用，2003年第15卷第5期．
29 王士杰，电动调节器原理及系统分析，纺织工业出版社，1992．
30 周政，何立刚，PLC、PID调节仪表在水温机控制装置中的应用，橡胶技术与装备，2003年第29卷．
31 徐志毅主编，机电一体化实用技术，上海科学技术文献出版社，1995．
32 廖常初，PLC编程及应用，机械工业出版社，2002
33 廖常初，可编程控制器的编程方法与工业应用，重庆大学出版社，2001
34 米红艳，PLC系统的应用与发展，洁净煤技术，2005年11卷第4期．
35 宋德玉，王桂梅，张平格，刘增环，可编程序控制器原理及麻用系统设计技术，北京：冶金工业出版社，2001年．
36 张攀峰，张开生，郭国法，基于PLC控制的皮带输送机系统的应用，微计算机信息，2005年第21卷第9-1期．
37 王子文，骆建华，用PLC和变频器实现造纸机同步传动控制，纸和造纸，2003年7月第4期．
38 张羽贵，交流变频调速在橡胶螺杆挤出机上的应用，橡胶技术与装备，2003年第29卷．
39 顾顺谷，电机及拖动基础，机械工业出版社，2001．
40 刘燕，触摸屏与PLC的通信与连接，自动化与仪器仪表，2002年第4期．
41 雷霖编，微机自动检测，电子科技大学出版社，1993．
42 方临海，单承赣，电子仪器使用与测试技术，安徽科学技术出版社，1993．
43 阎鸿森，王新凤，田惠生编，信号与线性系统，西安交通大学出版社，1999．
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