喷丝板是化纤生产中的核心精密部件,板面在使用一段时间后易粘结污物,堵塞喷丝孔,影响纺丝质量。目前由人工定期清理喷丝板面,而高温环境易烫伤工人,亟需设计自动化铲板机器协助工人完成此项危险工作。本课题通过设计铲板机构和研究工艺参数,搭建了自动化铲板实验平台。相关研究内容如下:首先,根据人工铲板工艺,设计自动化铲板工艺,并由此设计对应的运动机构,包括移动机构、刮铲机构和铲刀清理机构。分析了移动过程中铲刀与喷丝板的碰撞,分别建立刚性碰撞和弹性碰撞模型,并对比碰撞力,由结果设计弹性缓冲结构;同时,设计了“公转+自转式”刮铲机构、铲刀自清理机构和防护外壳。其次,优化了影响铲板效果的两个关键工艺参数:铲板角度和铲板力,建立剪切模型和粘结滑移模型描述粘弹性污物剥离机理,在不同粘结强度下依次求得将粘结物刮铲干净的最优铲板角度,并利用最小二乘法拟合出最优铲板角度与粘结强度的函数关系;对于铲板力,通过计算将粘结物铲干净所需的水平剪切力以求得电机最小转矩,以铲刀能切入粘结物且不损伤板面为依据计算出竖直挤压力范围。再次,使用ABAQUS模拟刮铲不同粘结强度的PP粘结物和PET粘结物,验证在各自对应的最优铲板角度下,能将粘结物刮铲干净且系统消耗能量最小;使用Deform-3D模拟不同挤压力和铲板角度下的铲刀磨损,得到磨损量随两者的变化关系曲线。最后,通过搭建机械系统和设计控制系统,制作完成自动化铲板平台并进行实验研究。根据理论计算,设计对比实验,实验结果表明:当挤压力为50N、铲板角度为45°时,能将PP粘结物清理干净且铲刀磨损量最小;对比不同刮铲方式,发现在“公转+自转式”刮铲方式下铲刀磨损量更小;对比不同粘结强度粘结物,发现PP粘结物比PET粘结物更容易被清理干净。