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徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) I 圖書分類號： 密 級： 摘要 本文主要設計了一種以 AT89S51 單片機為核心的產品自動裝箱控制系統(tǒng)，能夠對自 動化生產流水線上的產品進行精確的計數和裝箱。主體部分采用兩條傳送帶，一條是包 裝箱傳送帶，另一條是產品傳送帶。對產品計數采用光電傳感器，并與單片機 AT89S51 接口，再通過單片機對交流電機的控制，實現產品的自動裝箱。本設計的內容分為兩部 分：物品傳動皮帶機構設計，單片機控制電路設計。其中物品傳動皮帶機構與帶式輸送 機的結構相似，該帶式輸送裝置由輸送帶，托輥，驅動裝置，拉緊裝置等組成。而單片 機控制部分主要分析了單片機與光電傳感器協(xié)同工作和數據處理等方面。通過單片機對 電動機等各機械部分的控制來實現系統(tǒng)要求，從而達到自動化生產的水平。 關鍵詞 自動裝箱；單片機；光電檢測；輸送裝置 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) II Abstract This paper has mainly designed an automatic packing control system for products. The core is monolithic computer of AT89S51. It carries on the precise counting and packing for the products on the automation process line. The main part uses two conveyor belts. One is package conveyor belt, and the other is product conveyor belt. The photoelectric sensor is used for the product counting and connects with the monolithic computer of AT89S51. The monolithic computer controls the motor. At last it realizes the automatic packing. This design divides into two parts. One is the design of goods transmission belt, and the other is the design of circuit control of monolithic computer. The goods transmission belt is similar to the belt conveyors structure, this conveyor belt is installed by the conveyor belt, the supporting roller, the drive, the tightening device and so on. The joint operation between monolithic computer and photoelectric sensor has been analyzed in the section of circuit control. The data processing also has been analyzed. We can achieve the requirements of system through the control on mechanical part, the motor and so on, thus reach the level of producing in automation. Keywords automatic packing monolithic computer electro-optic examination transportation equipment 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) III 目 錄 1 緒論 ..............................................................................................................................................1 1.1 背景介紹 .............................................................................................................................1 1.2 方案確定 .............................................................................................................................1 1.3 設計方案綜述 .....................................................................................................................2 2 帶式輸送裝置設計 ......................................................................................................................3 2.1 帶式輸送裝置的結構與應用 ..............................................................................................3 2.2 輸送帶的選擇與計算 .........................................................................................................3 2.2.1 輸送帶的確定 .............................................................................................................4 2.2.2 輸送帶寬度的選擇 .....................................................................................................4 2.2.3 輸送帶運行速度的選擇 .............................................................................................4 2.2.4 輸送帶接頭的選擇 .....................................................................................................5 2.3 托輥的選擇 .........................................................................................................................5 2.4 滾筒的選擇 ..........................................................................................................................6 2.5 輸送帶牽引力計算 ..............................................................................................................7 2.5.1 輸送帶的運動阻力和有效載荷 .................................................................................7 2.5.2 輸送帶的牽引力 .......................................................................................................11 2.6 帶的強度校核 ....................................................................................................................12 2.7 驅動裝置的設計與計算 ...................................................................................................12 2.7.1 電動機的選擇計算 ....................................................................................................13 2.7.2 減速器的選型 ...........................................................................................................14 2.7.3 聯軸器的選擇 ...........................................................................................................15 2.8 拉緊裝置的選擇 ...............................................................................................................15 3 單片機控制電路設計 ................................................................................................................17 3.1 單片機控制系統(tǒng)的控制要求 ...........................................................................................17 3.2 光電檢測裝置的設計 .......................................................................................................17 3.2.1 光電傳感器的基本原理 ............................................................................................18 3.2.2 傳感器的選擇 ...........................................................................................................19 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) II 3.2.3 傳感器的位置確定 ...................................................................................................19 3.3 單片機控制系統(tǒng)的設計 ...................................................................................................20 3.3.1 單片機的概述 ...........................................................................................................20 3.3.2 單片機的應用 ...........................................................................................................20 3.3.3 單片機的發(fā)展趨勢 ...................................................................................................21 3.3.4 AT89S51 單片機的基本結構 ....................................................................................21 3.3.5 AT89S51 單片機的主要引腳及功能 ........................................................................23 3.3.6 存儲器和 I/O 接口電路 ...........................................................................................25 3.3.7 復位操作及復位電路 ...............................................................................................25 3.3.8 時鐘電路 ...................................................................................................................26 3.3.9 單片機控制的過程 極其流程圖 ...............................................................................26 3.3.10 主程序的設計 ..........................................................................................................28 4 輔助設備的設計 ........................................................................................................................31 4.1 驅動頭架的尺寸確定 .......................................................................................................31 4.2 拉緊尾架的尺寸確定 .......................................................................................................31 4.3 中間架的尺寸確定 ............................................................................................................31 4.4 傳料板的尺寸確定 ...........................................................................................................31 結論 ...............................................................................................................................................32 致 謝 ...............................................................................................................................................33 參考文獻 .......................................................................................................................................34 附錄 ...............................................................................................................................................35 附錄 1........................................................................................................................................35 附 錄 2........................................................................................................................................46 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) III 1 緒論 1.1 背景介紹 在現代化的工業(yè)生產中，常常需要對產品進行計數、裝箱。如果用人工不但麻煩， 而且效率低、勞動強度大。隨著微機控制的普及，特別是單片機的應用，給自動裝箱系 統(tǒng)的設計帶來了極大的方便。近年來，包裝生產線的自動化、電子監(jiān)測和控制系統(tǒng)持續(xù) 發(fā)展，使的包裝企業(yè)以高速度、較少的停機時間和包裝故障，以及產品損耗減少、工傷 和老毛病降低等優(yōu)點而獲得出色的成績。2002 年 11 月 3 至 7 日在芝加哥舉行的國際 PACK EXPO 上，我們可以看到多家自動化公司展示的最新的包裝設備和新技術。這些經濟 實用的自動化技術將會成為未來的發(fā)展力量，可見自動裝箱技術的應用前景十分廣闊。 在中國，自動化技術還未成熟，還需要長時間的發(fā)展，所以將會有很大的空間來發(fā)展此 技術。這也是未來的發(fā)展方向和趨勢。中國的經濟高速度發(fā)展也需要這項技術來促進和 加速，相信在自動化技術成熟以后，中國的經濟也將有飛躍性的進步。當前中國的經濟 發(fā)展格局也是非常的需要高技術來支持。這樣中才會有穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。向西部發(fā)展的 經濟戰(zhàn)略思想必然需要有高技術隨之轉移，生產也將需要自動化技術的支持，這樣發(fā)展 高技術自動化也就是必然的趨勢 通過此題目的設計可以把大學四年所學的專業(yè)知識融會貫通于實際并能鍛煉獨立思 考的能力,努力發(fā)展成未來的技術骨干，為中國的發(fā)展貢獻一份力量，也使得我們能適應 未來中國以及世界自動化技術的發(fā)展趨勢。 1.2 方案確定 根據工況以及本設計的要求，確定以下方案： 托輥：選用平行上下托輥。 滾筒：本設計運送的產品較輕，載荷不大，所需的功率也不大，所以選用光面滾筒， 鋼板焊接。 驅動裝置：根據工況以及設計要求，考慮成本，本設計選擇電機-減速器作為整個方 案的驅動裝置，由電機通過聯軸器、減速器帶動傳動滾筒轉動。 拉緊裝置：本設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。選 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 2 取 500mm 的拉緊行程。 單片機：選用 AT89S51 單片機，是一種低功耗、具有在線編程 Flash 程序存儲器的 單片機。 1.3 設計方案綜述 此自動裝箱系統(tǒng)利用傳感器檢測產品，并與單片機接口，輸出的開關信號來驅動電 動機，經過減速器減速，再帶動傳動滾筒，實現傳送帶的傳送。兩個檢測裝置分別檢測 包裝箱是否到位和產品數量以控制相應電動機的啟、停，從而帶動相應傳送帶傳送，最 終實現精確計數，自動裝箱。 設計意義：此自動裝箱系統(tǒng)從原料到包裝實現了自動化，解決了手工裝箱慢、容易 計數出錯等問題。該方法技術可靠，成本較低，可大大提高工效，減輕工人勞動強度以 及減少產品損耗、工傷事故等?？蓱糜谑雏}、味精、洗衣粉、醫(yī)藥化工、農藥、飼料 等的自動裝箱。 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 3 2 帶式輸送裝置設計 2.1帶式輸送裝置的結構與應用 帶式輸送裝置是一種廣泛應用的連續(xù)輸送裝置。工作原理是：由撓性輸送帶作為物 料承載件和牽引件的連續(xù)輸送設備，根據摩擦傳動的原理，由傳動滾筒帶動輸送帶進行 物料的傳遞與運輸。它結構簡單，工作可靠，造價低廉，適用性強。特別對工作節(jié)拍沒 有嚴格要求、比較干燥的生產場所，可用于柔性或半柔性的自動包裝線，輸送帶、盒、 箱等產品或散粒、塊狀產品。帶式輸送裝置一般由傳動滾筒，改向滾筒，輸送帶，托輥， 拉緊裝置等組成。如下圖2-1所示為輸送裝置原理圖。撓性輸送帶2繞在上、下托輥之上， 由傳動滾筒驅動，拉緊裝置6用于調節(jié)輸送帶的拉緊力，以保持輸送帶的輸送能力。傳動 滾筒驅動輸送帶的能力與輸送帶在傳動滾筒上的包角大小有關，包角大時傳動能力大， 而改向滾筒就用于增大傳動包角。帶式輸送裝置的各輥軸軸承都采用滾動軸承，以減小 運轉中的摩擦阻力和功率消耗。 圖 2-1 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 2.2 輸送帶的選擇與計算 輸送帶是帶式輸送機的牽引構件及承載構件，用于輸送物料和傳遞動力， 是帶式輸 送機的重要組成部分，約占帶式輸送機總成本的30%40%左右。它貫穿輸送機的全長， 在設備檢修中占很大比重。同時，輸送帶在帶式輸送機中既是貨物的承載機構，又是帶 式輸送機的牽引機構，因此，不僅需要足夠的強度，而且還應具有耐磨、耐腐蝕的要求。 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 4 輸送帶選擇的合理與否直接影響帶式輸送機的投資、運行成本，更為重要的是將直接影 響輸送機的可靠、安全運行。 2.2.1 輸送帶的確定 輸送帶結構型式分為織物心輸送帶和鋼絲繩心輸送帶，由上覆蓋膠、心層、下覆蓋 膠組成，上、下覆蓋膠的作用是保護心層不受損壞和不受周圍工作環(huán)境的影響。心層材 料有棉帆布、尼龍帆布、聚酯帆布和鋼絲繩?？椢镄膶虞斔蛶Э筛鶕Υ笮∵x取層數， 棉帆布心輸送帶層數為3-8 層，尼龍帆布心輸送帶層數為2-6 層，聚酯帆布心輸送帶層 數為3-6 層，當達到最大層數仍不能滿足拉力要求時，采用鋼絲繩心輸送帶。自動包裝 機所用帶式輸送裝置多為輕型或特輕載荷類型，要求傳送帶結構緊湊、輕巧。根據輸送 機類型、結構以及工況，考慮經濟成本，此設計的輸送帶心層材料選用4層的棉帆布帶。 2.2.2 輸送帶寬度的選擇 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 2-2 所示，再根據標準帶寬考慮到運輸的包裝箱不大，選 取寬度為 500mm。此時要求包裝箱的對角線長度 A 不宜大于 400mm。因為包裝箱傳送帶所 承受的重量大于產品傳送帶，所以下面選擇計算包裝箱傳送帶，產品傳送帶的各參數可 與其相同。 圖 2-2 輸送帶寬 2.2.3 輸送帶運行速度的選擇 輸送帶運行速度是輸送機設計計算的重要參數，在輸送量一定時，適當提高帶速， 可減少帶寬。對水平安裝的輸送機，可選擇較高的帶速，輸送傾角越大帶速應偏低，向 上輸送時帶速可適當高些，向下輸送時帶速應低些。 輸送成品件時的產品輸送帶速度 見式（2.1）v 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 5 式vnl （2.1） 式中 輸送帶速度，m/s，包裝線上輸送塊狀物件取值常小于 1.25m/s；v 每秒鐘輸送成件物品的件數，此處 n=5 件；n 輸送帶上成件物品節(jié)距，等于物品長度與兩件之間的間距之和，此處l ；0.2m 所以,產品輸送帶速度 ,包箱輸送帶可選用與此同樣的速.51/.25/vsms 度為 1m/s。 2.2.4 輸送帶接頭的選擇 帶式輸送機輸送帶的接頭有搭鉚接，皮帶扣連接，硫化膠粘接及化學膠粘接等方式。 不同的連接方式接頭效率不同。橡膠帆布帶以優(yōu)質硫化粘接最好，一般硫化粘接次之， 皮帶扣連接再次，搭接鉚接最差。接頭效率等于接頭處最大破壞強度與輸送帶的極限強 度的比值。為了此傳送帶有足夠長的使用壽命，選用優(yōu)質硫化粘接。 2.3 托輥的選擇 托輥是用于支承輸送帶及輸送帶上所承載的物品，保證輸送帶穩(wěn)定運行的裝置。它 是整個輸送裝置中的重要部件, 使用數量多, 形式多樣, 價格昂貴。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。托輥可分為：承載托輥、 回程托輥。其中承載托輥分為：槽形托輥、緩沖托輥、調心托輥、平行上托輥等?；爻?托輥可分為：平行下托輥、螺旋托輥、V形托輥等。 托輥輥子的直徑與輸送機帶寬、帶速和承載能力有關系, 與輸送機長度和傾角無關。 托輥直徑與帶寬的關系托輥輥徑與長度應符合GB/T99021991帶式輸送機托輥基本參數 與尺寸的規(guī)定, 見表2-1（單位mm）。 表 2-1 托輥直徑與帶寬的關系 托輥直徑 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 63.5 76 89 108 133 159 194 219 在確定帶速的情況下, 托輥輥子的轉速不能太大。在同樣壽命情況下, 轉速大, 使 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 6 用時間就短,轉速小, 使用時間就長。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。一般規(guī)定: 輥子的轉速不能超過600r/min。托輥直徑與 輸送機帶速的關系見表2-2。 表2-2 托輥輥徑與帶速、轉速的關系（r/min） 輥徑(mm) 0.8 1.0 1.25 1.6 2.0 2.5 3.15 4.0 5.0 6.5 89 172 215 268 344 429 537 108 142 177 221 283 354 442 557 133 144 180 230 287 359 453 575 159 120 150 192 240 300 379 481 601 194 123 158 197 246 310 394 492 219 275 349 436 567 已確定輸送帶寬度B=500mm，且?guī)賤=1m/s，再綜合以上情況, 根據表2-1和表2-2, 選用托輥直徑89mm。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。 2.4滾筒的選擇 滾筒分傳動滾筒和改向滾筒。傳動滾筒是傳遞動力的主要部件傳動滾筒根據承載能 力分輕型、中型和重型三種。 輕型：軸承孔徑 80-100mm。軸與輪轂為單鍵聯接的單幅板焊接筒體結構。單向出軸。 中型：軸承孔徑 120-180mm。軸與輪轂為脹套聯接。 重型：軸承孔徑 200-220mm。軸與輪轂為脹套聯接，筒體為鑄焊結構。有單向出軸和 雙向出軸兩種。 傳動滾筒是將驅動裝置的動力，通過摩擦力傳遞給輸送帶的部件。通常情況下，根 據軸與輪轂之間的連接方式，傳動滾筒有鋼板焊接結構和鑄焊結構兩種形式。鋼板焊接 滾筒軸與輪轂之間采用鍵連接，能承受中小型載荷；鑄焊滾筒軸與輪轂之間采用脹套連 接，避免了由于鍵連接而削弱軸的強度，因此這種結構形式的滾筒可承受較大的負荷， 且便于安裝和拆卸。滾筒表面有光面和膠面兩種形式，在功率不大，環(huán)境濕度小的情況 下，可采用表面摩擦因數小的光面滾筒；在功率大，環(huán)境又潮濕，容易打滑的情況下采 用表面摩擦因數大的膠面滾筒。膠面的作用是增大傳動滾筒與輸送帶之間的摩擦力。膠 面滾筒有鑄膠和包膠兩種工藝型式，鑄膠滾筒膠面厚且耐磨，質量好，但工藝復雜，價 格高；包膠滾筒工藝簡單，成本低。膠面滾筒有光膠面、人字型溝槽和菱形溝槽三種型 式。當采用人字型溝槽膠面滾筒時，應注意其方向性，人字型尖應朝向滾筒的轉動方向， 菱形膠面滾筒用于雙向運輸的輸送機。用于重要場合的滾筒最好采用硫化橡膠覆面；當 有阻燃、隔爆條件要求時，應采用相應措施。此處運送的產品較輕，所需的功率也不大， 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 7 所以選用光面滾筒。 改向滾筒的作用是改變輸送帶的運行方向或增加輸送帶與傳動滾筒間的圍包角。增 加圍包角的作用是增加輸送帶與滾筒間的接觸面，使輸送帶與滾筒間不打滑。改向滾筒 包括尾部滾筒、增加傳動滾筒圍包角、增加尾部滾筒圍包角及拉緊裝置處的滾筒。改向 滾筒和傳動滾筒一樣有鋼板焊接結構和鑄焊結構兩種形式。滾筒表面有光鋼面和光膠面 兩種。除較重要的場合選用光膠面滾筒外，一般采用光鋼面滾筒。 按承載能力改向滾筒又可分輕型、中型和重型；軸承孔徑分為50-100mm，120-180mm 及200-260mm，結構與傳動滾筒一致。改向滾筒覆面有裸露光鋼面和平滑膠面兩種。 表 2-4 各種帆布帶相對層數的最小傳動滾筒直徑 型號 3 4 5 6 7 8 CC-56、NN-100 500 500 630 800 1000 1000 NN-150、EP-100 500 500 630 800 NN-120 NN-300 EP-200 EP-300 500 630 800 1000 因為選用的棉帆布帶層數 ，所以由上表 2-4，可選用的滾筒最小滾筒直徑為4Z 500mm。 因為該向滾筒的直徑一般比傳動滾筒的直徑小一級，結合下表 2-5，可選用帶寬 ，長度 ， 的滾筒為傳動滾筒，帶寬 ，長度50Bm60L150Dm50Bm ， 的滾筒為改向滾筒。6L24 表 2-5 帶寬和滾筒直徑、長度之間的關系 帶寬 B （mm） 滾筒長度 L（mm） 滾筒直徑 D（mm） 500 600 200,250,315,400,500 650 750 200,250,315,400,500,630,800,1000 800 950 200,250,315,400,500,630,800,1000,1250,1400 所選的傳動滾筒和改向滾筒的基本參數如下表 2-6： 表 2-6 滾筒基本參數 滾 筒 帶寬（mm） 直徑 D（mm ） 軸承 型號 許用合力 (KN) 轉動慣量 (Kgm2) 質量 (Kg) 圖 號 傳動滾筒 500 500 6316 49 5 250 DT01A4081 改向滾筒 500 400 6312 40 3 166 DT01B3052 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 8 2.5輸送帶牽引力計算 2.5.1 輸送帶的運動阻力和有效載荷 輸送帶運動時的阻力包括直線區(qū)段、曲線區(qū)段以及一些附屬裝置所產生的局部阻力。 （1）直線區(qū)段 輸送帶在托輥上運動時的阻力包括托輥軸承以及帶與托輥之間的摩擦阻力等。通常 由與托輥單位長度壓力所引起的運動阻力來表示，特稱為阻力系數。其值 與軸承類型 及工作環(huán)境有關， 取長度為 L、傾角為 的一段輸送帶，分析其受力狀況，如圖 2-3 所 示。設單位長度內物件、輸送帶和上、下托輥的當量線載荷 、 、 、 。即可求WqD1G2q 出作用在托輥軸承上的總壓力 N。 式/WqGl （2.2） 式11/l （2.3） 式（2.4）22/Gql 式中 包箱重量，此處為 250N；WG 上托輥重量，由參考文獻7查得，此處選為 116N；1 下托輥重量，由參考文獻7查得，此處為 104N；2 包裝箱節(jié)距，此處為 1000mm（包裝箱長略小于 400mm） ；l 上托輥間距，輸送散貨時取 1.2m。輸送件貨時，如果單間重量超過1 200N，則托輥間距應小于件貨輸送方向長度的一半，此處取 0.18m； 下托輥間距，一般取 23 米，此處取 3 米。 l 所以 ： ， ， ，由參考文獻5可查得50/WqNm160/GqN234.67/GqNm 。57.09/Dq 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 9 圖 2-3 輸送帶受力分析 考慮到 角較小， 幾乎為零度，可近似地取 式()cosWDGNqL （2.5） 這樣輸送帶在托輥上運動時所受的摩擦阻力為 式()cosWDGNqL （2.6） 令 Sa、Sb 分別代表所選區(qū)段內輸送帶主動邊和從動邊的拉力。由圖（2-3）可列出 受力平衡方程式 式()cos()sinWDGWDSabqLqL （2.7） 進而求出該區(qū)段的運動阻力為 式1()cos()sinZWDGWDFSabqLqL （2.8） 對于松邊來說，因沒有物件承載，Q W=0，故主從動邊的拉力差改變?yōu)? 式2()cos()sinZDGWDFqLqL 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 10 （2.10） 由參考文獻5可查得帶與托輥的運動阻力系數 ，接合一般輸送帶長度選擇，0.25 這里帶長取 12m。 所以, 直線區(qū)段的運動阻力 1()cos()sinZWDGWDFqLqL =0.02512(250+57.09+1370) =503.13N 2()cosinZDGDFqLq =0.025(57.09+34.67) 12 =27.53N （2） 曲線區(qū)段 輸送帶饒過主、從動滾筒時也會遇到阻力，它主要由軸承摩擦阻力以及帶本身的剛 性阻力組成。 軸承摩擦阻力是通過作用在滾筒上的外力再轉換為對軸承的正壓力 而求出的，即 N 式FN （2.11） 式中 軸承的摩擦系數，由參考文獻5查得，此處為 0.015。 如圖 2-4 所示，作用在滾筒上的外力有，輸送帶饒入端和饒出鍛端的拉力 、 ，S 以及滾筒的自重；若忽略不計此自重，且近似取 = ，則作用在滾筒上軸承的合力S 式2sin()N （2.12） 式中 滾筒的包角，此處取為 180。 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 11 圖 2-4 滾筒受力分析 若將軸承摩擦阻力折算到滾筒圓周上，則當量阻力為 式2sin()FNdDSD （2.13） 式中 D、d分別為滾筒及其軸頸的直徑，此處傳動滾筒分別取 500mm，80mm，改 向 滾筒分別取 400mm，60mm； 輸送帶由于本身彎曲變形和內摩擦效應所產生的運動阻力 式FS （2.14） 撓性系數可按下式近似計算 式1.2.3D （2.15） 式中 帶的厚度，此處為 4.5mm。 因此，帶在曲線區(qū)段運動的總阻力為 式2sin()QFdSS （2.16） 式中 S帶繞過輪上兩端拉力中取較大者。 曲線區(qū)段 23 的撓性系數由式（2.15）近式算出： 1.21.223.30.4506D 該區(qū)段的運動阻力由式（2.16）算出，其中 S 在計算時采用從動滾筒帶繞出段端拉力。 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 12 2323223sin()QFdSDS 330.156i904.6 2.5.2 輸送帶的牽引力 由式（2.7）看出，在直線區(qū)段內，輸送帶上 a 點的拉力 Sa 應等于另一點 Sb 的拉力 與兩點間的運動阻力之和。對帶的拉力進行逐點計算的分段方法，如圖 2-5 所示。 圖 2-5 輸送帶受力分析的分段 以主動滾筒上輸送帶的繞出點 1 為起始點，以饒入點 4 為終點，沿帶的工作運轉方 向將它分為若干直線和曲線區(qū)段。并設各點拉力： 第 1 點為： 1S 第 2 點為： 2ZF 第 3 點為： 323Q 第 4 點為： 4123ZQZSF 據此可求出運輸帶任一點的 n 的拉力 式1()nn: （2.17） 進而可求出輸送帶在傳動滾筒上繞出點的拉力 與饒入點 之間的函數關系。0SR ， ， ，令則式（2.17 ）改寫為式（2.18） 。RnS01nS0(1)RnF: 式0RSF （2.18） 另一方面，在正常運轉過程中，為保證帶的作用力傳遞和不沿滾筒打滑，饒入點和 饒出點的拉力還必須滿足由歐拉公式所提出的條件，即 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 13 式（2.19）0RSeK 式中 K安全系數，通常取 1.21.5。 至此，可求出輸送帶的牽引力 式0RORZQZPSF （2.20） 由上述推導可列出如下： 21ZSF323Q4123ZQZSF 所以， 0.91.1(4)0.89321...6 考慮到滾筒為金屬制件，其工作環(huán)境干燥，由參考文獻5可查得，=0.25， ，再取安全系數 K=1.5，又得2.19e 式41112.9.546SeKS （2.21） 對以上兩表達示 S4=f（S1）聯立，解出主從動滾筒繞入端和繞出端的拉力為 ： 41273.SN8 所以，牽引力 。410.2FSN 2.6帶的強度校核 校核帶輸送帶的強度，可用下式（2.22）： 式maxZBSn （2.22） 式中 Z帶的帆布層數，此處為 4； B帶寬，此處為 500mm； 一層 1cm 寬膠布帶的保證強度，普通橡膠帶（棉布帶芯膠布）通常取 560N/cm； n安全系數，查由參考文獻5得，此處為 8。 最大拉力，此處 。maxSmax410.2SN 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 14 max45061273.48.95ZBS 故說明強度可靠。 2.7 驅動裝置的設計與計算 驅動裝置是用來驅動輸送帶運動，實現物料運送的裝置。其驅動原理是依靠傳動滾 筒與輸送帶之間的摩擦力來傳遞動力使帶運動的。驅動裝置由電動機、減速器、聯軸器、 傳動滾筒等組成。如圖 2-6 為驅動裝置圖。對于傾角較大的上運帶式輸送機還應設有停 止器或制動器，以防止電動機斷電后輸送帶在自重及物料重力作用下返回運動。而本設 計的帶式輸送裝置傾角較小，幾乎為零，所以可不設置停止器或制動器。 圖 2-6 驅動裝置圖 1-電動機；2、4-聯軸器；3-減速器；5-傳動滾筒 2.7.1電動機的選擇計算 （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品。機械設計中需要根據工作機 的工作情況和運動，動力參數，合理地選擇電動機類型，結構形式，傳遞的功率和轉速, 確定電動機的型號。電動機有交流電動機和直流電動機之分.由于直流電動機需要直流電 源，結構較復雜，價格較高，維護比較不方便，因此無特殊要求時不宜采用。工業(yè)上常 采用交流電動機。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用最廣泛。而在此自動裝箱系統(tǒng)中，電動 機須經常啟動、制動，所以要求電動機的轉動慣量小和過載能力大，應選用起重及冶金 用三相籠型異步電動機，電壓380V，YZ型。 （1） 選擇電動機的容量 電動機所需工作功率為 式(10)daPFv 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 15 （2.23） 式中 F輸送帶的牽引力，N； v輸送帶的速度，m/s； 電動機至輸送帶的傳動總功率；a 傳動總功率： 4213 式中 軸承的傳動效率，此處為 0.98；1 蝸桿傳動的傳動效率，此處為 0.7；2 連軸器的傳動效率，此處為 0.99；3 滾筒的傳動效率，此處為 0.96。4 所以， 420.98.790.6a6 1.(.)7PdKW （2） 確定電動機的轉速 滾筒軸工作轉速為 式601()nvD （2.24） 式中：D傳動滾筒直徑，此處為 500mm； v輸送帶帶速，此處為 1m/s。 可得 。601(3.450)8.2/minnr 因為一級蝸桿減速器的傳動比 i=1040，則電動機轉速的可選范圍為：(84).219/idi 根據容量和轉速等，由參考文獻4查得，選用電動機型號為 YZ112M-6。選用的電動 機的技術參數如表 2-7 表 2-7 電動機的技術參數 型號 額定功率 （KW） 定子電流 （A） 轉 速（r/min ） 最大轉矩 堵轉轉矩 堵轉電流 效率（%） 功率因數 YZ112M-6 1.5 4.25 920 2.0 2.0 4.47 69.5 0.765 2.7.2 減速器的選型 根據帶速，傳動滾筒直徑和電動機轉速推知減速器的傳動比為： 式（2.25）603.14920.5624.07inDv 由機械手冊查得，蝸桿減速器的結構簡單，尺寸緊湊，效率低，適用于載荷較小。間 歇工作的場合。所以這里選用 CW 型圓弧圓柱蝸桿減速器，它適用于冶金，礦山，起重， 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 16 運輸，化工，建筑等機械設備的減速傳動。 由下式（2.24） ，式（2.25）可初步計算減速器的功率 式（2.26）112JBPf 式（2.27）34R 式中 減速器計算輸入機械功率，Km；1JP 減速器計算輸入熱功率；R 減速器實際輸入功率；1B 工作載荷系數，由參考文獻6查得，此處取為 1.25；f 啟動頻率系數，由參考文獻6查得，此處取為 1.1；2 小時負荷系數，由參考文獻 6得，此處取為 0.7；3f 環(huán)境溫度系數，由參考文獻6得，此處取為 1.14。4 所以 ， 10.751.09625JPKW4R 由于 大于 ，故按 進行選擇。1J11.J 選擇的減速器的技術參數如下表 2-8 表 2-8 減速器的技術參數 型號 高速軸輸入轉矩 額定輸入功率 傳動比 中心距 CW125-25- 1000r/min 5.6 KW 25 125mm 2.7.3 聯軸器的選擇 考慮到工作現場的空間和減少傳動鏈的原則，該設計直接采用聯軸器，通過聯軸器 直接把電動機和減速器聯接，減速器與滾筒聯接。 動力傳遞過程中，電機轉速相對較大，有一定的振動且頻繁啟動，因此電動機與減 速器相連處選用彈性聯軸器。減速器與滾筒聯接處轉速低，但有一定載荷，兩軸也不在 同一基礎上，有相對偏差，因而選用滑塊聯軸器。 彈性套柱銷聯軸器：具有撓性元件，依靠彈性套與半聯軸器凸緣上圓孔間的間隙以 及彈性套的變形,不但具有位移補償能力，而且具有良好的緩沖吸振能力，因此適用于這 里啟動頻繁、有沖擊振動的場合。 滑塊聯軸器：具有徑向位移、角位移補償能力，由于制造、安裝及機器運轉中軸、 軸承、支承座等受載荷、溫度的影響而變形，使得被聯接兩軸在實際中不可能完全對中， 兩軸出現徑向位移、角位移等，這時使用的滑塊聯軸器允許兩軸間有一定的相互位移。 徐 州 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 17 2.8 拉緊裝置的選擇 拉緊裝置給輸送帶一定的初始拉緊力，在運行中始終使輸送帶保持一定的拉緊程度， 以免在驅動滾筒上打滑，并使輸送帶在拖輥間的撓度保證在規(guī)定的范圍內。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）保證帶式輸送機驅動滾筒分離點的足夠張力和驅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，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。由于負載變化會引起輸送帶發(fā)生 長度變化，蠕變現象也會造成輸送帶伸長，張緊力有變小趨勢，需要拉緊裝置來吸收由 蠕變產生的伸長，維持輸送機正常運行所需的最小張緊力； （4）為輸送帶重新接頭做必要的行程準備。每部帶式輸送機都有若干個接頭，可能在某 一時間接頭會出現問題，必須截頭重做，拉緊裝置為帶式輸送機準備了負荷以外的輸送 帶，這樣接頭故障就可以通過放松拉緊裝置重新接頭來解決。 常見的拉緊裝置有重力拉緊裝置、螺旋拉緊裝置、固定絞車拉緊裝置、自動拉緊裝 置等。各種拉緊裝置的特點如下：3 H D; Z, 9 （1）重力拉緊裝置。重力拉緊裝置是結構最簡單，應用最廣泛的一種拉緊裝置。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。重力拉緊裝置的特點是拉緊力不變，拉緊位移可變，它 適用于固定式長距離運輸機，機長 500m 以上的中長距離輸送機，需較大的拉緊行程，可 將拉緊滾筒小車布置在輸送機下部，通過布置在輸送機一側的重錘拉緊塔架實現重錘拉 緊。 （2）螺旋拉緊裝置。