烟草生产线上输送系统的设计论文烟草生产线上输送系统的设计论文

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I摘要由于输送机械具有很强的输送能力,所以在工业中有着广泛的应用,它是工业生产中实现连续化、规模化、自动化、现代化必不可少的设备。输送机械不仅能实现生产过程中各段的连接,组成流水生产线,还可以结合其他控制方法来控制物料的流量、计数等,达到控制整个生产节奏和速度的目的。本次设计在机械方面采用了带传动方案,电控部分采用单片机控制。经过对本次设计的综合分析,使得该设计保持了其技术的先进性,而且提高了设计质量;加快了开发速度,进一步缩短了设计周期,提高设计计算的准确性,减轻技术人员的劳动强度,降低了设计成本,从而提高了该类产品的竞争能力。并加快了输送机在我国各行业的广泛推广与应用。关键词输送机械;输送能力;输送带;控制IIABSTRACTBECAUSETHEREISASTRONGCONVEYORTRANSPORTCOPACITYTHECONVEYERINTHEINDUSTRYHASWIDEAPPLICATION,ITISINDUSTRIALPRODUCTIONTOACHIEVECONTINUOUS,LARGESCALE,AUTOMATED,ANDESSENTIALTOTHEMODERNIZATIONOFEQUIPMENTTRANSPORTLEVELCANALSOBETILTEDTRANSPORTATION;CANTRANSPORTBULKGRAIN,BUTALSOTHETRANSPORTATIONOFFOODPACKAGING,LOWPOWERCONSUMPTION,RELIABLEOPERATIONANDEASYMANAGEMENT,WORKWITHOUTTHENOISEFOODCONVEYORMACHINERYISNOTONLYABLETOMAKETHEPRODUCTIONPROCESSOFCONNECTINGTOFORMPRODUCTIONLINESALSOINCONJUNCTIONWITHOTHERCONTROLMEASURESTOCONTROLTHEFLOWOFMATERIALSANDTOCONTROLTHEENTIREPRODUCTIONRHYTHMANDSPEEDPURPOSESTHEDESIGNOFTHEMECHANICALASPECTSOFUSINGABELTDRIVEPROGRAM,ELECTRICCONTROLPARTADOPTSMCUCONTROLAFTERACOMPREHENSIVEANALYSISOFTHISDESIGN,MAKINGTHEDESIGNOFADVANCEDTECHNOLOGYTOMAINTAIN,ANDIMPROVEDESIGNQUALITYFURTHERSHORTENTHEDESIGNCYCLE,IMPROVEDESIGNACCURACYOFTHECALCULATION,REDUCETHELABERINTENSITYOFTECHNOLOGY,REDUCEDESIGNCOST,CONSEQUENTLYIMPROVECOMPETITIVEABILITYOFTHISKINDOFCARGO,ANDACCELERATEBELTCONVEYOR’SWIDELYSPREADANDUSEKEYWORDSTRANSPORTATIONMACHINERY;TRANSPORTCAPABILITY;CONVEYOR;CONTROLIII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111选题的目的和意义112输送机概况1121输送机械在工业中的应用1122输送机国内外发展现状及趋势213设计的主要内容3第2章总体方案论证421机械部分的方案的论证4211重要机械部件的确定4212传动方案的确定4213托辊的选择5224总体结构的确定522电控部分的方案论证5第3章输送机的设计计算831输送机的计算8311带宽的计算8312输送带宽度校核9313输送带最大的物料横截面积932输送能力的计算1033圆周驱动力与驱动功率11331圆周驱动力11332传动滚筒轴功率的计算14333附加功率计算1534电动机功率计算1635输送带张力计算16351输送带允许最大的下垂度计算最小张力16IV352输送带不打滑条件17353输送带下垂度校核1936输送带的选择与校核2037张紧装置的选择和计算2138滚筒的设计22第4章输送机其他主要零件的设计3041托辊30411静载计算30412动载计算31413托辊的额定负荷和最大转速3342支架类装置35第5章单片机控制3651单片机的主要控制原理3652电机的正反转控制3753电机的调速控制3854检测与计数功能的实现39结论41致谢42参考文献43VABSTRACT错误未定义书签。CHAPTER1INTRODUCTION111THEPURPOSEANDSIGNIFICANCEOFTOPICS112OVERVIEWCONVEYOR1121CONVEYORINTHEINDUSTRY1122CONVEYORCURRENTDEVELOPMENTSTATUSANDTRENDS213THEDESIGNOFTHEMAINCONTENTS3CHAPTER2DEMONSTRATEDTHEOVERALLPROGRAM421DEMONSTRATIONOFTHEMECHANICALPARTSOFTHEPROGRAM4211TRANSMISSIONFORTHESCHEME4212DETERMINATIONOFOTHERMECHANICALPARTS5213DEMONSTRATINGTHEELECTRONICCONTROLSECTION622DETERMINATIONOFTHEOVERALLSTRUCTURE6CHAPTER3DESIGNANDCALCULATIONOFCONVEYOR831CALCULATIONOFCONVEYOR8311CALCULATIONOFBANDWIDTH8312CHECKINGTHEWIDTHOFCONVEYORBELT9313THELARGESTCROSSSECTIONALAREAOFCONVEYORBELTMATERIALS932CALCULATIONOFTRANSMISSIONCAPACITY1033THECIRCLEDRIVEANDTHEDRIVEPOWER11331CIRCLEDRIVE14332CALCULATIONOFPOWERTRANSMISSIONROLLERSHAFT15333ADDITIONALPOWERCALCULATION1634MOTORPOWERCALCULATION1635CALCULATIONOFBELTTENSION16351CONVEYORBELTTOALLOWTHEGREATESTDEGREEOFCALCULATIONOFTHEMINIMUMTENSIONOFSAG17352CONVEYORBELTDOESNOTSLIPCONDITIONS19VI36CALCULATIONOFBELTLAYERS2037TENSIONINGOFCOMPONENTSELECTIONANDCALCULATION2138DESIGNOFDRUM22CHAPTER4THEMAINPARTOFTHEDESIGNOFCONVEYOR3041ROLLER3042DEVICEBRACKET35CHAPTER5DMCCONTROL3651THEORYOFDMCCONTROL3652MOTORREVERSINGCONTROL3753MOTERSPEEDCONTROL3854DETECTIONANDCOUNTING39CONCLUSIONS41THANKS42REFERENCES431第1章绪论11选题的目的和意义带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。它可以将物料在一定的输送线上,从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送,也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外,还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合,形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。本设计选用的输送机属于轻型带式输送机,是一种用途很广的连续输送设备,适用于输送各种散状或成件物品。轻型带式输送机是通用固定式连续输送机,因此对轻型带式输送机进行设计和研究有很大的应用价值。在轻型带式输送机的设计工作中涉及的参数很多,而目这些参数只有在很好的匹配下,才能实现运行高效、可靠、电耗低和建设投资少的目标。12输送机概况121输送机械在工业中的应用运输机在工业中有着广泛的应用,它是工业生产中实现连续化、规模化、自动化、现代化必不可少的设备。随着我国工业的迅速发展,特别是我国加入世界贸易组织后,贸易、加工等领域的规模不断扩大,输送机械愈来愈显示出其重要作用。输送机械不仅能实现生产过程中各段的连接,组成流水生产线,而且可以在输送物料的同时进行其他工艺作业1。还可以结合其他控制方法来控制物料的流量,达到控制整个生产节奏和速度的目的。因而对工业来讲,输送机的选用是否合理、技术性能是否良好、技术状态是否正常,不仅对企业的生产效率、经济效益起重要作用,而且还影响着企业生产的现代化程度、工人的劳动强度和劳动条件、安全生产和环境保护等2。对社会来讲,高效率的输送机还能节省能源、减小污染,提高车站、码头、仓库的利用律,促进工农业生产的发展,创造社会效益3。2我国输送机的现状可概括为以下四方面①使用的广泛性。在我国的工业中,凡有繁重的物料搬运的地方,都已采用了输送机械。生产过程的机械化、自动化已达到了较高的水平。②输送技术的先进性。例如近10年来在我国的粮食流通项目建设中,普遍采用了世界先进的装卸和输送机械。③应用中的创造性。我国粮工程技术人员和工人,对运输机械进行了大量的研究、改进和创新,特别是在输送机械的功能创新和组合应用上。④发展的不平衡性。由于我国工业的布局点多面广,因此它的发展很不平衡。输送机械的设计、制造、使用的水平参差不齐,有的地方和企业还很落后。机械的专业化、系统化、标准化和自动化水平都有待提高4。122输送机国内外发展现状及趋势国外在带式输送机动态分析研究方面开展得比较早,动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需;而我国相对较晚,与国外相比还存在一定的差距,尤其是动态分析软件部分8。为了尽快弥补这一差距,赶超世界水平,有必要研究和分析当今国外带式输送机的动态分析软件。国外动态分析软件,目前,美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在动态分析研究方面,已经达到国际领先地位9。输送机发展很快,提高输送机的生产率,增大单机长度和输送距离,提高输送机的爬坡能力,扩大输送机的使用范围如发展耐热耐寒的输送带,采用特殊的支架和托辊以便输送500公斤以上的货物,改善输送机的操作和提高管理的自动化程度,进一步降低输送机的能量消耗等等10。由于输送机是粮仓、船舶、工厂等最理想的高效连续运输设备,与其他运输设备如机车类相比,具有运量大、连续输送等优点,而目运行可靠,易于实现自动化和集中化控制11。输送机已成为机电一体化技术与装备的关键设备。随着我国工业的高速发展,原有的输送机无论是主参数还是运行性能都已不能满足要求,必须向高带速、大运量、大功率的大型化方向发展,要改善和提高运行性能,确保安全可靠。输送机现代的发展趋势是输送量、运输距离和驱动装置的功率迅猛地增长12。随着全球经济的增长,输送机技术已成为当代科学技术发展的前沿之一。当今世界需要设计和生产“环保”型输送机,要求输送量大,并且要节约能量14。输送机技术进步的一个重要特点是基础研究发展为应用技术,进而3实现商业化。轻型固定式胶带输送机是一种用途很广的连续输送设备,由于结构简单、使用成本低、维护方便等优点,广泛地使用于化工、轻工、食品、粮食、邮电等部门,可输送各种散状物料和成件物品15。工作环境温度为15C~40C。13设计的主要内容本文对输送机各个部分进行系统的理论分析,总结了输送机各部分主要原理和功能,进行设计计算。对输送机的结构型式、技术特性、安装尺寸和造型计算等均做了系统的分析研究。验证了重锤自动张紧系统的可行性,并总结了一定的经验,为将来产品的深入研究提供了理论和实践依据。本文主要设计的内容1.带式输送机设计计算的原始参数2.带式输送机的设计计算理论和方法的研究,包括以下几方面1输送能力的确定与输送带的初步选择以及托辊的类型、直径确定;2影响圆周驱动力与驱动功率计算中各阻力的分析。对长度小于80米带式输送机的阻力计算比较复杂,有许多不能确定的参数,需要研究合理的计算方法。3输送带不打滑条件计算的分析,由于带式输送机驱动方式的多样性,如单滚筒驱动和多滚筒驱动,需要对其不打滑条件进行相应的处理,以取得相应合理地张力值,使输送带的总负荷不会偏差太大;4输送机布置方式及其各特征张力点计算方法的分析;3.带式输送机各主要部件与辅助部件选型方法的分析研究。4.利用单片机电控实现输送机电机的正反转和变速控制以及对物品的计数功能。4第2章总体方案论证21机械部分的方案的论证211重要机械部件的确定输送机三种状态的特性分析1启动时,胶带松边突然松弛,胶带会伸长,此伸长量须补偿,否则启动极不平稳,对胶带损伤很大。2正常工作时,胶带必须保持足够张紧力,否则运行中容易跑偏、打滑。目前国内常见的带式输送机拉紧装置是螺栓拉紧装置,所以本设计采用螺栓摇把张紧装置。图21螺栓张紧装置212传动方案的确定现阶段输送机的传动方案基本采用两种方案5方案1采用传统设计用电机与减速器与传动滚筒相连这种方案的优点是运动规律、传动精度高、效率高、承载能力强、加工简单、维护简便、耗能小、更经济等,缺点是相较与电动滚筒占用空间比较大、噪声较大。方案2采用电动滚筒电动滚筒是一种将电机和减速器共同置于滚筒体内部的新型驱动装置。它主要应用于固定式和移动式带式输送机。电动滚筒具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、运转平稳、工作可靠、密封。它的缺点是由于电机与减速器共同置于滚筒体内部所以,当电机与减速器需要维修时不方便。基于经济与维护等方面因素考虑方案1更符合本次设计要求,所以选择方案1作为输送机的传动装置。213托辊的选择输送机以托辊为支承装置,其作用是支承输送带及带上的物料,减小带的垂度,使其能稳定运行。目前常用的上托辊由三个辊子组成的槽形托辊与由两个辊子组成的V型托辊。槽型托辊适用于带宽较宽的输送机而V型托辊适用与带宽小于300MM的输送机,槽型托辊轴材料采用冷拔圆钢,轴承座采用优质钢板冲压,密封结构采用PDC型,防尘、防水性能均优于国家相关标准。槽型托辊装配后辊子强度好,径向跳动量小,旋转阻力小,重量轻,能耗低,使用寿命长,一般均超过30000小时,,所以选择槽型托辊。槽型托辊示意图如图22。图22槽型托辊示意图214总体结构的确定输送机的的布置形式如图236图23带式输送机的典型布置形式采用不同结构形式输送带,则输送机对水平的允许倾角取决于被送物料与输送带之间的动摩擦系数,输送带的断面形状,物料的动堆积角,装载的方式和输送带的运动速度。本设计带长较短而且是室内工作工作环境比较稳定,不需要有倾角,整体结构如图24图24输送机整体结构图722电控部分的方案论证单片计算机是将电子计算机的基本环节,如CPU,存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅基片上。由于单片计算机体积很小,功能强,因而广泛用于电子设备中作控制器之用。目前,大到导弹火箭国防尖端武器,小至电视机微波炉等现代家用电器,内中都毫无例外地运用单片计算机作为控制器,因此,从控制的观点,我们也常称它为单片控制器。单片微控制器的工作离不开软件,即固化在存储器中的已设计好的程序。所有带单片微控制器的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关但它的最基本的原理是一样的,即;1从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。这些信息主要包括二部分来自诸如温度压力等传感器的信息;来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作。2单片微控制器中的CPU根椐程序对输入的数椐进行高速运算处理。3将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构,如继电器,电机,灯泡等。当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息,并及时作出不同的处理使系统正常运行。为了方便实现本设计的控制功能,本设计选用单片机控制系统。8第3章输送机的设计计算设计主要参数根据市场调查确定如下参数,输送物料烟草输送机长度10ML输送量3T/H带速10M/SV工作环境室内,环境温度大约在20左右,且灰尘较少;输送机布置形式水平放置。31输送机的计算311带宽的计算对于散状物料,带宽的计算为公式VYKQB3600式中Q所需输送量;3T/H物料松散密度,316/KGMV输送带速度,10M/SV;K装载系数,一般取9080K,取80K;Y断面系数,1460Y将以上各值代入公式得713MM10801461000/16360033600ΡVYKQB9取800MMB312输送带宽度校核考虑输送的物料为成袋物品的形式,需要考虑物品的最大粒度,如果所运物料的粒度与带宽相比太大时,由于输送机的振动的影响,物料可能会散落,并导致设备故障。输送带宽度B和物料最大粒度之间应满足2002B式中物料最大粒度,MM;B带宽,MM;查表31180MMΑ,代入上式560MM2001802B故,满足条件。故本设计所选取的800MMB满足以上的各种要求。表31各种带宽允许的最大物料粒度MM带宽B30040050065080010001200允许的最大粒度5080100130180250300313输送带最大的物料横截面积为了保证正常输送条件下输送带上的物料不散落,考虑如图31所示输送带上允许的最大物料横截面积S10图31输送带最大物料横截面积输送物料时,输送带宽与带面堆料截面如图31,堆积面积按公式计算2YBA表32断面系数托辊形式槽形两节式三节式253545动堆积角203020302030断面系数Y011201320127014601360152注物料动堆积角一般为其静堆积角的70左右。由表32查得取035时,动堆积角030Θ,断面系数0146Y。将数据代入公式222009344M080146YBA32输送能力的计算输送机的输送能力按公式计算VAQ360011将各值代入公式中得542T/H1000/1600934413600Q33圆周驱动力与驱动功率331圆周驱动力输送机正常运转时,带条沿输送机线路运行的总阻力等于驱动滚筒的牵引力,即圆周驱动力,按公式计算21SSSTHUFFFFCF31式中HF主要阻力,N;STF倾斜阻力,N;1SF特种主要阻力,N;2SF特种附加阻力,N;C与输送机长度有关的系数。查有关资料取534C1主要阻力HF输送机的主要阻力FH是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生的阻力总和,按公式QQQFLGQFGBRUROH232式中F模拟摩擦系数,查表得020F;L输送机长度输送机的头尾中心距M;12ROQ承载分支托辊组每米长度旋转质量,KG/M;查手册得上托辊89MM,315MML,质量245KG/MQRO;OROROANQQOA承载分支托辊间距,查表1000MMAO;所以735KG/M12453OROROANQQRUQ回程分支托辊组每米长度旋转质量,KG/M;查手册得下托辊89MM,质量16KG/MQRU;UA回程分支托辊间距,查表42500MMAU;URUROANQQ所以64KG/M25161URURUANQQBQ每米长输送带质量,初选输送带为4层,查资料得;2858KG/MBQGQ每米长度输送带物料质量,KG/M;132833KG/M13630063VQVΡIQVG将以上各值代入公式32353505N83385826473598100022QQQFLGQFGBRUROH表33模拟摩擦系数安装情况工作条件F水平、向上倾斜及向下倾斜的电动工况工作环境良好,制造、安装良好,带速低,物料内摩擦小0020标准设计,制造、调整好,物料内摩擦系数小0022多尘,低温,过载,带速高,安装不良,物料内摩擦大0023~003向下倾斜设计,制造正常,处于发电工况时0012~0016表34托辊直径、槽角和安装间距与带宽的关系带宽槽形输送机30040050065080010001200托辊直径6089槽角25035045035045035上托辊间距1000下托辊间距2500300025003主要特种阻力1SF14主要特种阻力1SF,包括托辊前倾托辊前倾主要是防止输送带跑偏的摩擦阻力和被输送物料与导料槽栏板间的摩擦阻力两部分,按公式GLΤSFFF133式中F前倾上托辊与前倾下托辊摩擦阻力之和,N;GLF输送物料与导料槽栏板间的摩擦阻力,N;1无前倾,即F02导料槽阻力GLF无导料槽所以GLF0即0N1GLΤSFFF4附加特种阻力2SF附加特种阻力2SF包括输送带清扫器摩擦阻力RF,按公式RSFNF3234式中3N清扫器个数,13N;1清扫器摩擦阻力RF,按公式3APFRP清扫器和输送带间的压力,N/2M,一般取为344101010N/2M;3清扫器和输送带间的摩擦系数,一般取为0507,取06;代入数据得16803APFRN将以上各计算结果代入公式31得673565N168021545163268353505521SSSTHUFFFFCF332传动滚筒轴功率的计算按公式PLLFQLLFWVPPPP3003210367367633515式中0P传动滚筒轴功率,KW;1P空载功率;2P负载功率,KW;3P附加功率,KW;F托辊阻力系数,取030F;L传动滚筒至尾部滚筒的中心距,M,9407ML;0L中心距修正值,取49M0L;W除物料外,输送机单位长度内所有运动部件质量和,KG/M,查表3540KG/MW;表35输送机单位长度内所有运动部件质量之和W带宽30040050065080010001200W15202530405060333附加功率计算按公式BABQLΡBVFFVPG100876110210002213式中1F清扫器阻力,N;V带速,M/S;L导料槽长度,GQ输送带上每米长度物料的质量,KG/M,833KG/M360VQ/QG;16将以上各值代入上式计算出1842KW3P将计算出的值代入式35得5593KW2325P034电动机功率计算按式ΗKPP0式中传动总系数,取09;K备用系数,取11K;将以上各值代入式得683KW09559311P本设计选用Y132S6型三相异步电动机。35输送带张力计算输送机的布置形式即输送机的侧型。在设计输送机时,根据输送机的几何尺寸、传动滚筒的数量、拉紧装置结构和卸料方式以及安装地点的要求,尽量采用最简单的布置形式。351输送带允许最大的下垂度计算最小张力在输送带自重和物料的作用下,输送带在托辊间总是有垂度的作用在输送带上的张力应足够的大;使输送带在两组托辊间的垂度小于一定值。如果悬垂度过大,带条在两托辊之间松弛变平,物料易撒漏和下滑,输送带的运动阻力也大为增加,所以在设计中规定了允许的最大悬垂度。一般规定输送带的最大悬垂度应满足H/A0005002,本设计取002。17为了限制输送带在两组托辊间的下垂度,作用在输送带上任意一点的最小张力MINF需按公式计算承载分支最小张力H/AGQQAFGB80MIN回程分支最小张力H/AGQAFBU8MIN式中0A输送机承载分支的托辊间距;UA回程分支最小张力处;所以载分支最小张力562765N002898833858180MINH/AGQQAFGB回程分支最小张力13138125N002898858258MINH/AGQAFBU352输送带不打滑条件输送机是靠皮带与带轮之间的摩擦力来传递运动和力的,在安装带传动时,须将带张紧;由于
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