銑切薄木板微波烘烤上料裝置設(shè)計

I 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 III 摘 要 目前，我 們生活中用的木板越來越多 ， 而大量 薄木板原材料搬運作業(yè)多采用人工操作。人工上料 勞動強度大，環(huán)境惡劣 ,危險系數(shù)大，而且搬運效率低下，不能適應(yīng)快速 制造業(yè)的發(fā)展 ；隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的 進步 ，對 薄木板原材料 搬運 的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。 該 薄木板微波烘烤上下料裝置設(shè)計 目的是設(shè)計一種帶上下料裝置的傳送裝置。它通過控制氣缸實現(xiàn)料架定位和上料。氣缸通過外部的接口安裝在支架上。傳送裝置采用履帶式輸送機，履帶的鏈板上均勻安裝隔箱。當(dāng)隔離箱口正對著上料裝置時， 通過單 片機控制 電機和 電磁閥，實現(xiàn) 傳送裝置暫停和兩個氣缸聯(lián)合動作，從而實現(xiàn) 自動上料作業(yè)。 基于氣動機器人原理設(shè)計的 自動上料裝置 與人工 上料 相比，它的主要優(yōu)點是：簡化了操作工藝，提高了運輸效率，改善了勞動條件，節(jié)省了作業(yè)人員，保障了生產(chǎn)安全。自動摘掛鉤搬運鋼管機械手的 市場潛力很大 ， 市場前景比較樂觀。 關(guān)鍵詞： 履帶；輸送機；氣缸；單片機；電機 IV The Design of the device of Milling thin board microwave heat up ABSTRACT At present,more and more thin wood are used in lour daily lives ,but a lot of thin board raw materials are handled by manual operation which needs intensive labor. it is in harsh environment and with big risk coefficient, low handling efficiency., and can not adapt to the rapid development of manufacturing industry. With the advances in modern machine-building industry, it improves the request of work efficiency and product quality of conveying steel at the same time. The milling boards and microwave heating system is designed on a take out of the device, it can be achieved through the inlet control located on the tape movement and material. the cylinder by external feet interface installation in transmitting device. a transporter, too, has its crawler track tracked in on the installation of the links in isolation from the box. when was the case of the material devices, through monolithic integrated circuits to control motor and air valve for a transfer devices and the two cylinder joint action Key words: manipulator； the hooks picking and linking； cylinder； single-chip - 1 - 前 言 1.1 我國自動輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r 1.1.1 我國自動化制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國的機械制造業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用起步較晚。 50 年代初期 ,國家建設(shè)了一批大型現(xiàn)代化骨干企業(yè)，首先從研制自動化裝備開始發(fā)展機械自動化技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和我國工業(yè)化的發(fā)展，我國的制造自動化技術(shù)水平不斷發(fā)展與提高， 50年來已取得了很大的成就。 1各種機械化與自動化輸送機愈來愈多地替代 了人工操作的運輸。經(jīng)過“七五”和“八五”期間的不懈努力，研制、開發(fā)的系列成套自動化設(shè)備基本上滿足了國內(nèi)生產(chǎn)的需要，部分改變了依賴進口的被動局面。 2 各種輔助機械化與全自動化裝置及技術(shù)也得到了發(fā)展，多自由度轉(zhuǎn)胎架、變位器、機械手等設(shè)備研制成功，并先后用于傳送生產(chǎn)過程。 3自動化傳送裝置已逐漸發(fā)展為現(xiàn)代完全自動化技術(shù)。在汽車、焊管、包裝、工程機械和重型機械等企業(yè)中，發(fā)展為無需人力操作的生產(chǎn)流水線。 但就自動化控制精度而言，我國輸送生產(chǎn)自動化技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比差距仍較大。 1 國產(chǎn)自動和半自動運輸設(shè)備的使 用性能、品種和質(zhì)量還不能完全滿足國內(nèi)大多數(shù)用戶的需求，品種構(gòu)成不適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，運輸精度低。 2 機械化自動化專用成套制造設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)計、制造技術(shù)落后，生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品的使用性能和質(zhì)量與國外同類產(chǎn)品相比差距較大。 3不同行業(yè)、不同地區(qū)、不同企業(yè)的機械化自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用不平衡，且差距很大，相當(dāng)多的企業(yè)傳送機構(gòu)生產(chǎn)仍以手工操作為主，機械化與自動化程度極低。 4科研力量不足 ,既懂制造技術(shù)又會計算機應(yīng)用技術(shù)的人員缺乏，發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)備自動化最新技術(shù) (計算機控制、逆變、信息傳感、參數(shù)控制等 ) 滯后，開 發(fā)出的計算機軟硬件技術(shù)實用性和商品化程度差。 1.1.2 我國輸送裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 我國生產(chǎn)制造的帶式輸送機的品種、類型較多。在 “ 八五 ” 期間，通過國家一條龍“ 日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備 ” 項目的實施，帶式輸送機的技術(shù)水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)呂開發(fā)都取得了很大的進步。如大傾 - 2 - 角長距離帶式輸送機成套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機等均填補了國內(nèi)空白，并對帶式輸送機的減低關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動和制動裝置以及以 PLC為核心的可編程 電控裝置，驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器。目前，我國煤礦井下用帶式輸送機的主要技術(shù)特征指標(biāo)如表 2所示。 表 1-2 國內(nèi)帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo) Tab.1-2 The main technical parameters of the belt conveyer in China 主參數(shù) 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機 運距 /m 20003000 3000 帶速 /m.s-1 3.5 4 45，最高達 8 輸送量 /t.h-1 2500 3000 3000 4000 驅(qū)動總功率 /kW 1200 2000 1500 3000，最大達10100 圖 1.1 順槽可伸縮帶式輸送機 1.1.3 國內(nèi)外帶式輸送機技術(shù)的差距 1 .大型帶式輸送機的關(guān)鍵核心技術(shù)上的差距 - 3 - 帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)測技術(shù) 長距離、大功率帶式輸送機的技術(shù)關(guān)鍵是動態(tài)設(shè)計與監(jiān)測，它是制約大型帶式輸送機發(fā)展的核心技術(shù)。目前我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機并制訂計算方法和設(shè)計規(guī)范，設(shè)計中對輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)（一般取 n=10 左右），與實際情況相差很遠。實際上輸送帶是粘彈性體，長距離帶式輸送機其輸送 帶對驅(qū)動裝置的起、制動力的動態(tài)響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，而不能 簡單地用剛體力學(xué)來解釋和計算。已開發(fā)了帶式輸送機動態(tài)設(shè)計方法和應(yīng)用軟件，在大型輸送機上對輸送機的動張力進行動態(tài)分析與動態(tài)監(jiān)測，降低輸送帶的安全系統(tǒng)，大大延長使用壽命，確保了輸送機運行的可靠性，從而使大型帶式輸送機的設(shè)計達到了最高水平（輸送帶安全系數(shù) n=5 6），并使輸送機的設(shè)備成本尤其是輸送帶成本大為降低。 可靠的可控軟起動技術(shù)與功率均衡技術(shù) 長距離大運量帶式輸送機由于功率大、距離長且多機驅(qū)動，必須采用軟起動方式來降低輸送機制動張力 ，特別是多電機驅(qū)動時。為了減少對電網(wǎng)的沖擊，軟起動時應(yīng)有分時慢速起動；還要控制輸送機起動加速度 0.3 0.1 m/s2，解決承載帶與驅(qū)動帶的帶速同步問題及輸送帶涌浪現(xiàn)象，減少對元部件的沖擊。由于制造誤差及電機特性誤差，各驅(qū)動點的功率會出現(xiàn)不均衡，一旦某個電機功率過大將會引起燒電機事故，因此，各電機之間的功率平衡應(yīng)加以控制，并提高平衡精度。國內(nèi)已大量應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器來實現(xiàn)輸送機的軟起動與功率平衡，解決了長距離帶式輸送機的起動與功率平衡及同步性問題。但其調(diào)節(jié)精度及可靠性與國外相比還有一定差距。此外，長距離大 功率帶式輸送機除了要求一個運煤帶速外，還需要一個驗帶的帶速，調(diào)速型液力偶合器雖然實現(xiàn)軟啟動與功率平衡，但還需研制適合長距離的無級液力調(diào)速裝置。當(dāng)單機功率 500 kW 時，可控 CST 軟起動顯示出優(yōu)越性 4-10。由于可控軟起動是將行星齒輪減速器的內(nèi)齒圈與濕式磨擦離合器組合而成（即粘性傳動）。通過比例閥及控制系統(tǒng)來實現(xiàn)軟起動與功率平衡，其調(diào)節(jié)精度可達 98% 以上。但價格昂貴，急需國產(chǎn)化。 2. 技術(shù)性能上差距 我國帶式輸送機的主要性能與參數(shù)已不能滿足高產(chǎn)高效礦井的需要，尤其是順槽可伸縮帶式輸 送機的關(guān)鍵元部件及其功能如自移機尾、高效儲帶與張緊裝置等與國外有著很大差距。 - 4 - 裝機功率 我國工作面順槽可伸縮帶式輸送機最大裝機功率為 4 250 kW，國外產(chǎn)品可達 4 970 kW，國產(chǎn)帶式輸送機的裝機功率約為國外產(chǎn)品的 30% 40%，固定帶式輸送機的裝機功率相差更大。 運輸能力 我國帶式輸送機最大運量為 3000 t/h，國外已達 5500 t/h。 最大輸送帶寬度 我國帶式輸送機為 1400 mm，國外最大為 1830 mm。 帶速 由于受托輥轉(zhuǎn)速的限制，我國帶式 輸送機帶速為 4m/s，國外為 5m/s 以上。 工作面順槽運輸長度 我國為 3000 m，國外為 7300m。 自移機尾 隨著高產(chǎn)高效工作面的不斷出現(xiàn)，要求順槽可伸縮帶式輸送機機尾隨著工作面的快速推進而快速自移。國內(nèi)自移機尾主要依賴進口，主要有 2 種：（ a）隨轉(zhuǎn)載機一起移動的由英國 LONGWALL 公司生產(chǎn)的自移機尾裝置。（ b）德國 DBT 公司生產(chǎn)的自移機尾裝置。前者只有一個推進油缸，后者則有 2個推進油缸。 LONGWALL 公司生產(chǎn)的自稱機尾用于在國內(nèi)帶寬 1.2 m 的輸送機上，缺點是自移機尾輸送帶的跑偏量太小，糾偏 能力弱，剛性差。德國生產(chǎn)的自移機尾在國內(nèi)使用效果優(yōu)于前者，水平、垂直 2 個方向均有調(diào)偏油缸，糾偏能力強。因此，前者還需完善，后者則需研制。但對自移機尾的要求是共同的，既要滿足輸送機正常工作時防滑的要求，又要滿足在輸送機不停機的情況下實現(xiàn)快速自移 11-18。 高效儲帶與張緊裝置 我國采用封閉式儲帶結(jié)構(gòu)和絞車紅緊為主，張緊小車易脫軌，輸送帶易跑偏，輸送帶伸縮時，托輥小車不自移，需人工推移，檢修麻煩。國外采用結(jié)構(gòu)先進的開放式儲帶裝置和高精度的大扭矩、大行程自動張緊設(shè)備，托輥小車能自動隨輸送帶伸縮到位。輸送 帶有易跑偏，不會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象。 輸送機品種 機型品種少，功能單一，使用范圍受限，不能充分發(fā)揮其效能，如拓展運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ?，做到一機多用；另外，我國煤礦的地質(zhì)條件差異很大，在運輸系統(tǒng)的布置上經(jīng)常會出現(xiàn)一些特殊要求，如彎曲、大傾角（ +25）直至垂直提升等，應(yīng)開發(fā)特殊型專用機種帶式輸送機。 3 . 可靠性、壽命上的差距 輸送帶抗拉強度 我國生產(chǎn)的織物整芯阻燃輸送帶最高為 2500 N/mm，國外為3150 N/mm。鋼絲繩芯阻燃輸送帶最高為 4000 N/mm，國外為 7000 N/mm。 輸送帶接頭強度 我國輸送帶接頭強度為母帶的 50% 65%，國外達母帶的70% 75%。 - 5 - 托輥壽命 我國現(xiàn)有的托輥技術(shù)與國外比較，壽命短、速度低、阻力大，而美國等使用的新型注油托輥，其運行阻力小，軸承采用稀油潤滑，大大地提高了托輥的使用壽命，并可作為高速托輥應(yīng)用于帶式輸送機上，使用面廣，經(jīng)濟效益顯著。我國輸送機托輥壽命為 2萬 h，國外托輥壽命 5 9萬 h，國產(chǎn)托輥壽命僅為國外產(chǎn)品的 30%40%。 輸送機減速器壽命 我國輸送機減速器壽命 2萬 h，國外減速器壽命 7 萬 h。 帶式輸送機上下運行時可靠 性差 19-21。 4 . 控制系統(tǒng)上差距 驅(qū)動方式 我國為調(diào)速型液力偶合器和硬齒面減速器，國外傳動方式多樣，如 BOSS 系統(tǒng)、 CST 可控傳動系統(tǒng)等，控制精度較高。 監(jiān)控裝置 國外輸送機已采用高檔可編程序控制器 PLC，開發(fā)了先進的程序軟伯與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)采信、處理、存儲、傳輸、故障診斷與查詢等完整自動監(jiān)控系統(tǒng)。我國輸送機僅采用了中檔可編程序控制器來控制輸送機的啟動、正常運行、停機等工作過程。雖然能與可控啟（制）支裝置配合使用，達到可控啟（制）動、帶速同步、功率平衡等功能，但沒 有自動臨近裝置，沒有故障診斷與查詢等。 輸送機保護裝置 國外帶式輸送機除安裝防止輸送帶跑偏、打滑、撕裂、過滿堵塞、自動灑水降塵等保護裝置外，近年又開發(fā)了很多新型監(jiān)測裝置：傳動滾筒、變向滾筒及托輥組的溫度監(jiān)測系統(tǒng)；煙霧報警及自動消防滅火裝置；纖維織輸送帶縱撕裂及接頭監(jiān)測系統(tǒng)；防爆電子輸送帶秤自動計量系統(tǒng)。這些新型保護系統(tǒng)我國基本處于空白。而我國現(xiàn)有的打滑、堆煤、溜煤眼滿倉保護，防跑偏、超溫灑水，煙霧報警裝置的可靠性、靈敏性、壽命都較低。 1.2 課題任務(wù)及要求 1.2.1 課題背景和研究意義 隨著科學(xué)技 術(shù)的進步，我國傳送裝置制造行業(yè)有了長足的進步。傳送裝置的成套性，自動化程度，定位精度和整體質(zhì)量都明顯提高，其應(yīng)用范圍正逐步擴大，尤其是我國制定了拉動內(nèi)需的政策以后，傳送裝置制造業(yè)加快了發(fā)展。在我國，工廠內(nèi)流水 - 6 - 線生產(chǎn)方式還不完善，其主要原因是在自動化生產(chǎn)過程中，存在準確性低，控制不穩(wěn)定，夾緊裝置設(shè)計不合理等問題，在生產(chǎn)線上一般需要人工管理，影響到生產(chǎn)進度。雖然傳送裝置系統(tǒng)設(shè)計在制造業(yè)中不是核心技術(shù)問題，但對我國生產(chǎn)流水線技術(shù)的進步起著舉足輕重的作用?？梢灶A(yù)計，今后 10 年內(nèi)，隨著世界制造業(yè)中心逐步向中國轉(zhuǎn)移，我 國的傳統(tǒng)制造業(yè)必將按照現(xiàn)代化的標(biāo)準加快技術(shù)改造。大量采用高度自動化的加工設(shè)備是工業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢，并將促進我國制造業(yè)發(fā)生根本性的變革。 目前，低成本高自動化傳送裝置已成為制造行業(yè)發(fā)展的一種趨勢。它明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的人工操作和先進的導(dǎo)軌式傳送裝置 ，采用 高精度、 高效 率、自動化高的傳送設(shè)備 技術(shù) 5,6。在傳送過程中上料裝置給輸送機自動上料，在此過程中定位可靠，總偏移量小于 1cm，并且在傳輸烘烤過程中無需人工管理，實現(xiàn)全自動化，運作性能穩(wěn)定可靠，提高了勞動生產(chǎn)率 ，節(jié)約能源等方面均有明顯的經(jīng)濟效益。 從長遠來看，自動 化的應(yīng)用將在各行各業(yè)得到飛速的發(fā)展。 1.2.2 課題任務(wù) 1.設(shè)計一臺可應(yīng)用在微波干燥機上的薄板上料裝置。該裝置所上的材料為厚度2mm，長度 800mm，寬度 300mm 的薄木板； 2.該裝置的上料效率為每小時 4000 片； 3.木板被上料前的狀態(tài)為摞在一起的堆垛狀態(tài)； 4.機械手應(yīng)用單片機或 PLC 控制。 1.2.3 課題所完成的主要工作 1.總體方案設(shè)計； 2.各子系統(tǒng)的設(shè)計； 3.各零部件計算與設(shè)計； 4.標(biāo)準件的選用； 5.控制系統(tǒng)的電路原理圖。 2 總體方案的設(shè)計 2.1 總體方案的確定 方案 是采用履帶式運輸機構(gòu)，可以連續(xù)的進行傳送運輸作業(yè)，并且在運輸過程中進行烘烤處理，同時在履帶鏈板均勻安裝隔離盒子，把木料放在隔離盒子里進行傳送，使木板在傳送過程中更好的烘烤和方便上料，當(dāng)料盒口水平并到達上料位時，單片機 - 7 - 根據(jù)不同的信號調(diào)用不同的子程序，來控制相應(yīng)的交流伺服電機的運轉(zhuǎn)，控制履帶鏈的運動與停止。當(dāng)履帶鏈停止時，單片機控制電磁閥動作，水平氣缸伸出，完成上料。上料結(jié)束后，單片機控制電磁閥水平氣缸縮回的同時控制另一個電磁閥把料架提升到上料位。上料動作完成后，單片機控制電機使履帶鏈運動。當(dāng)料箱到達下料位，料 箱傾斜，木料自動滑下。 更好的實現(xiàn)自動化，上料機構(gòu) 如下圖 2.1 所示 。 傳送裝置如下圖 2.2 所示 。 圖 2.1 上料機構(gòu) 圖 2.2 傳送機構(gòu) 2.2 驅(qū)動系統(tǒng)選擇 目前機械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電機驅(qū)動等多種方式，各種 - 8 - 驅(qū)動方式有其自身的特點，在工業(yè)中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛，有些場合則同時采用多種驅(qū)動方式，這都視不同工作的特點和要求所定。比較這些驅(qū)動方式的特點，從中選出適合 上料裝置和傳送裝置 的驅(qū)動方式。 一 液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動的特點有 : 1)驅(qū)動力和驅(qū)動力矩較大，臂力可達 100 公 斤 ； 2)速度反應(yīng)性較好。因為被驅(qū)動件的速度快慢取決于油液的容積變化，所以當(dāng)不考慮油液的溫度變化時，被驅(qū)動系統(tǒng)的滯后也幾乎沒有，而且液壓機構(gòu)的適量輕、慣性小，因此它的速度反應(yīng)性較好 ； 3)調(diào)速范圍較大，而且可以無級調(diào)速，易于適應(yīng)不同的工作要求 : 4)傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實現(xiàn)較頻繁而平穩(wěn)的換向 ； 5)在產(chǎn)生相同驅(qū)動力條件下，液壓驅(qū)動比其他驅(qū)動方式體積小、重量輕、慣性小 ； 6)定位精度比氣動高，但比電機低 ； 7)液壓系統(tǒng)的泄漏對機構(gòu)的工作穩(wěn)定性有一定的影響 ； 8)油液中如果混入氣體，將降低傳 動機構(gòu)的剛性，影響定位精度 (產(chǎn)生爬行 )； 9)油液的溫度和粘度變化影響傳動性能。 液壓驅(qū)動機械手多用于要求臂力較大而運動速度較低的工作場合。 二 氣壓驅(qū)動 氣動驅(qū)動的特點有 : 1)通過調(diào)節(jié)氣流，就可實現(xiàn)無級變速 ； 2)由于壓縮空氣粘性小，流速大，因此氣壓驅(qū)動的機械手動作速度快 ； 3)壓縮空氣可從大氣中吸取，故動力源獲得方便、價格低廉，而且廢氣處理方便 ； 4)由于壓縮空氣粘度小，因此在管路中的壓力損失也很小，一般其阻力損失不到油液在油路中損失的千分之一 ；故壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠距離輸送 ； 5)壓縮空氣的 壓縮性較大，因此使機械手的運動平穩(wěn)性較差，定位精度較低， 而且壓縮空氣排到大氣中時噪聲較大，另外還須考慮潤滑和防銹等 ； 耐壓縮空氣的工作壓力較低，致使機械手結(jié)構(gòu)較大。 因此，氣壓驅(qū)動的機械手，常用于臂力小于 30公斤、運動速度較快以及高溫、 低溫、高粉塵等工作條件較惡劣的場合。 三 電機驅(qū)動 - 9 - 電機驅(qū)動系統(tǒng)按電機的功能可分為直流電機驅(qū)動系統(tǒng)、交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)、無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)和多態(tài)電機驅(qū)動系統(tǒng)等。各種電機系統(tǒng)的工作原理有很大的區(qū)別，性能上也存在著較大的差異。在這里，不對這些電機系統(tǒng) 作一一介紹。只是把電機驅(qū)動與液壓和氣壓驅(qū)動做一個比較，從中得到結(jié)論。 電動機根據(jù)運行距離及電機的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機，可達到非常高的位姿準確度，這些都是電機驅(qū)動的優(yōu)點。相對的，液壓與氣壓驅(qū)動系統(tǒng)組成機構(gòu)繁瑣，維護不方便，液壓源和氣壓源裝置體積大，對于 上料裝置 來說也是一個無法實現(xiàn)的問題，對于 上料裝置 所要求的速度精度，液壓和氣壓驅(qū)動也很難滿足。 在 減速 電機的選型上，考慮到 減速 電機品種規(guī)格較多，仔細分析它們的特點，來恰到好處的選擇。 常見減速電機的種類 及特點 1） 蝸輪蝸桿減速機的主要特 點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。 2） 諧波減速電機的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。 3） 行星減速電機其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。減速電機一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電動機 .內(nèi)燃機或其它高速運轉(zhuǎn)的動力通過減速電機的 輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，普通的減速電機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比 。 減速箱（或叫齒輪箱）的用途有 : 1.加速減速 ,就是常說的變速齒輪箱 . 2.改變傳動方向 ,例如我們用兩個扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個轉(zhuǎn)動軸 . 3.改變轉(zhuǎn)動力矩 .同等功率條件下 ,速度轉(zhuǎn)的越快的齒輪 ,軸所受的力矩越小 ,反之越大 . 4.離合功能 : 我們可以通過分開兩個原本嚙合的齒輪 ,達到把發(fā)動機與負載分開的目的 .比如剎車離合器等 . 5.分配動力 .例如我們可以用一臺發(fā)動機 ,通過齒輪箱主軸帶動多個從軸 ,從而實現(xiàn)一 - 10 - 臺發(fā)動機帶動多個負載的功能 . 齒輪箱的工作原理： 齒輪箱是用來變速的，減速箱或者減速電機多是通過齒輪變速，原理一說白了就是一個大齒輪帶齒輪或小齒輪帶大齒輪 從上面介紹可以看出：減速電機變比一旦選好速比，就不能改變， 減速箱可以變速和改變傳動方向。 綜上所述，根據(jù)設(shè)計任務(wù)提出的要求，本文 上料機構(gòu) 選擇氣動驅(qū)動方式 ，傳送機構(gòu)選擇電機驅(qū)動方式。 2.3 機械結(jié)構(gòu)選擇 2.3.1 傳送機構(gòu)選擇 方案一 本 方案采用刮板式輸送機，該結(jié)構(gòu)堅實， 能經(jīng)受住煤炭、矸石或其他物料的沖、撞、砸、壓等外力作用。能適應(yīng)采煤工作面底板不平、彎曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向的曲。輸送機機身矮，便于安裝。 但該輸送機自動上料實現(xiàn)困難。 圖 2.3 刮板式輸送機 方案二 本方案采用帶式輸送機， 帶式輸送機（皮帶輸送機）是功能齊全的輸送機種，既可直線輸送，又可傾斜、轉(zhuǎn)彎輸送，它是運用輸送帶的連續(xù)或間歇運動來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的貨物，但帶式輸送機的 耐 酸堿、耐油、阻燃等各種性能 比較差 ，并耐高、低溫 均 需要進行 特殊 制造 ，所以不適合微波烘烤裝置。 圖 2.4 帶式輸送機 - 11 - 方案三 本方案采用特殊制造的鏈板式輸送機 ，利用固接在牽引鏈上的一系列板條在水平或傾斜方向輸送物料的輸送機，以單片鋼板鉸接成環(huán)帶作為運輸機的牽引和承載構(gòu)件承載面具有橫向隔片置于槽箱中驅(qū)動環(huán)帶借隔片將煤刮運輸出。它由驅(qū)動機構(gòu)、張緊裝置、牽引鏈、板條、驅(qū)動及改向鏈輪、機架等部分組成。在冶金、煤炭、化工、電力、機械制造及國民經(jīng)濟的其他工業(yè)部門中均得到了廣泛的應(yīng)用。 其特點如下： 1、適用范圍廣。除 粘度特別大的物料外，一般固態(tài)物料和成件物均可用它輸送； 2、輸送能力大。特別是鱗板鏈板式輸送機（一般稱為雙鏈有擋邊波浪型鏈板式輸送機）的生產(chǎn)能力可高達 1000t/h； 3、牽引鏈的強度高，可用作長距離輸送； 4、輸送線路布置靈活。與帶式輸送機相比，鏈板式輸送機可在較大的傾角和較小的彎曲半徑的條件下輸送，因此布置的靈活性較大。 該 輸送機的傾角可達 30 -35，彎曲半徑一般約為 5-8m； 5、在輸送過程中可進行分類、干燥、冷卻或裝配等各種工藝加工； 6、運行平穩(wěn)可靠。 圖 2.4 履帶式輸送機 總述以上方 案，最終選定方案三，該方案簡潔有效，結(jié)構(gòu)緊湊，機械原理和機械設(shè)計設(shè)計比較簡單，且比較適合自動上料。 2.3.2 上料機構(gòu)選擇 方案一 本方案的主要特點是由鏈條傳動。當(dāng)物料從上料機構(gòu)上面到達上料機構(gòu)前端時，電機運轉(zhuǎn)，鏈條帶動上料機構(gòu)往前運動，把物料送到下一個工位。本方案的特點是物料必須有上面到達上料位置。 - 12 - 圖 2.5 鏈條上料機構(gòu) 圖 2.6 氣缸對重式上料機構(gòu) 方案二 本方案的主要特點是由兩個氣缸協(xié)調(diào)動作來完成上料。當(dāng)上一個物料通過水平氣缸送出完成時，迅速把上料機構(gòu)收回，垂直氣缸通過滑輪組把料架 拉到下一個上料位。如此循環(huán)動作實現(xiàn)自動化。 3 總體 計算 3.1 氣缸的選擇 3.1.1 垂直 氣缸選擇 對重 氣缸選擇型號為 CA240-U1I07-400，其具體參數(shù)為： 活塞直徑： 40mm 最大行程： 400 mm 壓力范圍： 0.1-4.2MP 受力計算：根據(jù)設(shè)計要求，垂直氣缸 最大負重可達 120Kg,料架 重約為 15Kg 建立上部夾緊機構(gòu)的力學(xué)模型：（圖 3-1） 符號說明： f：摩擦力 Fn:氣缸提供的推力 - 13 - Fn :圓桿的支反力 Mg:機構(gòu)自身重力 F 機構(gòu)負重 本計算采用簡化算法， 其中將機器人的重力作用 點移到圖示位置 . 圖 3-1 受力分析圖 在垂直方向建立平衡方程 ； fFM g (3-1) 所以： )(13 238.9)1512 0( Nf (3-2) 單側(cè)所受摩擦力 5.661213232 ； ff(3-3) 又： nFuf 查表得摩擦系數(shù) u=0.5 )(1 3 2 35.0 5.6 6 1 NufFF nn (3-4) 對氣缸進行受力分析 （圖 3-2） ： 其中， )(1323 NFFnn (3-5) 圖 3-2 氣缸受力分析 建立平衡方程： aa FSPSPn 其中 S=0.02x0.02=0.0004 2M ， P 為大氣壓強 1.01x 510 Pa 所以： 0 0 0 4.0 1 3 2 30 0 0 4.01001.15S FSPP aan3.4Mpa4.2Mpa (3-6) 符合設(shè)計要求，型號選擇正確。 - 14 - 圖 3.3 腳架固定氣缸的型式、尺寸和質(zhì)量 3.1.2 水平 氣缸選擇 水平上料 氣缸選用 MB20x50 該氣缸自身帶導(dǎo)桿，增強了機構(gòu)的穩(wěn)定性。為了防止系統(tǒng)因氣缸偏置而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，所以采用兩個氣缸雙側(cè)布置。氣缸主要參數(shù)如下： 活塞直徑： 20mm 最大行程： 50 mm 壓力范圍： 0.1-0.7MP 計算當(dāng)氣缸達到極限壓力時（ P=0.7MPa）所產(chǎn)生的最大提升力 : ）（ NPSF 56002.0107.022 26 (3-7) 設(shè)計要求為 450N,符合設(shè)計要求。 3.2 導(dǎo)向桿的加工 安裝在基板上的垂直氣缸驅(qū)動 V 型定位架上下移動，但是由于鋼管的重量和 V 型定位架的重量都比較重，為了使垂直氣缸的活塞桿不因受偏載荷而彎曲變形，在垂直氣缸的兩側(cè)分別設(shè)計一個導(dǎo)向桿，起到保證軸向定位作用。導(dǎo)向桿的直徑為 20，材料45 號鋼，加工工藝路線為鍛造 熱處理 機加 熱處理 精加工。 第一次熱處理應(yīng)該是正火處理或者是調(diào)質(zhì)處理 ,應(yīng)用較多的是調(diào)質(zhì)處理 .其主要作用是提高材料的機械性能 ,獲得綜合機械性能良好的索氏體組織 ,可提高工件的使用性能 ；如果是 正火處理其主要作用是改善組織 ,細化晶粒 。 第二次熱處理應(yīng)該是淬火處理 .一般的軸類 - 15 - 工件選用中頻淬火機床進行表面感應(yīng)淬火處理 ,其主要作用是提高表面硬度 ,提高軸的耐磨性 ,提高使用壽命 .一般不選用常規(guī)熱處理 ,因為其處理后的變形量大 ,不利于進行精加工 . 3.3 軸承的校核 為了簡便計算使用機械設(shè)計手冊（軟件版） V3.0 進行軸承設(shè)計，其校核過程如下表 表 1 6314 軸承的校核過程表 設(shè)計 參數(shù) 選擇軸 承型號 計算軸 承受力 計算當(dāng) 量動載荷 校核軸 承壽命 Fr=0 N Fa=0N Ft=165N d1=70mm n=40r/min Lh=15000h L=860mm L1=245mm La=150 mm ft=1 潤滑方式為油潤滑 d=70 mm D=150 mm B=35mm C=12800 N Co=6650N nlimy=18000 r/min Fr1=82.5 N Fa1=0 N Fr2=82.5 N Fa2=0 N P1=123.75N P2=123.75 N 軸承工作溫度 T=120 軸承壽命 L10=1106609 (106 轉(zhuǎn) ) 軸承壽命 Lh=461087177h 經(jīng)校核可知 6314可以滿足要求。 3.4 直線軸承的選擇 直線軸承是一種以低成本生產(chǎn)的直線運動系統(tǒng)，用于無限行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸呈點接觸，故使用載荷小。鋼球以極小的磨擦阻力旋轉(zhuǎn)，從而能獲得高精度的平穩(wěn)運動 （圖 3-6） 。 直線軸承 是與淬火 導(dǎo)向軸 配合使用。作無限直線運動的系統(tǒng) 負荷滾珠和淬火傳動軸因為是點接觸，容許載荷較小，但直線運動時，摩擦阻力最小，精度高，運動快捷。 直線軸承廣泛用于電子設(shè)備，拉力試驗機及數(shù)字化三維坐標(biāo)測 量設(shè)備等精密設(shè)備，以及多軸機床、沖床、工具磨床、自動氣割機、打印機、卡片分選機、食品包裝機等工業(yè)機械的滑動部件。 根據(jù)導(dǎo)向桿的尺寸，設(shè)計選用了 LM20L 32 80 型號的直線軸承，直線軸承內(nèi)徑為 20，外徑為 32，長度為 80， 直線軸承是用在在軸上做軸向運動減少摩擦力的 。 - 16 - 圖 3.4 LM 直線軸承 3.5 鋼絲繩的計算 在工作時鋼絲繩所受的力為 F=mgu F=240N 鋼絲繩直徑由最大工作靜拉力確定，取鋼 絲繩公稱抗拉強度 1550t M P a d C S = mm44.10 9 3.02 4 0 查機械設(shè)計手冊 取最小破斷力為 7.49KN，公稱直徑為 3mm 的鋼絲繩 3.6 減速電機的選擇 電機的種類很多，本設(shè)計的控制需要有一定的精度，采用蝸輪減速電機作為動力源可以很方便的實現(xiàn)控制。程序也容易實現(xiàn)。且蝸輪減速電機的轉(zhuǎn)速可以控制，結(jié)合本設(shè)計的動作不需要很大的轉(zhuǎn)速，選用較大的蝸輪減速電機來達到功率的要求。 電機軸通過聯(lián)軸器與 主動軸相連，主動軸帶動整個傳送系統(tǒng)。通過控制電機的起停，配合上料裝置實現(xiàn)全自動。 1)選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式。按工作條件和要求，選用蝸輪減速 電機。 2） 選擇電動機的容量。 本設(shè)計為實體設(shè)計，可以考慮適當(dāng)增加所需要的實際轉(zhuǎn)矩，工作所需的 轉(zhuǎn)矩 Tw=200N.m.則電動機所需的功率為 - 17 - 0 WTT 從電動機至 門轉(zhuǎn)動 軸之間的傳動裝置的總效率 為 =軸 承 聯(lián) 軸 器 由機械設(shè)計課程設(shè)計第二篇第十一章查得 軸 承=0.99， 聯(lián) 軸 器=0.99 則： = 0.98 020 . 2 0 . 4 . 0 . 9 8WTT N m N m T0=TW/ =200/0.98=204N.M 選取 蝸輪減速 電動機，使 Tm (1 1 3) To 表 2 電機的 型號及安裝尺寸 根據(jù)蝸輪減速電機型號表，選取 YWG80-1.5-30型號的蝸輪減速電機。 由 安裝尺寸設(shè)計電機的安裝支撐 。電機的外形圖如圖 3.5所示 - 18 - 圖 3.5 電機的外形圖 3.7 立柱強度校核 問題描述： 由于整個傳送裝置和上料裝置是靠 立柱的支撐而懸在空中，所以立柱的強度影響著整個系統(tǒng)的安全性。將立柱的材料選為 Q235，利用 SolidWorks2004 進行校核分析。 簡化模型： 圖 3.5 立柱力學(xué)模型 該立柱主要是支撐起整個傳送裝置和上料裝置的重量，其主要受到壓應(yīng)力。由于立柱是 100 100 8 的方形鋼管，所以校核強度還是十分有必要的。在下圖，經(jīng)過分析可以看到，立柱所受的最大應(yīng)力在與導(dǎo)軌的接觸面上，最大應(yīng)力為 9.627e+005N/m2， - 19 - 而材料的屈服應(yīng)力為 2.206e+008 N/m2，所以可以看出材料還沒有達到屈服極限， 所以應(yīng)該說材料的強度還是足夠的。另外從圖 3.4-3（立柱應(yīng)變分析圖），也可以看到立柱的最大變形為 2.649e-003mm，所以說變形很小，幾乎可以忽略不計。 圖 3.6 立柱應(yīng)力分析圖 圖 3.7 立柱應(yīng)變分析圖 - 20 - 4 控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 控制系統(tǒng)的選擇 控制器目前應(yīng)用較為廣泛的有 PC 機、 PLC 和單片機。以下為幾種方案的比較： 方案一： PC 機 PC 機控制簡單，控制可容易實現(xiàn)閉環(huán)控制，達到很高的精度，且處理器反應(yīng)時間短，但與其它兩種控制方式相比較，價格最高，考慮到本次設(shè)計所需的精度要求， 選用 PC機的性價比最差。 方案二： PLC PLC 的編程方便，現(xiàn)場可修改程序，維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高于繼電器控制裝置，體積小于繼電器控制器，數(shù)據(jù)可直接輸入管理計算機，成本可與繼電器裝置競爭，擴展方便，輸入可以是交流 115V。 方案三：單片機 單片機具有小巧、低功耗、控制功能強、價格低廉的優(yōu)點，特別適合于機電產(chǎn)品的控制，可以作為獨立的控制單元應(yīng)用于自動設(shè)備。 單片機是在一塊硅片上集成了中央處理器、存儲器和各種輸入、輸出接口，這樣一塊芯片具有一臺計算機的功能，因而被稱為單片微型計算機。由于 單片機的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)的功能都是按工業(yè)控制要求而 設(shè)計的 ，常 用在工 業(yè)的檢 測、 控制裝 置中 ，因而 也稱 為微控 制器（ Micro-Controller）或者嵌入式控制器（ Embedded-Controller）。單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其他芯片無法比擬的 。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令，內(nèi)部含有存儲器，可以存儲一些程序和數(shù)據(jù)。這也是單片機的到廣泛應(yīng)用的原因。本身帶有常用的 I/O 口，方便數(shù)據(jù)信息和控制信號的進、出。 綜上所述，控制器選用單片機，其控制 簡單可靠，且價位最低，空間尺寸小。 4.2 總體設(shè)計思路 本設(shè)計欲采用實物按鈕控制，一是為了操作方便，二是經(jīng)濟方面的考慮，因為本設(shè)計主要是為 工廠設(shè)計的，屬于工業(yè)機械領(lǐng)域 。本設(shè)計要實現(xiàn)的動作有： 水平氣缸 的伸縮， 垂直氣缸的 伸縮和 電機起停 等六個動作，在控制的部分就需要有六個按鈕來實現(xiàn) 其人工操作和調(diào)整此外還需設(shè)置一個全自動化按鈕 ， 每個按鈕獨立，這樣編寫程序框架會很清楚明了。 - 21 - 本設(shè)計 用到 一個 電機，電源為