本文是一篇机械论文，本文利用Solidworks对烟花自动化生产线进行三维建模。在烟花生产过程中可能会由静电、粉尘及碰撞等因素会导致爆炸等问题，故在设计烟花药物填充自动化生产线的过程中，充分考虑到实际问题，从设计、计算、选材、现场布置等方面进行。结合相关理论和优化设计方法，保证整个自动化设备能够很好的适应工作环境。
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
烟花爆竹在我国的历史可以追溯到春秋战国时期。烟花爆竹属于传统工艺产业，在国家庆典及重要节日等场合，扮演着不可缺失的角色[1]。经过现代近几十年的大力发展和科技攻关，涌现了数以百千的烟花品种，同时新产品更新迭代周期加快。烟花在夜空中绽放出绚丽夺目的光彩，兼具深厚的历史感染力及夺目耀眼的美感，深受全世界人们的喜爱[2-3]，烟花独特的色彩被广泛的应用于世界[4]。凭借多年的科技进步，烟花爆竹产业成为了我国国民经济的重要支柱产业，如今烟花畅销于世界各国[5]。根据有关部门的统计数据显示，现有近700多家烟花生产企业分布在我国湖南、江苏、江西、广西等地。在这几个地区中，湖南、江西生产量最大，每年合计生产大约两千万箱，占据我国烟花生产总量的80％ [6-7]。
烟花的生产，主要就是火药，火药在烟花中的用途就是燃烧或者因爆炸而产生的声响。火药属于古代四大发明之一，是中华民族的骄傲，烟火药的出现给世界发展创建了无数的灿烂历史[8]。烟花的生产过程离不开火药的掺入，烟花的制造过程中要很多的意外事故发生，有火药掺入的生产具有双面性[9]，火药是不可或缺的原料，但稍有不慎就会爆炸。根据调查报告，在2011-2014年之间，我国烟花爆竹企业比较严重的事故超过40余起，其中丧失生命的有233人，事故的产生的原因主要是烟花爆竹的非法经营，烟花旺季是每年的第四季度，与此同时也是事故多发阶段。烟花这一伟大的艺术给人们带来了欢乐，同时也带来了刻骨铭心的伤害。烟花的实际制造过程，从半成品到成品具有燃烧爆炸的危险特性，在这个过程中，工作人员稍有不慎，就会引发燃烧和爆炸事故，轻则造成火灾，重则造成人员伤亡。尤其在生产加工中，新的工作人员执行错误操作，违反操作规范流程，没有进行相应的预处理准备工作，提升了意外事故发生的可能性，这些因素造成的比率在统计中占绝大多数 [10]。
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1.2 烟花生产机械发展历程与现状
1.2.1 发展历程
烟花爆竹生产机械起源于上个世纪，中国的烟花爆竹产业经历了从上世纪80年代初由乡镇企业为主导到现在的以民营企业为主导的发展过程，经历了从一千年以来的手工制造到上世纪70年代使用简易的制造工具，再到现在的大规模地使用及研究应用机械的发展过程。首先是成功研究出引线机和卷筒机，并且在企业里的得到了成功的推广与应用，后来又陆续出现了分纸机、全自动切纸机、切筒机、刁底机、压药机、压壳机、钻孔机、插引机、全自动结鞭机及封装机等[19-20]，在烟花爆竹行业引发了一场划时代的重大革命。
1.2.2 研究现状
在国内，逢年过节及庆典的时候，大家都会燃放烟花来表达喜悦快乐之情[21-22]。当前只有少数的科研人员或者设计单位在进行优化和改善烟花爆竹生产机械 [23]，取得了一定的成效，但是进展速度还是比较慢。随着社会大众对烟花爆竹行业的关注，我国对烟花爆竹机械的研究投入不断加大。涌现了一系列烟花机械，并投入到实际的生产中。首先在卷筒工艺上研制出卷筒机-第一款烟花机械，在烟花生产企业中取得了广泛的推广和成功的应用，接着又研制出了裁纸机、压药装药机、插引机、切纸筒机、全自动编织结扎机、通孔机等[24-25]，在烟花爆竹行业引发了一场具有划时代的重要意义[26]。作为一个烟花生产大国，我国在应用新技术、开发新的工艺等方面需要向国外多学习[27]。
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第2章 烟花药物填充自动化生产线的设计
2.1 引言
目前，国内外市场上有烟花无药工序的机械化生产设备，但是对于有药工序生产环节，还没有出现相应的烟花机械化设备。烟花有药生产工序也就是装填药工序，主要有送药、混药、分药三个过程。这一重要环节面临的主要问题是难于输送氧化剂和还原剂、混药不均匀、分药不均匀、容易产生粉尘、摩擦生电、爆炸等问题。针对这一系列问题，本章利用理论计算与实际结合的方法，遵循烟花设计过程中的总体原则，分别设计烟花自动化设备的输送系统、混药系统、分药系统、配送管道及连接部件，使这些设计符合烟花生产规范要求并满足烟花实际生产过程中的需要。
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2.2 总体设计原则
烟花制作由原始的手工工艺，发展到个别环节的机械化生产，直至目前的全机械化自动化生产线等。其中，机械化生产的基本顺序见图2.1。它依次为放置已过节空筒、药物填充、添装锯末、封堵纸片、封堵速凝胶水、纸筒翻转、药物填充、添装锯末、封堵纸片、封堵速凝胶水、装箱等步骤。
在所述烟花生产的步骤中，目前放置已过节空筒、添装锯末、封堵纸片、封堵速凝胶水、纸筒翻转、装箱等环节已基本实现机械自动化，但在药物填充环节还差强人意，主要原因在于：输料易扬尘，混料不均匀，分料误差大且稳定性差，易爆炸等。因此，在药物填充环节即送药、混药、分药过程中如何做到避免扬尘、混药均匀、分药均匀一致性好，消除爆炸隐患，全自动化生产是设计的关键。
2.2.1 药物选择
烟花的燃放原理是烟花内筒中的火药燃烧从而在夜空中绽放绚丽的色彩，而烟花火药是由铝镁合金粉、硫磺粉、铝银粉、高锰酸钾粉按一定的质量百分比混合而成。这里，我们选用铝镁合金粉、硫磺粉、铝银粉等作为烟花生产的还原剂，高锰酸钾粉作为烟花生产的氧化剂。
鉴于还原剂、氧化剂堆积时间过久，通风不畅，药粉发酵，导致温度上升，易发生自燃等安全隐患。在保证安全的前提下，生产效益最大化是每个企业的天然追求。为了跟上产生节拍，提高生产效率，因此，我们把还原剂和氧化剂单独存放，2小时左右烟花制作所需药量是盛料量器的设计依据。此外，氧化剂和还原剂的盛料量器距离不能太近，理应大于或者等于5米且不能放在同一工作室内。
烟花生产就是要求还原剂、氧化剂混合填充于一孔眼中，但稍有操作，就会发生爆炸等。对于每个烟花生产企业来说，设计一条既能跟上生产节拍、满足功效要求，又能万一操作不当也能避免氧化～还原混合反应发生爆炸引起的财产损失最小的机械化自动化生产线，始终是我们共同追求的目标，也就是说混合后只有一饼的药量，即使发生爆炸，也产生不了多大爆炸冲击波，即大炮饼一次用药量366g、小炮饼一次用药量183g等作为进入药物填充前配药量器的设计依据。
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第3章 电气控制系统设计 ................................... 28
3.1 引言 .......................... 28
3.2 设计原则 ......................................... 28
3.3 控制电路设计 .................................... 29
第4章 整套系统的优化分析 ............................ 41
4.1 引言 ...................................... 41
4.2 烟花自动化设备的技术要求 .................... 41
4.3 整套系统运转合拍性优化 ................................... 41
第5章 烟花自动化生产线样机试验与应用.................................... 49
5.1 引言 ....................................... 49
5.2 自动化设备的安装 .............................. 49
5.3 自动化设备的调试 ....................................... 50
第5章 烟花自动化生产线样机试验与应用
5.1 引言
前面几章对整个烟花自动化生产线进行了详细的参数计算和结构设计。并且考虑到烟花生产过程中产生粉尘、摩擦生电、爆炸等危险问题，从理论上进行分析并且通过实验手段，把这些问题从源头上进行遏制，把氧化剂与还原剂分隔开来，同时针对烟花要去填充线中的难点问题，例如：混药不均匀、分药不均匀、时间的合拍性难以把控，分别对这些关键部件进行实验优化，以期达到最好的效果。本章在前面的基础上，将零散的烟花自动化生产线的部件进行机械装配和电气装配，分别对机械部件和电控部分调试，确保每一个部件都能按部就班的正常运转，从而实现烟花自动化生产线的高效率、安全性和稳定性。
烟花药物填充自动化设备，其包括螺旋给料器、定料仓、传送带、气缸、Y形管、静态混合器、气动蝶阀、振动筛、振动管、收料锥、分料锥、拨料器、分料盘、分料管、电气控制系统。在工作时，氧化剂与还原剂分别从各自的密封室把原料送至定料仓，此时上仓门打开，下仓门处于关闭状态。待时间到，上仓门关闭，下仓门打开，料进入加有密封盖的传送带，传送带把氧化剂与还原剂分别送到气缸，两气缸接收到料到完信号，开始同时动作，保证氧化剂与还原剂在空中交汇，一起进入静态混合器。待初步混合和的粉末，经过振动筛的振动，把粉末混合均匀，加速混匀的速度。使混合的药分的均匀，在分料锥上设置拨料器，把粉末均匀的拨到分料盘，药直接经过分料管进入炮饼，一个炮饼混药工作完成。 定体积仓上设置两上门，根据工作状态不同，实现在进料和放料时保证设备的密封性，减少不必要的误差。
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总结与展望
总结
当今社会，科学技术在不断地发展，在不同的领域发出科技之光。而烟花爆竹这一极具危险的行业，大部分还没有实现自动化。随着用工荒、人工成本高等问题的出现，实现烟花产业的自动化是目前刻不容缓的首要任务。
本文的研究对象是某烟花生产企业正在研发的一款烟花自动化生产线，在经过一系列的分析和设计后，根据烟花生产过程中的实际工艺过程，对各部分功能进行分块设计。接着，使用三维软件Solidworks对模型进行建立并且装配，依据确定的工艺流程，设计整个生产装备的自动化控制系统。同时分别针对烟花装填线生产工艺过程中的原料传输难、混药不均匀、分药不均匀和时间的合拍性问题，找到对应的解决方案。最后，针对生产加工好的样机进行现场调试并进行优化设计。本文研究的主要内容及结论归纳如下：
（1）简要介绍了目前烟花行业的发展现状，其中包括烟花机械目前存在的关键问题进行详细的阐述。
（2）利用Solidworks对烟花自动化生产线进行三维建模。在烟花生产过程中可能会由静电、粉尘及碰撞等因素会导致爆炸等问题，故在设计烟花药物填充自动化生产线的过程中，充分考虑到实际问题，从设计、计算、选材、现场布置等方面进行。结合相关理论和优化设计方法，保证整个自动化设备能够很好的适应工作环境。
（3）利用PLC控制器对烟花药物填充自动化生产线装备进行自动化控制，根据烟花自动化生产线生产工艺过程，首先确定选用那种PLC，以此来确定PLC的具体型号，选择合适的电气元件、传感器及监控设备，设计相应的控制电路图、连接过程及程序的编写，从而实现烟花自动化生产线的自动化控制。
（4）对于时间分配的合拍性、静态混合器、振动筛、配送管道等关键因素，从理论上进行分析设计，针对理论分析的结果，进行合理的优化设计，使整个烟花药物填充自动化装备能够符合烟花设计规范。
参考文献（略）