【正文】 設(shè)計或選用的電磁激振裝置必須保證實(shí)現(xiàn)預(yù)期的激振頻率、振幅、磁極氣隙、線圈溫升、供送速度和生產(chǎn)能力，而且有的參數(shù)還要便于調(diào)整。激振電磁鐵常用的供電方式有交流激磁、單相半波整流激磁和交直流聯(lián)合激磁三大類。其中又有變頻與恒頻之分；即使不調(diào)頻，不同的供電方式所產(chǎn)生的激振力幅與頻率往往也不盡一致。下面對交流激磁與單相半波整流激磁作出對比。（1）交流激磁這是一種最容易獲得的供電方式，其控制電路如圖13所示。 圖13 交流激磁通常，交流激磁方式主要用于小型和微型的斗式電磁振動給料器。其基本特征是，激磁頻率較高，工作振幅較小，供送速度較慢，與處理微小型物件使用不大的料斗和電磁激振力大致相適應(yīng)。 （2）單相半波整流激磁如圖14所示：圖14 單相半波整流激磁電磁鐵的輸入電壓U是經(jīng)過二極管整流的半個正弦波電壓。因鐵芯線圈屬于電感性負(fù)載，以至在每次循環(huán)中負(fù)載電流必然是從零值迅速增加起來的，而達(dá)到峰值時外電壓幾乎將為零?？墒窃陔娫措妷合Ш蟮牧戆雮€周期內(nèi)，負(fù)載電流卻依指數(shù)函數(shù)規(guī)律延續(xù)一段短時間才能消失，有時甚至降不到零便又開始下一次循環(huán)。這樣一來鐵芯線圈的磁場強(qiáng)度就會發(fā)生畸變。為簡化計算、便于實(shí)用起見，不妨近似地用半個正弦波來反映它的周期性變化狀態(tài)。據(jù)此可知，在每一周期內(nèi)電磁吸力也只能出現(xiàn)一次高峰，因而系統(tǒng)的激振頻率必與電源的頻率相同。通常，單相半波整流激磁方式多用于中型電磁振動給料器，以與較低的激磁頻率、較大的振幅和較快的供送速度相適應(yīng)。綜上所述，單相半波整流激磁更為合理有效。2. 激振電磁鐵的構(gòu)造與配置“Ⅲ”型電磁鐵，采用硅鋼片借螺栓或鉚釘固定而成。它導(dǎo)磁率高，結(jié)構(gòu)緊湊、對稱性好、雙極激振，通過增減片數(shù)能適當(dāng)改變主磁極面積；工作中渦流損失和剩磁、漏磁都少，加上電磁鐵周圍大都同空氣接觸，故有利降低溫升，一般可供交流和直流激磁。因此，“Ⅲ”型電磁鐵是設(shè)計電磁振動給料器最優(yōu)先選擇的結(jié)構(gòu)形式。螺管式和圓盤式電磁鐵，其共同特點(diǎn)是：鐵芯及銜鐵均用工業(yè)純鐵制造，加工方便，不受批量限制；但由于鐵芯是整塊結(jié)構(gòu)，線圈活套其中，渦流損失大，散熱性差，如果導(dǎo)磁材料不符合要求，這些弊病就更為突出，甚至能產(chǎn)生較強(qiáng)的剩磁效應(yīng)而無法維持正常工作。螺管式電磁鐵的主磁極及其氣隙幾乎全部被線圈包圍，即使氣隙較大仍會產(chǎn)生相當(dāng)穩(wěn)定的電磁吸力。圓盤式電磁鐵的有效磁極個數(shù)為內(nèi)外兩個，這一點(diǎn)比螺管式優(yōu)越，但因盤徑較大，對磁極氣隙的調(diào)整往往提出很高的要求，以免發(fā)生端面的局部互相碰撞現(xiàn)象。綜上所述，“Ⅲ”型電磁鐵是設(shè)計電磁振動給料器最優(yōu)。 電磁振動給料器的設(shè)計與計算（1）輸送物料 洗衣粉，堆積體積質(zhì)量（2）輸送距離 水平輸送，L=。（3）輸送量 Q=3600kg/h。（4）工作制度 每天工作8小時。（1）振動頻率 取f=50Hz （2）機(jī)械指數(shù) 取K=6。（3）槽體傾角 （4）振動方向角 （5）振幅 由下式計算得（6）拋擲指數(shù) 由下式計算得 （7）拋擲因素 根據(jù)D=,查表得，拋擲因素為 （8）物料的平均速度 由下式計算得3．工藝參數(shù)的計算 （1）槽體的截面尺寸 由下式計算得 取槽體寬度B=。取槽體高度H=。（2）輸送量校核計算 式中 ， 為料層厚道。4．隔振彈簧的剛度及激振力的傳遞 ① 橡膠彈簧選型與垂向動剛度 所選隔振橡膠彈簧系成型元件，彈性模量E=,切變模量G = N/mm2,彈簧動載系數(shù)d=。 彈簧初始的內(nèi)徑r1=5mm,外徑r2=,高度 H=37mm。彈簧與底盤的中心距rc=rb=130mm；彈簧個數(shù)i=3,算出彈簧初始橫截面積 彈簧形狀系數(shù) 隔振彈簧垂向總動剛度 =290N/mm ② 彈簧的最大壓縮應(yīng)變量與激振力傳遞 根據(jù)前面計算結(jié)果得知振動給料器的總重G1=300N，再計入振動料槽內(nèi)的物料總重G2=10N，算出橡膠彈簧垂向靜剛度 橡膠彈簧預(yù)壓縮量 橡膠彈簧最大壓縮應(yīng)變量 激振力傳遞率 總之，、均適用。 5．設(shè)計激振電磁鐵的基本參數(shù) ① 電磁激振力 取衰減振幅比，衰減振動周期，算出主振體轉(zhuǎn)化質(zhì)量： 當(dāng)量阻尼系數(shù) 主振動系統(tǒng)的相對振幅 故得激振力力幅及其與位移的相位角 176。 ② 磁極氣隙量取氣隙安全余量，算出相應(yīng)的磁極氣隙量 ③ 主磁極有效端面面積 選用Ⅲ形矽鋼片制作鐵芯，磁極個數(shù)j=2,漏磁系數(shù)，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=,空氣導(dǎo)磁率，以可控硅半波整流激磁回路進(jìn)行控制，,算出主磁極有效端面面積 鐵芯最大磁通量 ④ 鐵芯線圈匝數(shù) 考慮供電電壓的不穩(wěn)定性，算出鐵芯線圈匝數(shù) 據(jù)此設(shè)計和試制出來的槽式振動給料器，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，工作效果良好。3．8 鉸鏈的計算柔性鉸鏈的柔度(剛度)是首要的設(shè)計參數(shù)。計算柔性鉸鏈的柔度時，由于柔性鉸鏈的變形集中在柔性鉸鏈的圓弧部分，所以忽略柔性鉸鏈圓弧以外的變形。又由于柔性鉸鏈的變形十分微小，所以忽略柔性鉸鏈各個變形之間的干涉。設(shè)材料的彈性模量為E ，剪切彈性模量為G ，根據(jù)彈性靜力學(xué)的基本分析和微積分的推導(dǎo)，矩形單軸柔性鉸鏈的系列設(shè)計計算公式。 圖15 鉸鏈的受力分析 滑塊的速度，向下為正。速比 速比 完全由機(jī)構(gòu)位置及尺寸、決定。式中 為和方向的夾角。=180176。和同方向，故取正向。 3．9 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的選擇與計算強(qiáng)度約束條件　　圖16為承受軸向載荷的壓縮彈簧，現(xiàn)分析其受力情況，拉伸彈簧的簧絲受力情況完全相同。在通過軸線的剖面上，彈簧絲的剖面為橢圓，但由于螺旋升角一般很小，可近似地用圓形剖面代替。將作用于彈簧的軸向載荷F移至這個剖面，在此剖面上有轉(zhuǎn)矩：T=FD2/2和剪切力F的聯(lián)合作用。這二者在彈簧絲剖面上引起的最大剪切應(yīng)力τ為： 式中：K為曲度系數(shù)(或稱補(bǔ)償系數(shù))，用以考慮螺旋升角和彈簧絲曲率等的影響，其值可按下式計算： 則彈簧絲的強(qiáng)度約束條件為：或 式中：[τ]為許用剪切應(yīng)力；　　　　　Fmax為彈簧的最大工作載荷。圖16　受軸向載荷的壓縮彈簧 剛度約束條件　　圓柱螺旋彈簧的變形計算公式是根據(jù)材料力學(xué)求得的，即： 式中，G為材料的剪切彈性模量。由此可得剛度約束條件為 或 式中：k為彈簧剛度，表示彈簧單位變形所需的力?！　?，且大于2。穩(wěn)定性約束條件　　當(dāng)作用在壓縮彈簧的載荷過大，高徑比b=H0/D2超出一定范圍時，彈簧會產(chǎn)生較大的側(cè)向彎曲而失穩(wěn)?！　楸ＷC彈簧的穩(wěn)定性，一般規(guī)定，兩端固定時取b；一端固定另一端自由時，取b；兩端自由時，應(yīng)取b。如未能滿足上述要求，則要按下式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算：第 4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計 控制系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)以傳感器輸出信號為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)物料的自動定量充填，其工作過程分為進(jìn)料、稱量、卸料、裝袋四個階段。稱量開始時，控制器控制電磁振動給料器粗細(xì)進(jìn)料同時進(jìn)行，物料落人稱量斗，在短時間內(nèi)加人額定重量的90%一95%，當(dāng)稱料斗中物料重量達(dá)到粗給料設(shè)定值時，粗給料電磁振動給料器停止運(yùn)作，細(xì)給料器繼續(xù)進(jìn)料，進(jìn)人慢進(jìn)料階段，完成預(yù)定重量的5%一10%，當(dāng)稱料斗物料量接近設(shè)定值時，細(xì)給料器停止，稱量過程完成。觸動卸料開關(guān)，控制器控制稱料斗卸料門打開，物料落人到包裝容器中，完成了一個充填周期。其流程圖如圖17所示。圖17 供料流程圖 稱量裝置此部分是提供待稱量物料質(zhì)量信息的裝置，主要由稱料斗、負(fù)荷測量與傳遞裝置等組成?！Ｍㄟ^一固定在其上的橫梁與安置在機(jī)架上的兩支稱量傳感器相連，下部鉸接有兩扇排料門，在液壓缸的作用下打開為排料，關(guān)閉為進(jìn)料和稱量。若稱料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計或制造使幾何中心與重心不重合，必導(dǎo)致稱量斗產(chǎn)生偏移，形成單擺結(jié)構(gòu)，負(fù)荷測量與傳遞裝置難以測出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。負(fù)荷測量與傳遞裝置主要由稱重傳感器、信號放大器和A/ D轉(zhuǎn)換器組成，因其具有目平衡能力，且取樣速度快、。但設(shè)計中要考慮溫度和時間等因素變化引起的零職、溫飄和失調(diào)電壓以及稱重傳感器、信號放大器和A/D轉(zhuǎn)換器中任何一個性能不佳，對充填精度和速度產(chǎn)生的影響。 傳感器的選擇 磁性開關(guān)的選擇 磁性開關(guān)是接近傳感器，它（甚至透過非黑色金屬）響應(yīng)于一個永久的磁場作用距離大于電感傳感器。響應(yīng)曲線與永久磁場的方向有關(guān)。 當(dāng)一個目標(biāo)（永久磁鐵或外部磁場）接近時，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（線圈的電量L是由它決定的）變小，線圈的電感量也減小，Q值增加。激勵振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加。 當(dāng)一個磁性目標(biāo)靠近時，磁式傳感器的電流消耗隨之增加。磁式傳感器與電感式傳感式傳感器相比較之優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：。（傳感面）可以由金屬制成。，結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：（一般為磁鐵或磁鋼）的磁場強(qiáng)度影響較大。，只能用非鐵質(zhì)材料。圖18 GA型24155 料位檢測器的選擇與控制料位檢測器的選擇超聲波料位檢測。超聲波發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變磁場中，產(chǎn)生機(jī)械振動，發(fā)射出超聲波。接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時，使磁滯材料磁場變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢輸出。超聲波物位計由超聲波傳感器及電子變送器單元構(gòu)成。傳感器安裝于容器上部，在電子單元的控制下，傳感器向被測物體發(fā)射一束超聲波脈沖。聲波被物體表面反射，并被傳感器接收轉(zhuǎn)換為電信號。從超聲波發(fā)射到重新被接收，其時間與傳感器至被測物體的距離成正比。電子單元檢測該時間，并根據(jù)已知的聲速計算出被測距離。我選用LR725超聲波物位計，產(chǎn)品如圖所示：圖19 超聲波物位計產(chǎn)品特點(diǎn)非接觸測量，高性能、低成本、免維護(hù)、高精度、長壽命智能信號處理技術(shù)，儀表適應(yīng)各種工況條件光電隔離420mA電流輸出多種通訊接口（可選）故障報警輸出電流22mALCD液晶或LED數(shù)碼管顯示窗，外形美觀精致防腐塑料外殼（IP67），耐酸堿，適應(yīng)惡劣環(huán)境靈活的支架、法蘭、螺紋安裝（可選）低頻聲波能夠測量粉末狀料位、泡沫狀液位雙通道多點(diǎn)物位、物位差測量圖20是料倉料位控制原理圖，圖中虛線表示允許料位變化的上下限。在正常情況下，應(yīng)保持料位在虛線范圍之內(nèi)。為此，在料倉內(nèi)的不同高度安裝2個料位檢測器，以感知料位的變化情況。其中，A處于上限料位，B處于下限料位，A、B各通過一個電阻與地相連。料倉由電機(jī)帶動輸送帶供料，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，以達(dá)到對料位控制的目的。供料時，料位上升，當(dāng)達(dá)到上限時，A處的料位器得到信號，此時電機(jī)和輸送帶停止供料。當(dāng)料位處于下限位時，B處的料位器得到信號，啟動電機(jī)并開始供料。如此反復(fù)循環(huán)。 圖20 料倉料位控制原理簡圖單片機(jī)的控制電路如圖21所示。對該控制電路作如下說明：圖21 單片機(jī)的料位控制電路 ①由于8031單片機(jī)沒有內(nèi)部ROM，因此需外擴(kuò)展ROM作為程序存儲器。本系統(tǒng)使用2732構(gòu)成4KB的外擴(kuò)展程序存儲器，74LS373作為地鎖存器。 ②，這兩個信號共有4種組合狀態(tài)，如表4所示： 表4 料位信號及操作狀態(tài)表A() B()操 作0011`0101電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)維持原狀故障警報電機(jī)停轉(zhuǎn) 其中，第3種組合在正常情況下是不可能發(fā)生的，但在設(shè)計中還是應(yīng)該考慮到，并作為一種故障狀態(tài)。 ③。為了提高控制的可靠性，使用了光電耦合。 ④，驅(qū)動一支發(fā)光二極管進(jìn)行光報警。程序設(shè)計如下圖22 單片機(jī)的料位控制程序流程圖程序流程圖22所示。 主程序： ORG 8000H AJMP LOOP LOOP： ORL P1，03H ；為檢查料位狀態(tài)作準(zhǔn)備 MOV A，P1 JNB ,ONE ；=0 則轉(zhuǎn) JB ,TWO ；=1 則轉(zhuǎn) BACK： ACALL D10S ；延時10秒 AJMP LOOP ； ONE： JNB ,THREE ；=0則轉(zhuǎn) CLR 93H ；←0,啟動報警裝置 SETB 92H ；←1,停止電機(jī)工作 FOUR： SJMP FOUR ； THREE； CLR 92H