【正文】 ..... 33 附錄 2 ......................................................................................................................................... 43 1 1 緒論 背景簡介 本課題來源于工程實際 ,屬于工程設(shè)計。本文以流水線生產(chǎn)為背景，設(shè)計了一種流水線生產(chǎn)中用于成件產(chǎn)品下線用的皮帶運輸機， 其中 主要 包括輸送帶型號的選擇、帶的輸送能力及張力的計算，傳動滾筒軸功率的計算和型號選擇，改向滾筒的型號選擇，托輥型號的選擇及輸送成件產(chǎn)品時托輥間距的確定，驅(qū)動裝置即電動機、聯(lián)軸器和減速器的計算和型號選擇，另外 綜合流水線生產(chǎn)的特點， 為了 減小人力，減少 產(chǎn)品 計數(shù)出錯， 設(shè)計了一款以 AT89S51 單片機為核心的產(chǎn)品 自動 計數(shù)器， 主要 包括 光電 傳感器的選擇 、檢測電路的設(shè)計、單片機控制的數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計以及給整個電路供電的電源電路的設(shè)計，整體設(shè)計結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊 ，電路簡單易懂且便于控制和維修 。它可輸送原煤、礦石、砂子、水泥、面粉等散狀物料，也可以輸送成件物品，如麻包、設(shè)備等。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對流水線上的產(chǎn)品進行計數(shù)，傳統(tǒng)的人工方法不僅容易漏計、錯計，而且勞動強度大、效率低，故在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品自動計數(shù)功能是運輸機上具備的常用功能之一。 (1)皮帶運 輸機的設(shè)計是按照所結(jié)合的要求和條件，首先確定主要組成部分由驅(qū)動裝置、滾筒、托輥及拉緊裝置等幾大部分組成。 拉緊裝置： 本設(shè)計輸送裝置長度較短，比較各種拉緊裝置，選用螺旋拉緊裝置。帶式輸送機是煤礦最理想的高效連續(xù)運輸設(shè)備，與其他運輸設(shè)備相比，不僅具有長距離、大運量、連續(xù)輸送等優(yōu)點，而且運行可靠 ,易于實現(xiàn)自動化、集中化控制 , 與其他運輸手段相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維修容易、運輸量大、動力消耗小、節(jié)省人力、運費低廉的優(yōu)點 。如下圖22所示為輸送裝置原理圖。 3 圖 22 輸 送裝置原理圖 1改向滾筒； 2輸送帶； 3上托輥； 4傳動滾筒； 5下托輥； 6拉緊裝置 整機的配置選擇 根據(jù)輸送帶幾何尺寸、傳動滾筒數(shù)量、拉緊裝置結(jié)構(gòu)和卸料方式的不同，帶式運輸機的配置和外形多種多樣。心層材料有棉帆布、尼龍帆布、聚酯帆布和鋼絲繩。 帶寬 的選擇 輸送成件物品的輸送帶，按所輸送的最大物件的對角線長度，再加約 100mm 余量約定所需要的輸送帶寬度，見圖 24所示，再根據(jù)標準帶寬考慮到運輸?shù)陌b箱不大，選取寬度為 500mm。 表 21 驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置型式 功率范圍 /kW 備注 Y 系列電機 聯(lián)軸器 減速器 ～ 37 功率 W220k? 時電壓為 V380 功率 W220k? 時電壓為 V6000V3000 、 Y 系列電機 液力耦合器 減速器 45～ 315 電機滾筒傳動 ～ 55 其他驅(qū)動型式 ? 355 用戶自行設(shè)計 5 由于本輸送機應(yīng)用于小功率場合，故選擇 Y 系列電機 — 聯(lián)軸器 — 減速器。 滑塊聯(lián)軸器：具有徑向位移、角位移補償能力，由于制造、安裝及機器運轉(zhuǎn)中軸、軸承、支承座等受載荷、溫度的影響而變形，使得被聯(lián)接兩軸在實際中不可能完全 對中，兩軸出現(xiàn)徑向位移、角位移等，這時使用的滑塊聯(lián)軸器允許兩軸間有一定的相互位移。 同一直徑的滾筒有些還配備了幾種軸徑和軸承座中心距。見表 22。改向滾筒的直徑一般比傳動滾筒的直徑小一級。 故綜之，我們選擇輕型、表面為光面、直徑為 400mm 的改向滾筒，滾筒軸承座采用壓注油嘴潤滑。托輥選擇是否合理 ,影響帶式輸送機的使用、維修 , 更會影響帶式輸送機使用壽命。 由參 考文獻 [4]， 托輥輥子的直徑與輸送機帶寬、帶速和承載能力有關(guān)系 , 與輸送機長度和傾角無關(guān)。但輥子的直徑不能太大 ,輥子直徑太大 , 整個輸送機不配套 , 初期投資成本就高。因輸送帶承載的載荷并不大，所以分別選擇平行上托輥和平行下托輥為承載托輥和回程托輥。 拉緊裝置是帶式輸送機不可缺少的重要組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機整體的性能，拉緊裝置的功能主要有以下幾點： （ 1）保證帶式輸送機驅(qū)動滾筒分離點的足夠張力和驅(qū)動裝置依靠摩擦傳動所必須傳遞的摩擦牽引力，以帶動輸送機的正常運轉(zhuǎn)，防止輸送帶打滑； （ 2）保證承載分支最小張力點的必須張力，限制輸送帶在托輥之間的垂度，保證帶式輸送機正常運行； （ 3）補償塑性變形與過渡工況時輸送帶伸長量的變化。各種拉緊裝置的特點如下： 3 H39。它是利用重錘來自動拉緊，由于重錘靠自重拉緊，所以它能保證拉緊力在各種工況下保持恒定不變，能自動補償膠帶的伸長。對輕型物料和輸送量特小的輸送機，可適當(dāng)延長。這種拉緊裝置的優(yōu)點是體積小，拉力大，可用于 500m 以上中等長度以上的輸送機 。包括自動式電動絞車或自動式液壓拉緊裝置，可根據(jù)輸送機啟動、 9 運行、制動運行工況的不同要求，自動調(diào)整輸送帶拉緊力和響應(yīng)張緊滾筒的位置變化要求，宜用于布置復(fù)雜的大型輸送機 [4]。 輸送能力 成件物品的輸送能力 由參考文獻 [4]，按式（ ）、（ ）、（ ）計算。由于該輸送機用于水平輸送成件產(chǎn)品，故圓周驅(qū)動力 NHU FFF ?? 式 () 傳動滾筒上的軸功率取決于其所需要的圓周驅(qū)動力和輸送帶速，即 1000vFP UA ?? 式 () 式中 UF —— 圓周驅(qū)動力， N ； v —— 帶速， sm/ 。 輸送帶張力 輸送帶張力在整個長度上式變化的，影響因素很多，為保證輸送機的正常運行，輸送帶張力必須滿足以下兩個條件： （ 1）在任何負載情況下， 作用在輸送帶上的張力應(yīng)使得全部傳動滾筒上的圓周力是通過摩擦傳遞到輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應(yīng)保證不打滑； （ 2）作用在輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，使輸送帶在兩組托輥間的垂度小于一定值。 表 28 傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦系 數(shù) ? 光滑裸露的鋼滾筒 帶人字形溝槽的橡膠覆蓋面 帶人字形溝槽的聚氨酯覆蓋面 帶人字形溝槽的陶瓷覆蓋面 干態(tài)運行 ～ ～ ～ ～ 清潔潮濕（有水）運行 ～ 污濁的濕態(tài)（泥漿、粘土）運行 ～ ～ 表 29 歐拉系數(shù) ??e 圍包角/(? ) 摩擦系數(shù) ? 170 175 180 185 190 195 200 根據(jù)本設(shè)計的工況要求，查表 28 和表 29取歐拉系數(shù) ??? ，解得 N279min2 ?F 。 解得 N5..2412F min ?承 ， N2550F min ?回 表 210 初始計算張力時使用的輸送帶質(zhì)量 輸送機長度 mL/ 帶寬 mm/ 輸送帶質(zhì)量 1/ ??mkgqB 輸送帶厚度 mmd/ 50 (棉帆布帶 ) 500 650 800 1000 1200 1400 19 電動機選擇 (1) 選擇電動機的類型 電動機是常用的原動機，并且是系列化和標準化產(chǎn)品。交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類，異步電動機又分為籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動機應(yīng)用最廣泛。 可得 6 0 1 0 0 0 1 ( 3 . 1 4 5 0 0 ) 3 8 . 2 2 / m i nnr? ? ? ? ?。間歇工作的場合。 選擇的減速器的技術(shù)參數(shù)如下表 212。 主要元件選擇與簡介 單片機 單片機的全稱叫做單片機微型計算機，是微型計算機家族中的一個分類，是將 CPU、存儲器、總線、 I/O 接口電路集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，因此又稱之為單片機。 單片機的應(yīng)用 為滿足各種各樣系統(tǒng)對控制功能的不同需求，以單片機為控制核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)在規(guī)模、結(jié)構(gòu)、功能等方面將會有很大的不同，根據(jù)規(guī)模可概括、籠統(tǒng)地劃分為基本應(yīng)用系統(tǒng)和和擴展應(yīng)用系統(tǒng)。在 AT89S51 單片機的 40 個引腳中：電源引腳 2根，晶振引腳 2根，控制引腳 4 根，可編程輸入輸出引腳 32 根。當(dāng)采用內(nèi)部時鐘時，連接方法如下圖31 所示，在晶振引腳 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）引腳之間接入一個晶振，兩個引 17 腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如30PF。 AT89S51 單片機內(nèi)部有 4KB 可反復(fù)擦寫 1000 次以上的程 序存儲器，因此我們把EA接到 +5V 高電平，讓單片機運行內(nèi)部的程序，我們就可以通過反復(fù)燒寫來驗證我們的程序了。 P1口： P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位 雙向 I/O口， P1的輸出緩沖可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，因為內(nèi)部在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。做輸出端時，被外部拉低 P3口將用上拉電阻輸出電流。 EA /VPP：外部訪問允許。 PDIP封裝 AS89S51單片機的引腳排列如 下 圖 33所示 圖 33 PDIP封裝 AS89S51單片機的引腳排列 存儲器和 I/O 接口電路 [7] AT89S51單片機芯片內(nèi)配置有 4KB的 Flash程序存儲器和 128B的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，根據(jù)需要可外擴最大 64KB的程序存儲器和 64KB的數(shù)據(jù)存儲器，因此 AT89S51的存儲器結(jié)構(gòu)可分為 4部分：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 復(fù)位操作及復(fù)位電路 [7] 復(fù)位操作是使單片機的 CPU以及各部件處于初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始運行。單片機在 RST高電瓶有效后的第二個機器周期開始執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，并在 RST變?yōu)榈碗娖角暗拿總€機器周期重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作。這里采用手動復(fù)位，以便在出現(xiàn)故障或是任意需要的情況下進行復(fù)位， 時鐘電路 [7] 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，控制著單片機的有序運行節(jié)奏，而時序規(guī)定了指令執(zhí)行過程中各控制信號之間的相互關(guān)系。大多數(shù)的單片機采用內(nèi)部時鐘方式，這里 AT89S51單片機也采用內(nèi)部時鐘方式。其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可被檢測。 根據(jù) 接收器 所感知的信號判斷 被測對象的有無、形狀、方位和顏色時 , 按 發(fā)射器 和 接收器 的相對位置不同可分為反射型和透過型兩種型式 , 見圖 32（ a）、（ b）。 光線照射管芯 , 會產(chǎn)生光生載流子 , 在反向電壓作用下 ,光生載流子導(dǎo)電產(chǎn)生光電流 , 即隨入射光強度的變化在負載電阻的兩端就會產(chǎn)生隨光強度變化的光電壓 ,經(jīng)檢波、放大處理去推動控制系統(tǒng)。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。 （ 2） 對檢測物體的限制少 由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃 .塑料 .木材 .液體等幾乎所有物體進行檢測。 （ 5） 可實現(xiàn)非接觸的檢測 22 可以無須機械性地接觸檢測物體實現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。 （ 7） 便于調(diào)整 在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進行調(diào)整。 （ 3）對射式光電開關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。 （ 5）光纖式光電開關(guān)：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。共陽數(shù)碼管是 指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。 （ 1） 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù) 碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。這樣我們按著數(shù)字 0－ 9 的順序，把每個數(shù)字的筆段代碼按順序排好。當(dāng)物品通過這個傳感器時，遮蓋紅外線，接收器晶體管截止，產(chǎn)生一個負脈沖輸出，這個負脈沖經(jīng)整形后用作計數(shù)脈沖。 顯示電路 在第二章第三節(jié)中的設(shè)計計算中，已算出該運輸機的小時生產(chǎn)輸送能力為 18000 件，以該機器每天工作 12 小時為設(shè)計標準，則該運輸機每天輸送的產(chǎn)品件數(shù)為 216000，裝箱數(shù)為 2160 箱，故在顯示器這塊，我們選擇 六個 的數(shù)碼管即可。 根據(jù)系 統(tǒng)的功能要求， 在理想情況下，各產(chǎn)品之間保持距離，不相互接觸，僅 需設(shè)計主程序 和計數(shù)滿 100 時調(diào)用的一個延時子程序 ， 由于本文只是做一個以機械為主的產(chǎn)品設(shè)計，故具體程序在本文中沒給出， 具體流程圖見圖 3