小型件自动装箱系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘要 本文主要设计了一种以 够对自动化生产流水线上的产品进行精确的计数和装箱。 主体部分采用两条传送带，一条是包装箱传送带，另一条是产品传送带。对产品计数采用光电传感器，并与单片机 口，再通过单片机对交流电机的控制，实现产品的自动装箱。本设计的内容分为两部分：物品传动皮带机构设计，单片机控制电路设计。 其中 物品传动皮带机构 与带式输送机的结构相似，该带式输送装置由输送带，托辊，驱动装置，拉紧装置等组成。而单片机控制部分主要 分析了单片机与光电传感器协同 工作和数据处理等方面。通过单片机对电动机等各机械部分的控制来实现系统要求，从而达到自动化生产的水平。 关键词 自动装箱；单片机；光电检测；输送装置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 an is It on on is is is At it is of is of of is to s is by so in of We of on so of in 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 景介绍 . 1 案确定 . 1 计方案综述 . 2 2 带式输送装 置设计 . 3 . 3 送带的选择与计算 . 3 送带的确定 . 4 送带宽度的选择 . 4 送带运行速度的选择 . 4 送带接头的选择 . 5 辊的选择 . 5 . 6 . 7 送带的运动阻力和有效载荷 . 7 送带的牵引力 . 11 . 12 动装置的设计与计算 . 12 . 13 速器的选型 . 14 轴 器的选择 . 15 紧装置的选择 . 15 3 单片机控制电路设计 . 17 片机控制系统的控制要求 . 17 电检测装置的设计 . 17 . 18 感器的选择 . 19 感器的位置确定 . 19 片机控制系统的设计 . 20 片机的概述 . 20 片机的应用 . 20 片机的发展趋势 . 21 . 21 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 存储器和 I/O 接口电路 . 25 位操作及复位电路 . 25 钟电路 . 26 片机控制的过程极其流程图 . 26 . 28 4 辅助设备的设计 . 31 动头架的尺寸确定 . 31 紧尾架的尺寸确定 . 31 . 31 料板的尺寸确定 . 31 结论 . 32 致谢 . 33 参考文献 . 34 附录 . 35 附录 1 . 错误 !未定义书签。 附录 2 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 景介绍在现代化的工业生产中，常常需要对产品进行计数、装箱。如果用人工不但麻烦，而且效率低、劳动强度大。随着微机控制的普及，特别是单片机的应用，给自动装箱系统的设计带来了极大的方便。 近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成绩。 2002年 11月 3至 7日在芝加哥举行的国际 们 可以看到多家自动化公司展示的最新的包 装 设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量 ， 可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术。这也是未来的发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样中才会有稳定的发展状态。向西部发展的经济战略思 想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势 通过此题目的设计可以把大学四年所学的专业知识融会贯通于实际并能锻炼独立思考的能力 ,努力发展成未来的技术骨干，为中国的发展贡献一份力量，也使得我们能适应未来中国以及世界自动化技术的发展趋势。 案确定 根据工况以及本设计的要求，确定以下方案： 托辊：选用平行上下托辊。 滚筒：本设计运送的产品较轻，载荷不大，所需的功率也不大，所以选用光面滚筒，钢板焊接 。 驱动装置：根据工况以及设计要求，考虑成本，本设计选择电 机 电机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动。 拉紧装置：本设计输送装置长度较短，比较各种 拉 紧装置，选用螺旋 拉 紧装置。选取500 单片机：选用 片机，是一种低功耗、具有在线编程 序存储器的单片机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 计方案综述 此自动装箱系统 利用传感器检测产品，并与单片机接口，输出的开关信号来驱动电动机，经过减速器减速，再带动传动滚筒，实现传送带的传送。两个检测装置分别检测包装箱是否到位和产品数量以控制相应电动机的启、停，从而带动相应传送带传送 ，最终实现精确计数，自动装箱。 设计意义：此自动装箱系统从原料到包装 实现 了 自动 化 ，解决了手工 装箱慢、容易计数出错 等问题。 该方法技术可靠，成本较低，可大大提高工效，减轻工人劳动强度以及减少产品损耗、工伤事故等。 可应用于食盐、味精、洗衣粉、医药化工、农药、饲料等 的 自动装箱。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 带式输送装置设计 带式输送装置是一种广泛应用的连续输送装置。 工作原理是：由挠性输送带作为物料承载件和牵引件的连续输送设备，根据摩擦传动的原理，由传动滚筒带动输送带进行物料的传递与运 输。它 结构简单，工作可靠，造价低廉，适用性强。特别对工作节拍没有严格要求、比较干燥的生产场所，可用于柔性或半柔性的自动包装线，输送带、盒、箱等产品或散粒、块状产品。带式输送装置一般由传动滚筒，改向滚筒，输送带，托辊， 拉 紧装置等组成。如下图 2性输送带 2绕在上、下托辊之上，由传动滚筒驱动， 拉 紧装置 6用于调节输送带的 拉 紧力，以保持输送带的输送能力。传动滚筒驱动输送带的能力与输送带在传动滚筒上的包角大小有关，包角大时传动能力大，而改向滚筒就用于增大传动包角。带式输送装置的各辊轴轴承都采用 滚动轴承，以减小运转中的摩擦阻力和功率消耗。 图 2送装置原理图 123456送带的选择与计算 输送带是带式输送机的牵引构件及承载构件，用于输送物料和传递动力， 是带式输送机的重要组成部分，约占带式输送机总成本的 30% 40%左右。它贯穿输送机的全长，在设备检修中占很大比重。同时，输送带在带式输送机中既是货物的承载机构，又是带式输送机的牵引机构，因此，不仅需要足够的强度，而且还应具有耐磨、耐腐蚀的要求。输送带选择的合理与否 直接影响带式输送机的投资、运行成本，更为重要的是将直接影响输送机的可靠、安全运行。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 送带的确定 输送带结构型式分为织物心输送带和钢丝绳心输送带，由上覆盖胶、心层、下覆盖胶组成，上、下覆盖胶的作用是保护心层不受损坏和不受周围工作环境的影响。心层材料有棉帆布、尼龙帆布、聚酯帆布和钢丝绳。织物心层输送带可根据拉力大小选取层数，棉帆布心输送带层数为 3，尼龙帆布心输送带层数为 2，聚酯帆布心输送带层数为 3，当达到最大层数仍不能满足拉力要求时，采用钢丝绳心输送带。 自动包装机所用带式输 送装置多为轻型或特轻载荷类型，要求传送带结构紧凑、轻巧。 根据输送机类型、结构以及工况，考虑经济成本，此设计的输送带心层材料选用 4层的棉帆布带。 送带宽度的选择 输送成件物品的输送带，按所输送的最大物件的对角线长度，再加约 100量约定所需要的输送带宽度，见图 2根据标准带宽考虑到运输的包装箱不大，选取宽度为 500时要求包装箱的对角线长度 00为包装箱传送带所承受的重量大于产品传送带，所以下面选择计算包装箱传送带，产品传送带的各参数可与其相同。 图 2送带运行速度的选择 输送带运行速度是输送机设计计算的重要参数，在输送量一定时，适当提高带速，可减少带宽。对水平安装的输送机，可选择较高的带速，输送倾角越大带速应偏低，向上输送时带速可适当高些，向下输送时带速应低些。 输送成品件时的产品输送带速度 v 见式（ v 式（ 式中 v 输送带速度， m/s，包装线上输送块状物件取值常小于 s； n 每秒钟输送成件物品的件数，此处 n=5件； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 l 输送带上成件物品节距，等于物品长度与两件之间的间距之和，； 所以 ,产品输送带速度 0 . 2 5 1 / 1 . 2 5 /v m s m s ,包箱输送带可选用与此同样的速 度为 1m/s。 送带接头的选择 带式输送机输送带的接头有搭铆接，皮带扣连接，硫化胶粘接及化学胶粘接等方式。不同的连接方式接头效率不同。橡胶帆布带以优质硫化粘接最好，一般硫化粘接次之，皮带扣连接再次，搭接铆接最差。接头效率等于接头处最大破坏强度与输送带的极限强度的比值。为了此传送带有足够长的使用寿命，选用优质硫化粘接。 辊的选择 托辊是用于支承输送带及输送带上所承载的物品，保证 输送带稳定运行的装置。它是整个输送装置中的重要部件 , 使用数量多 , 形式多样 , 价格昂贵。托辊选择是否合理 ,影响带式输送机的使用、维修 , 更会影响带式输送机使用寿命。托辊可分为：承载托辊、回程托辊。其中承载托辊分为：槽形托辊、缓冲托辊、调心托辊、平行上托辊等。回程托辊可分为：平行下托辊、螺旋托辊、 托辊辊子的直径与输送机带宽、带速和承载能力有关系 , 与输送机长度和倾角无关。托辊直径与带宽的关系托辊辊径与长度应符合 99021991带式输送机托辊基本参数与尺寸的规定 , 见表 2位 。 表 2托辊直径 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 76 89 108 133 159 194 219 在确定带速的情况下 , 托辊辊子的转速不能太大。在同样寿命情况下 , 转速大 , 使用时间就短 ,转速小 , 使用时间就长。但辊子的直径不能太大 ,辊子直径太大 , 整个输送机不配套 , 初期投资成本就高。一般规定 : 辊子的转速不能超过 600r/辊直径与输送机带速的关系见表 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 表 2辊辊径与 带速、 转速的关系（ r/ 辊径 ( 9 172 215 268 344 429 537 108 142 177 221 283 354 442 557 133 144 180 230 287 359 453 575 159 120 150 192 240 300 379 481 601 194 123 158 197 246 310 394 492 219 275 349 436 567 已确定输送带宽度 B=500带速 v=1m/s，再综合以上情况 , 根据表 2选用托辊直径 89输送带承载的载荷并不大，所以分别选择平行上托辊和平行下托辊为承载托辊和回程托辊。 滚筒分传动滚筒和改向滚筒。传动滚筒是传递动力的主要部件传动滚筒根据承载能力分轻型、中型和重型三种。 轻型：轴承孔径 80与轮毂为单键联接的单幅板焊接筒体结构。单向出轴。 中型：轴承孔径 120与轮毂为胀套联接。 重型：轴承孔径 200与轮毂为胀套联接 ，筒体为铸焊结构。有单向出轴和双向出轴两种。 传动滚筒是将驱动装置的动力，通过摩擦力传递给输送带的部件。通常情况下，根据轴与轮毂之间的连接方式，传动滚筒有钢板焊接结构和铸焊结构两种形式。钢板焊接滚筒轴与轮毂之间采用键连接，能承受中小型载荷；铸焊滚筒轴与轮毂之间采用胀套连接，避免了由于键连接而削弱轴的强度，因此这种结构形式的滚筒可承受较大的负荷，且便于安装和拆卸。滚筒表面有光面和胶面两种形式， 在功率不大，环境湿度小的情况下，可采用表面摩擦因数小的光面滚筒；在功率大，环境又潮湿，容易打滑的情况下采用表面摩擦因数 大的胶面滚筒。 胶面的作用是增大传动滚筒与输 送带之间的摩擦力。胶面滚筒有铸胶和包胶两种工艺型式，铸胶滚筒胶面厚且耐磨，质量好，但工艺复杂，价格高；包胶滚筒工艺简单，成本低。胶面滚筒有光胶面、人字型沟槽和菱形沟槽三种型式。当采用人字型沟槽胶面滚筒时，应注意其方向性，人字型尖应朝向滚筒的转动方向，菱形胶面滚筒用于双向运输的输送机。用于重要场合的滚筒最好采用硫化橡胶覆面；当有阻燃、隔爆条件要求时，应采用相应措施。 此处运送的产品较轻，所需的功率也不大，所以选用光面滚筒。 改向滚筒的作用是改变输送带的运行方向或增加输送 带与传动滚筒间的围包角。增加围包角的作用是增加输送带与滚筒间的接触面，使输送带与滚筒间不打滑。改向滚筒包括尾部滚筒、增加传动滚筒围包角、增加尾部滚筒围包角及拉紧装置处的滚筒。改向滚筒和传动滚筒一样有钢板焊接结构和铸焊结构两种形式。滚筒表面有光钢面和光胶面两种。除买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 较重要的场合选用光胶面滚筒外，一般采用光钢面滚筒。 按承载能力改向滚筒又可分轻型、中型和重型；轴承孔径分为 5012000构与传动滚筒一致。改向滚筒覆面有裸露光钢面和平滑胶面两种。 表 2种帆布带 相对 层数的 最小传动滚筒直径 型号 3 4 5 6 7 8 00 500 630 800 1000 1000 00 500 630 800 00 630 800 1000 因为选用的棉帆布带层数 4Z ，所以由上表 2选用的滚筒最小滚筒直径为500 因为该向滚筒的直径一般比传动滚筒的直径小一级，结合下表 2选用带宽500，长度 600， 1 500D 的滚筒为传动滚筒，带宽 500，长度 600，2 400D 滚筒为改向滚筒。 表 2宽和滚筒直径、长度之间的关系 带宽 B （ 滚筒长度 L（ 滚筒直径 D（ 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 所选的传动滚筒和改向滚筒的基本参数如下表 2 表 2筒基本参数 滚 筒 带宽（ 直径D（ 轴承 型号 许用合力(转动惯量(Kgm 2) 质量(图 号 传动滚筒 500 500 6316 49 5 250 1改向滚筒 500 400 6312 40 3 166 1送带的运动阻力和有效载荷 输送带运动时的阻力包括直线区段、曲线区段以及一些附属装置所产生的局部阻力。 （ 1）直线区段 输送带在托辊上运动时的阻力包括托辊轴承以及带与托辊之间的摩擦阻力等。通常由与托辊单位长度压力所引起的运动阻力来表示，特称为阻力系数。其值与轴承类型及工作环境有关， 取长度为 L、倾角为 的一段输送带，分析其受力状况，如图 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 设单位长度内物件、输送带和上、下托辊的当量线载荷q、1即可求出作用在托辊轴承上的总压力 N。 / l式（ 1 1 1/ l式（ 2 2 2/ l式（ 式中 包箱重量，此处为 250N； 1G 上托辊重量，由参考文献 7查得，此处选为 116N； 2G 下托辊重量，由参考文献 7查得，此处为 104N； l 包装箱节距，此处为 1000装箱长略小于 400； 1l 上托辊间距， 输送散货时取 送件货时，如果单间重量超过 200N，则 托 辊间距应小于件货输送方向长度的一半，此处取 2l 下托辊间距， 一般取 2 3 米，此处取 3 米。 所以 ： 2 5 0 / m，1 1 1 6 0 / m，2 3 4 / m，由参考文献 5可查得5 7 / m 。 图 2送带受力分析 考虑到角较小，几乎为零度，可近似地取 ( ) c o GN q q q L 式（ 这样输送带在 托 辊上运动时所受的摩擦阻力为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 ( ) c o GN q q q L 式（ 令 由 图（ 2列出受力平衡方程式 ( ) c o s ( ) s i G W DS a S b q q q L q q L 式（ 进而求出该区段的运动阻力为 1( ) c o s ( ) s i D G W a S b q q q L q q L 式（ 对于松边来说，因没有物件承载， ，故主从动边的拉力差改变为 2 ( ) c o s ( ) s i G W DF q q L q q L 式（ 由参考文献 5可查得带与托辊的运动阻力系数 ，接合一般输送带长度选择，这里带长取 12m。 所以 , 直线区段的运动阻力 1( ) c o s ( ) s i D G W DF q q q L q q L =2(250+370) = ( ) c o s s i G DF q q L q L =12 = 2） 曲线区段 输送带饶过主、从动滚筒时也会遇到阻力，它主要由轴承摩擦阻力以及带本身的刚性阻力组成。 轴承摩擦阻力是通过作用在滚筒上的外力再转换为对轴承的正压力 N 而求出的，即 式（ 式中 轴承的摩擦系数，由参考文献 5查得，此处为 如图 2示，作用在滚筒上的外力有，输送带饶入端和饶出锻端的拉力 S 、 S ，以及滚筒的自重；若忽略不计此自重，且近似取 S = S ，则作用在滚筒上轴承的合力 2 s i n ( 2 ) 式（ 式中 滚筒的包角，此处取为 180。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 2若将轴承摩擦阻力折算到滚筒圆周上，则当量阻力为 2 s i n ( 2 )F N d D S d D 式（ 式中 D、 d 分别为滚筒及其轴颈的直径，此处传动滚筒分别取 50080向 滚筒分别取 40060 输送带由于本身弯曲变形和内摩擦效应所产生的运动阻力 式（ 挠性系数可按下式近似计算 1 2 3 D 式（ 式中 带的厚度，此处为 因此，带在曲线区段运动的总阻力为 2 s i n ( 2 ) F d S D S 式（ 式中 S 带绕过轮上两端拉力中取较大者。 曲线区段 23 的挠性系数由 式（ 近式算出： 1 . 21 . 22 3 21 . 2 3 1 . 2 3 0 . 4 5 4 0 0 . 0 0 6 6D 该区段的运动阻力由式（ 出，其中 S 在计算时采用从动滚筒带绕出段端拉力。 2 3 2 3 2 2 2 3 32 s i n ( 2 )QF d S D S 332 0 . 0 1 5 6 0 s i n 9 0 4 0 0 0 . 0 0 6 6 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 送带的牵引力 由式（ 出，在直线区段内，输送带上 带的拉力进行逐点计算的分段方法，如图 2示。 图 2以主动滚筒上输送带的绕出点 1为起始点，以饶入点 4为终点，沿带的工作运转方向将它分为若干直线和曲线区段。并设各点拉力： 第 1点为：1点为：21 F第 3点为：3 2 2 3 F第 4点为：4 3 1 2 3Z Z Q F S F F F 据此可求出运输带任一点的 1 ( 1 )n n n F式（ 进而可求出输送带在传动滚筒上绕出点的拉力001，0 ( 1)R n ，令则式（ 写为式（ 00 F式（ 另一方面，在正常运转过程中，为保证带的作用力传递和不沿滚筒打滑，饶入点和饶出点的拉力还必 须满足由欧拉公式所提出的条件，即 0 e K式（ 式中 K 安全系数，通常取 至此，可求出输送带的牵引力 0 R O R Z Q S F F F F 式（ 由上述推导可列出如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 21 F3 2 2 3 F4 3 1 2 3Z Z Q F S F F F 所以，4 1 30 . 0 1 1 1 3 9 1 . 2 3S S S 110 . 0 1 1 1 ( 3 4 . 4 1 ) 0 . 9 8 8 9 3 9 2 1 . 2 3 11 . 0 1 1 3 9 1 . 6 2S考虑到滚筒为金属制件，其工作环境干燥，由参考文献 5可查得， = ，再取安全系数 K=得 4 1 1 12 . 1 9 1 . 5 1 . 4 6S S e K S S 式（ 对以上两表达示 S4=f（ 立，解出主从动滚筒绕入端和绕出端的拉力为 ： 4 1 2 7 3 以，牵引力41 4 0 1 . 2 1F S S N 。 校核带输送带的强度，可用下式（ m n 式（ 式中 Z 带的帆布层数，此处为 4； B 带宽，此处为 500 一层 1通橡胶带（棉布带芯胶布）通常取 560N/ n 安全系数，查 由参考文献 5得，此处为 8。 最大拉力，此处m a x 4 1 4 0 1 . 2 1S S S N 。 m a x 4 5 0 5 6 0 1 2 7 3 . 4 1 8 7 . 9 5 8Z B S 故说明强度可靠。 动装置的 设计与计算 驱动装置是用来驱动输送带运动，实现物料运送的装置。其驱动原理是依靠传动滚筒与输送带之间的摩擦力来传递动力使带运动的。驱动装置由电动机、减速器、联