小型件自動裝箱系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　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(xiàn)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

2、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(xiàn)系統(tǒng)要求，從而達到自動化生產的水平。</p><p>　　關鍵詞 自動裝箱；單片機；光電檢測；輸送裝置</p><p><b>　　Abstr

3、act</b></p><p>　　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 prod

4、ucts 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 wit

5、h the monolithic computer of AT89S51. The monolithic computer controls the motor. At last it rea</p><p>　　Keywords automatic packing monolithic computer electro-optic examination transportation equ

6、ipment </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 背景介紹1</p><p>　　1.2 方案確定1</p><p>　　1.3 設計方案綜述2</p>&l

7、t;p>　　2 帶式輸送裝置設計3</p><p>　　2.1帶式輸送裝置的結構與應用3</p><p>　　2.2 輸送帶的選擇與計算3</p><p>　　2.2.1 輸送帶的確定4</p><p>　　2.2.2 輸送帶寬度的選擇4</p><p>　　2.2.3 輸送帶運行速度的選擇4<

8、/p><p>　　2.2.4 輸送帶接頭的選擇5</p><p>　　2.3 托輥的選擇5</p><p>　　2.4滾筒的選擇6</p><p>　　2.5輸送帶牽引力計算7</p><p>　　2.5.1 輸送帶的運動阻力和有效載荷7</p><p>　　2.5.2 輸送帶的牽引力1

9、1</p><p>　　2.6帶的強度校核12</p><p>　　2.7 驅動裝置的設計與計算12</p><p>　　2.7.1電動機的選擇計算13</p><p>　　2.7.2 減速器的選型14</p><p>　　2.7.3 聯(lián)軸器的選擇15</p><p>　　2.8 拉緊

10、裝置的選擇15</p><p>　　3 單片機控制電路設計17</p><p>　　3.1 單片機控制系統(tǒng)的控制要求17</p><p>　　3.2 光電檢測裝置的設計17</p><p>　　3.2.1光電傳感器的基本原理18</p><p>　　3.2.2 傳感器的選擇19</p><

11、;p>　　3.2.3 傳感器的位置確定19</p><p>　　3.3 單片機控制系統(tǒng)的設計20</p><p>　　3.3.1 單片機的概述20</p><p>　　3.3.2 單片機的應用20</p><p>　　3.3.3 單片機的發(fā)展趨勢21</p><p>　　3.3.4 AT89S51單片機

12、的基本結構21</p><p>　　3.3.5 AT89S51單片機的主要引腳及功能23</p><p>　　3.3.6 存儲器和I/O接口電路25</p><p>　　3.3.7 復位操作及復位電路25</p><p>　　3.3.8 時鐘電路26</p><p>　　3.3.9 單片機控制的過程極其流程圖

13、26</p><p>　　3.3.10主程序的設計28</p><p>　　4 輔助設備的設計31</p><p>　　4.1 驅動頭架的尺寸確定31</p><p>　　4.2 拉緊尾架的尺寸確定31</p><p>　　4.3中間架的尺寸確定31</p><p>　　4.4 傳料

14、板的尺寸確定31</p><p><b>　　結論32</b></p><p><b>　　致謝33</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　附錄35</b></p><p>

15、<b>　　附錄135</b></p><p><b>　　附錄246</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 背景介紹</b></p><p>　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，常常需要對產品進行計數、裝箱。

16、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

17、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

18、也就是必然的趨勢</p><p>　　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。</p><p><b>　　1.2 方案確定</b></p><p>　　根據工況以及本設計的要求，確定以下方案：&l

19、t;/p><p>　　托輥：選用平行上下托輥。</p><p>　　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。</p><p>　　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(lián)軸器、減速器帶動傳動滾筒轉動。</p><p>　　拉緊裝置：本設計輸送裝

20、置長度較短，比較各種拉緊裝置，選用螺旋拉緊裝置。選取500mm的拉緊行程。 </p><p>　　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。</p><p>　　1.3 設計方案綜述</p><p>　　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(xiàn)傳

21、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(xiàn)精確計數，自動裝箱。</p><p>　　設計意義：此自動裝箱系統(tǒng)從原料到包裝實現(xiàn)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。</p>

22、<p>　　2 帶式輸送裝置設計</p><p>　　2.1帶式輸送裝置的結構與應用</p><p>　　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

23、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

24、耗。</p><p>　　圖2-1 輸送裝置原理圖</p><p>　　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</p><p>　　2.2 輸送帶的選擇與計算</p><p>　　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%～4

25、0%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。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。</p><p>　　2.2.1 輸送帶的確定</p><p>　　輸送帶結構型式分為織物心輸送帶和鋼絲繩

26、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

27、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。</p><p>　　2.2.2 輸送帶寬度的選擇</p><p>　　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

28、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。</p><p><b>　　圖2-2輸送帶寬</b></p><p>　　2.2.3 輸送帶運行速度的選擇</p><p>　　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

29、，向上輸送時帶速可適當高些，向下輸送時帶速應低些。</p><p>　　輸送成品件時的產品輸送帶速度見式（2.1）</p><p><b>　　式（2.1）</b></p><p>　　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；</p><p>　　——每秒鐘輸送成件物品的件數，此處n

30、=5件；</p><p>　　——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；</p><p>　　所以,產品輸送帶速度,包箱輸送帶可選用與此同樣的速</p><p><b>　　度為1m/s。</b></p><p>　　2.2.4 輸送帶接頭的選擇 </p><p>　　帶式

31、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。</p><p><b>　　2.3 托輥的選擇</b></p><p>　　托輥是用于

32、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?；爻掏休伩煞譃椋浩叫邢峦休?、螺旋托輥、V形托輥等。</p><p>　　托輥輥子的直徑與輸送機帶寬、帶速和承載能力有關

33、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）。</p><p>　　表2-1托輥直徑與帶寬的關系</p><p>　　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

34、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。</p><p>　　表2-2 托輥輥徑與帶速、轉速的關系（r/min）</p><p>　　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

35、載托輥和回程托輥。</p><p><b>　　2.4滾筒的選擇</b></p><p>　　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。</p><p>　　輕型：軸承孔徑80-100mm。軸與輪轂為單鍵聯(lián)接的單幅板焊接筒體結構。單向出軸。</p><p>　　中型

36、：軸承孔徑120-180mm。軸與輪轂為脹套聯(lián)接。</p><p>　　重型：軸承孔徑200-220mm。軸與輪轂為脹套聯(lián)接，筒體為鑄焊結構。有單向出軸和雙向出軸兩種。</p><p>　　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

37、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

38、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，所以選用光面滾筒。</p><p>　　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

39、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。</p><p>　　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

40、面有裸露光鋼面和平滑膠面兩種。</p><p>　　表2-4 各種帆布帶相對層數的最小傳動滾筒直徑</p><p>　　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500mm。</p><p>　　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，的滾筒為改向滾筒。</p>

41、;<p>　　表2-5 帶寬和滾筒直徑、長度之間的關系</p><p>　　所選的傳動滾筒和改向滾筒的基本參數如下表2-6：</p><p>　　表2-6 滾筒基本參數</p><p>　　2.5輸送帶牽引力計算</p><p>　　2.5.1 輸送帶的運動阻力和有效載荷</p><p>　　輸送帶運動時

42、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。</p><p><b>　?。?）直線區(qū)段 </b></p><p>　　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λ與軸承類型及工作環(huán)境有關， 取長度為L、傾角為β的一段輸送帶，分析其受力狀況，如圖2-3所示。

43、設單位長度內物件、輸送帶和上、下托輥的當量線載荷、、、。即可求出作用在托輥軸承上的總壓力N。</p><p><b>　　式（2.2）</b></p><p><b>　　式（2.3）</b></p><p><b>　　式（2.4）</b></p><p>　　式中 ——包箱

44、重量，此處為250N；</p><p>　　——上托輥重量，由參考文獻[7]查得，此處選為116N；</p><p>　　——下托輥重量，由參考文獻[7]查得，此處為104N；</p><p>　　——包裝箱節(jié)距，此處為1000mm（包裝箱長略小于400mm）；</p><p>　　——上托輥間距，輸送散貨時取1.2m。輸送件貨時，如果單間重

45、量超過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；</p><p>　　——下托輥間距，一般取 2～3 米，此處取 3 米。 </p><p>　　所以 ：，，，由參考文獻[5]可查得。</p><p>　　圖2-3 輸送帶受力分析</p><p>　　考慮到β角較小，β幾乎為零度，可近似地取 </p>

46、<p><b>　　式（2.5）</b></p><p>　　這樣輸送帶在托輥上運動時所受的摩擦阻力為</p><p><b>　　式（2.6）</b></p><p>　　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</p><p><

47、;b>　　式（2.7）</b></p><p>　　進而求出該區(qū)段的運動阻力為</p><p><b>　　式（2.8）</b></p><p>　　對于松邊來說，因沒有物件承載，QW=0，故主從動邊的拉力差改變?yōu)?lt;/p><p><b>　　式（2.10）</b></p&g

48、t;<p>　　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，這里帶長取12m。</p><p>　　所以, 直線區(qū)段的運動阻力</p><p>　　=0.025×12×(250+57.09+1370)</p><p><b>　　=503.13N</b></p><

49、p>　　=0.025×(57.09+34.67) ×12</p><p><b>　　=27.53N</b></p><p><b>　?。?） 曲線區(qū)段</b></p><p>　　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。</p><

50、;p>　　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 </p><p><b>　　式（2.11）</b></p><p>　　式中μ——軸承的摩擦系數，由參考文獻[5]查得，此處為0.015。</p><p>　　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、，以及滾筒的自重；若忽略不計

51、此自重，且近似取=，則作用在滾筒上軸承的合力</p><p><b>　　式（2.12）</b></p><p>　　式中 α——滾筒的包角，此處取為180º。</p><p>　　圖2-4滾筒受力分析</p><p>　　若將軸承摩擦阻力折算到滾筒圓周上，則當量阻力為</p><p>

52、<b>　　式（2.13）</b></p><p>　　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</p><p>　　滾筒分別取400mm，60mm；</p><p>　　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</p><p><b>　　式（2.14）&

53、lt;/b></p><p>　　撓性系數可按下式近似計算</p><p><b>　　式（2.15）</b></p><p>　　式中δ——帶的厚度，此處為4.5mm。</p><p>　　因此，帶在曲線區(qū)段運動的總阻力為</p><p><b>　　式（2.16）</b&

54、gt;</p><p>　　式中 S——帶繞過輪上兩端拉力中取較大者。</p><p>　　曲線區(qū)段2~3的撓性系數由式（2.15）近式算出：</p><p>　　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。</p><p>　　2.5.2 輸送帶的牽引力</p><p>　　由式（

55、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。</p><p>　　圖2-5輸送帶受力分析的分段</p><p>　　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：</p><p><b>

56、;　　第1點為：</b></p><p><b>　　第2點為：</b></p><p><b>　　第3點為：</b></p><p><b>　　第4點為：</b></p><p>　　據此可求出運輸帶任一點的n的拉力</p><p>&

57、lt;b>　　式（2.17）</b></p><p>　　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。， ， ，令則式（2.17）改寫為式（2.18）。</p><p><b>　　式（2.18）</b></p><p>　　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

58、力還必須滿足由歐拉公式所提出的條件，即</p><p><b>　　式（2.19）</b></p><p>　　式中 K——安全系數，通常取1.2～1.5。</p><p>　　至此，可求出輸送帶的牽引力</p><p><b>　　式（2.20）</b></p><p>

59、　　由上述推導可列出如下：</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　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，μ=0.25，，再取安全系數K=1.5，又得</p><p><b>　　式（2.21）</b></p><p>　　對以上兩表達示S4=f（S1

60、）聯(lián)立，解出主從動滾筒繞入端和繞出端的拉力為 ： </p><p><b>　　所以，牽引力。</b></p><p><b>　　2.6帶的強度校核</b></p><p>　　校核帶輸送帶的強度，可用下式（2.22）：</p><p><b>　　式（2.22）</b>&

61、lt;/p><p>　　式中 Z——帶的帆布層數，此處為4；</p><p>　　B——帶寬，此處為500mm；</p><p>　　—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；</p><p>　　n——安全系數，查由參考文獻[5]得，此處為8。</p><p>　　——最大拉力，此處

62、。</p><p><b>　　故說明強度可靠。</b></p><p>　　2.7 驅動裝置的設計與計算</p><p>　　驅動裝置是用來驅動輸送帶運動，實現(xiàn)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(lián)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

63、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。</p><p>　　圖2-6 驅動裝置圖</p><p>　　1-電動機；2、4-聯(lián)軸器；3-減速器；5-傳動滾筒</p><p>　　2.7.1電動機的選擇計算</p><p>　?。?）選

64、擇電動機的類型</p><p>　　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

65、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。</p><p><b>　　選擇電動機的容量</b></p><p>　　電動機所需工作功率為</p><p><b>　　式（2.23）

66、</b></p><p>　　式中 F——輸送帶的牽引力，N；</p><p>　　v——輸送帶的速度，m/s；</p><p>　　——電動機至輸送帶的傳動總功率；</p><p><b>　　傳動總功率：</b></p><p>　　式中 ——軸承的傳動效率，此處為0.98；&

67、lt;/p><p>　　——蝸桿傳動的傳動效率，此處為0.7；</p><p>　　——連軸器的傳動效率，此處為0.99；</p><p>　　——滾筒的傳動效率，此處為0.96。</p><p><b>　　所以， </b></p><p><b>　　確定電動機的轉速</b>

68、;</p><p><b>　　滾筒軸工作轉速為</b></p><p>　　3.3.6 存儲器和I/O接口電路</p><p>　　AT89S51單片機芯片內配置有4KB的Flash程序存儲器和128B的數據存儲器RAM，根據需要可外擴最大64KB的程序存儲器和64KB的數據存儲器，因此AT89S51的存儲器結構可分為4部分：片內程序存儲器、

69、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器。</p><p>　　CPU的數據處理速度要遠高于外圍設備，同時各外圍設備的數據處理速度也不盡相同，因此在CPU與外圍設備之間進行信息交換時要解決處理速度的匹配問題，以有效地提高CPU的工作效率；與此同時還要對外圍設備進行驅動，I/O接口電路正是為了上述問題而設計的。</p><p>　　CPU和外圍設備進行信息交換都要通過接口電路來進行。A

70、T89S51單片機內部集成4個可編程的并行I/O口（P0-P3），每個輸出接口電路都具有鎖存器和驅動器，輸入接口電路具有三態(tài)門控制，這是接口電路的基本特征。</p><p>　　3.3.7 復位操作及復位電路</p><p>　　復位操作是使單片機的CPU以及各部件處于初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始運行。單片機在運行過程中可能會受到外界的干擾使程序陷入死循環(huán)或“跑飛”，發(fā)生這種情況時需要將單片

71、機復位，以重新啟動運行。</p><p><b>　　（1）復位操作</b></p><p>　　RST引腳是復位信號的輸入端口，高電平有效。在時鐘振蕩器穩(wěn)定工作情況下，該引腳若有低電平上升到高電平并持續(xù)2個機器周期，如圖所示，系統(tǒng)實現(xiàn)一次復位 操作。單片機在RST高電瓶有效后的第二個機器周期開始執(zhí)行內部復位操作，并在RST變?yōu)榈碗娖角暗拿總€機器周期重復執(zhí)行內部復位操

72、作。</p><p><b>　　復位電路</b></p><p>　　圖3-6上電自動復位電路 圖3-7為手動復位電路</p><p>　　復位操作有手動復位和上電自動復位，上圖3-6為上電自動復位電路，上圖3-7為手動復位電路。</p><p>　　在復位電路上電的瞬間，RC電

73、路充電，RST引腳出現(xiàn)高電平。RST引腳出現(xiàn)的高電平將會隨著對電容C的充電過程而逐漸回落，為了保證RST引叫出現(xiàn)的高電平持續(xù)兩個機器周期以上的時間，須合理地選擇其電阻和電容的參數值，而電阻和電容參數的取值隨著時鐘頻率的不同而變化。這里采用手動復位，以便在出現(xiàn)故障或是任意需要的情況下進行復位，</p><p>　　3.3.8 時鐘電路</p><p>　　時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時

74、鐘信號，控制著單片機的有序運行節(jié)奏，而時序規(guī)定了指令執(zhí)行過程中各控制信號之間的相互關系。在時鐘信號的控制作用下，單片機就如同一個復雜的同步時序電路，嚴格地按照規(guī)定的時序進行工作。</p><p>　　在AT89S51芯片內部，有一個振蕩器電路和時鐘發(fā)生器，引腳XTAL1和XTAL2之間介入晶體振蕩器和電容后構成內部時鐘方式。也可以使用外部振蕩器產生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為CPU的時鐘源，稱為外部時鐘方

75、式。大多數的單片機采用內部時鐘方式，這里AT89S51單片機也采用內部時鐘方式。圖3-8、3-9為兩種方式的電路連接。</p><p>　　圖3-8 使用片內振蕩器接法 圖3-9 使用片外振蕩器接法</p><p>　　3.3.9 單片機控制的過程極其流程圖</p><p>　　單片機AT89S51用P1.6 控制傳送帶1，P1.7

76、控制傳送帶2。P1.6，P1.7均通過一個反向驅動器與光電耦合器的發(fā)光二極管陰極相連，通過改變光敏電阻阻值改變GATE 的電位，從而控制三端雙向晶閘管的通、斷，以實現(xiàn)對電動機的啟、停控制。具體的原理圖如圖3-10，產品自動裝箱控制系統(tǒng)的流程圖如圖3-11</p><p>　　圖3-10 單片機控制的產品自動裝箱系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖3-11 產品自動裝箱控制系統(tǒng)的流程圖<

77、/p><p>　　3.3.10 主程序的設計</p><p><b>　　ORG2000H</b></p><p>　　START： ANL P1.，# 3 F H ；停止兩個傳送帶</p><p>　　ORL P1. ，#40H ；啟動帶1，停止帶2</p>&

78、lt;p>　　LOOP1： JB P1.0，LOOP1 ；檢測包裝箱是否到位，等待P1.0 為低電平</p><p>　　LOOP2： JNB P1.0，LOOP2 ；等待P1.0 為高電平，新的空箱到位</p><p>　　ANL P1 ，#OBFH ；停止帶1</p><p>

79、　　SETB P1.7 ；啟動帶2</p><p>　　MOV R1 ，#00H ；計數器清零</p><p>　　LOOP3： JNB P1.1，LOOP3 ；等待P1.1為高電平</p><p>　　LOOP4： JB P1.1，LOOP4 ；等待P

80、1.1 為低電平，檢測產品是否到來</p><p>　　LOOP5： JNB P1.1，LOOP5 ；</p><p>　　INC R1 ；計數器加1</p><p><b>　　MOV A，R1</b></p><p>　　XRL A，#64H

81、 ；箱內裝100個產品嗎？</p><p>　　JNZ LOOP3 ；未滿，繼續(xù)</p><p>　　AJMP START ；已裝箱，換箱</p><p><b>　　END</b></p><p>　　光電傳感器與單片機協(xié)同工作，控制電動機啟動、停

82、止，從而實現(xiàn)自動計數裝箱，其具體過程如下：</p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：ANL P1.，#3FH。P1.6、P1.7同時置0，此時與 P1.6、P1.7相連的反向驅動器使光電耦合器的發(fā)光二極管陰極變?yōu)楦唠娖?，發(fā)光二級管因為電流太小不能發(fā)光，光敏電阻接受不到光照阻值較大，GATE點電位較小，達不到三端雙向晶閘管的導通值，三端雙向晶閘管斷開，電動機1、2停止轉動，則包裝箱傳送帶1、2停止傳送。 <

83、/p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：ORL P1.，#40H 。P1.6置1，此時與 P1.6相連的反向驅動器使光電耦合器的發(fā)光二極管陰極變?yōu)榈碗娖剑l(fā)光二級管發(fā)光，光敏電阻受到光照阻值變小，而GATE點電位上升，達到三端雙向晶閘管的導通值，三端雙向晶閘管接通，控制帶1的電動機轉動，包裝箱傳送帶1開始傳送。 </p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：JB P1.0，LOOP1 ；檢測包

84、裝箱是否到位，等待P1.0 為低電平。此時包裝箱傳送帶1已開始運行，當還未送到位時，光電檢測器1的發(fā)光器因無遮避物直接照到受光器（光敏三級管）上，光敏三極管受光照飽和導通，輸出低電平，與它相連的P1.0接口置0，單片機順序向下執(zhí)行程序。</p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：JNB P1.0，LOOP2；等待P1.0為高電平。當包裝箱繼續(xù)運行，遮住光電檢測器1的受光器時，此時光敏三級管因為受不到光照而截止，輸

85、出高電平，與它相連的P1.0接口置1，單片機順序向下執(zhí)行程序。</p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：ANL P1 ，#OBFH。P1.6置0，同理電動機1停止轉動，包裝箱傳送帶因慣性等因數，運行84mm后準確到位。</p><p>　?。?）單片機執(zhí)行程序：SETB P1.7 。P1.7置1，同理傳送帶2啟動。</p><p>　?。?）同理單片機執(zhí)行下述程

86、序：</p><p>　　MOV R1 ，#00H ；計數器清零</p><p>　　LOOP3： JNB P1.1，LOOP3 ；等待P1.1為高電平</p><p>　　LOOP4： JB P1.1，LOOP4 ；等待P1.1為低電平，檢測產品是否到來</p><

87、;p>　　LOOP5： JNB P1.1，LOOP5 ；</p><p>　　INC R1 ；計數器加1</p><p><b>　　MOV A，R1</b></p><p>　　XRL A，#64H ；箱內裝100個產品嗎？</p

88、><p>　　JNZ LOOP3 ；未滿，繼續(xù)</p><p>　?。?）當產品裝滿后，返回從START重復執(zhí)行程序，再對下一個貨物箱進行裝箱。如此循環(huán)，實現(xiàn)包裝生產流水線的自動計數裝箱。</p><p><b>　　4 輔助設備的設計</b></p><p>　　4.1 驅動頭架的尺寸確定&

89、lt;/p><p>　　驅動頭架用于支撐滾筒，減速器，電動機。整個裝置架選用性能良好的槽鋼支撐，角鋼加固，鋼板等用于固定電機，減速器，傳動滾筒的機座。槽鋼，角鋼，鋼板的連接使用焊接，焊縫均為連續(xù)角焊，焊件搭接處焊三面。 根據中心線的高度，固定電動機與減速器的架高213mm，傳動滾筒的架高380mm，具體尺寸結構已于CAD圖標出。</p><p>　　4.2 拉緊尾架的尺寸確定</p>

90、;<p>　　拉緊尾架用于支撐傳動滾筒，安裝螺旋拉緊裝置。因選用的拉緊行程為500mm，結合傳動滾筒的兩滾筒座間距為350mm，確定整個拉緊尾架的長為1300mm，寬為多少380mm。具體尺寸結構已于CAD圖中標出。</p><p>　　4.3 中間架的尺寸確定</p><p>　　中間架用于安裝上下托輥，采用兩個80mm寬的槽鋼，固定部分都采用螺栓聯(lián)接。共有3段中間架，均長

91、3400mm，各中間架之間也用螺栓連接，便于運輸和安裝。結合上下托輥的尺寸，確定中間架的總長為10200mm，寬為916mm，高為480mm。具體尺寸結構已于CAD中間架圖中標出。</p><p>　　4.4 傳料板的尺寸確定</p><p>　　在將包裝箱輸送裝置和產品輸送裝置成丁字型布置時，由于兩輸送帶之間有一定的距離，產品不能順利落入包裝箱內，因此需加一傳料板。此傳料板可起到傳接產品

92、，使產品準確落入箱中的作用。因傳料板所承受的力很小，材料可采用鋁板，以45度傾斜，并用螺栓將板固定在產品輸送裝置的頭部驅動架上。具體結構見CAD裝配圖。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本文從自動裝箱系統(tǒng)整體設計出發(fā), 主要對物品傳動皮帶機構和單片機控制電路這兩部分進行了設計。其中物品傳動皮帶機構與常見的帶式輸送機結構相似，本文對該輸送裝

93、置各組成部分：輸送帶、托輥、拉緊裝置、驅動裝置等進行了分析。對單片機控制過程進行了詳細說明。得出以下主要結論：</p><p>　?。?）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。</p><p>　　本文對這三部分產生的阻力進行了計算并對帶進行了強度校核，以保證輸送裝置能可靠、安全的運行。</p><p>　?。?）考慮到工作現(xiàn)場的

94、空間和減少傳動鏈原則，本設計的驅動裝置直接采用聯(lián)軸器將電動機和減速器相連，減速器與傳動滾筒相連。</p><p>　?。?）拉緊裝置給輸送帶一定的初始拉緊力，使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，它是帶式輸送機不可缺少的重要組成部分。因這里輸送裝置的長度較短，綜合比較各種拉緊裝置，本設計選用了螺旋拉緊裝置，它結構簡單，拉緊行程小，適用于短距離輸送機。當輸送帶因長時間工作變松時，可通過絲杠

95、手動調整。</p><p>　?。?）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。本設計采用了最簡單的單片機應用系統(tǒng)，它包括電源、時鐘電路、輸入/輸出設備和復位電路。通過單片機對電動機等各機械部分的控制來實現(xiàn)系統(tǒng)要求，達到自動計數和裝箱。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經過三個多月的忙碌，本次畢

96、業(yè)設計已經接近尾聲，在此，我要感謝每一個幫助過我的人。  </p><p>　　首先,我要感謝的是我的指導老師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，都給予我悉心的指導和幫助?？梢哉f，沒有導師的悉心指導和幫助，我是不可能順利完成我的畢業(yè)設計的。另外，他的治學嚴謹和科學研究精神值得我永遠地學習，并將積極影響我今后的學習和工作。</p><p>　　其次我要感謝我的

97、父母,在我畢業(yè)設計最艱苦的那段日子,是他們給了我最大的精神支持。父母為了我的成長，一直在背后默默的付出和辛勤的工作，他們的養(yǎng)育之恩，我將用自己的一生去回報。</p><p>　　再次，我要感謝幫助過我的同學，在我畢業(yè)設計期間，他們給了我不少的關心和幫助。</p><p>　　最后，感謝母校對我的培養(yǎng)并感謝各位專家和教授對本文的評閱和指導。</p><p><b

98、>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 馬淑華.單片機原理與接口理論[M].北京:北京郵電大學出版社,2005:1-24.</p><p>　　[2] 王錫法.長距離變坡下運帶式輸送機的設計研究[D].西安理工大學,2005.</p><p>　　[3] 吳占和.基于光電傳感器和單片機控制的產品自動裝箱系統(tǒng)[J]；中國科技信息,2007

99、,(12).</p><p>　　[4] 朱龍根.簡明機械零件設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.</p><p>　　[5] 成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1993.</p><p>　　[6] 機械設計手冊編委會.減速器和變速器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007. </p><p>　　[7] 起重運輸

100、機械零部件、操作件和小五金[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[8] 單麗云.工程材料[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2000.</p><p>　　[9] 鄒麗新.單片微型計算機[M].蘇州:蘇州大學出版社,2001.</p><p>　　[10]邱宣懷.機械設計[M].北京:高等教育出版社,1997.</p><p

101、>　　[11]王鷹.起重輸送機械圖冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1992.</p><p>　　[12]龔湘義.機械設計課程指導書[M].北京:高等教育出版社,1990:7-15.</p><p>　　[13]曾正明.機械材料手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[14]謝鐵邦.互換性與技術測量[M].武漢:華中科技大學出版社

102、,1998.</p><p>　　[15]范思沖.畫法幾何及機械制圖[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　英文原文</b></p><p&g

103、t;　　Basic Machining Operations and Cutting Technology</p><p>　　Basic Machining Operations </p><p>　　Machine tools have evolved from the early foot-powered lathes of the Egyptians and John Wilkin

104、son's boring mill. They are designed to provide rigid support for both the workpiece and the cutting tool and can precisely control their relative positions and the velocity of the tool with respect to the workpiece.

105、 Basically, in metal cutting, a sharpened wedge-shaped tool removes a rather narrow strip of metal from the surface of a ductile workpiece in the form of a severely deformed chip. The chip i</p><p>　　Most ma

106、chining operations produce parts of differing geometry. If a rough cylindrical workpiece revolves about a central axis and the tool penetrates beneath its surface and travels parallel to the center of rotation, a surface

107、 of revolution is produced, and the operation is called turning. If a hollow tube is machined on the inside in a similar manner, the operation is called boring. Producing an external conical surface uniformly varying dia

108、meter is called taper turning, if the tool point trav</p><p>　　Flat or plane surfaces are frequently required. They can be generated by radial turning or facing, in which the tool point moves normal to the a

109、xis of rotation. In other cases, it is more convenient to hold the workpiece steady and reciprocate the tool across it in a series of straight-line cuts with a crosswise feed increment before each cutting stroke. This op

110、eration is called planning and is carried out on a shaper. For larger pieces it is easier to keep the tool stationary and draw the workp</p><p>　　Multiple-edged tools can also be used. Drilling uses a twin-e

111、dged fluted tool for holes with depths up to 5 to 10 times the drill diameter. Whether the </p><p>　　drill turns or the workpiece rotates, relative motion between the cutting edge and the workpiece is the im

112、portant factor. In milling operations a rotary cutter with a number of cutting edges engages the workpiece. Which moves slowly with respect to the cutter. Plane or contoured surfaces may be produced, depending on the geo

113、metry of the cutter and the type of feed. Horizontal or vertical axes of rotation may be used, and the feed of the workpiece may be in any of the three coordinate directions.</p><p>　　Basic Machine Tools <

114、;/p><p>　　Machine tools are used to produce a part of a specified geometrical shape and precise I size by removing metal from a ductile material in the form of chips. The latter are a waste product and vary fro

115、m long continuous ribbons of a ductile material such as steel, which are undesirable from a disposal point of view, to easily handled well-broken chips resulting from cast iron. Machine tools perform five basic metal-rem