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分 類 號(hào)
密 級(jí)
寧寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
一種自動(dòng)物料分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
2013 年 月 日
誠 信 承 諾
我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《一種自動(dòng)物料分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
顏色分選系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于表面質(zhì)量的判別(表面質(zhì)量的判別是指利用光反射特性，按照表皮顏色差異分選、按照有無外表損傷分選等)和內(nèi)部質(zhì)量的判別(內(nèi)部質(zhì)量的判別是指利用光透射特性，按照成熟度差異分選、按照內(nèi)部損傷差異分選、按照內(nèi)部品質(zhì)差異分選等)等情況。用色選機(jī)取代人工手選，排除人為因素的干擾，既提高了生產(chǎn)效率(如分選精度、一致性等)，又降低了生產(chǎn)費(fèi)用。無論從經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)或從生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)考慮，色選機(jī)的應(yīng)用部是極為有利和有效的。
然后通過PLC對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)。進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作原理的介紹，IO接點(diǎn)，PLC選型和梯形圖的分析說明，通過分析論證，實(shí)現(xiàn)了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)物料，自動(dòng)分選，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
37
Abstract
Color sorting system has been widely used for discriminant surface quality ( discriminant surface quality refers to the use of light reflection characteristics, in accordance with the skin color differences separating, according to with or without appearance damage sorting ) discrimination and internal quality ( discriminant internal quality refers to the use of light transmission properties, separation, in accordance with the maturity difference according to the internal damage between sorting in accordance with the internal quality difference, sorting, etc.). Use color sorter replaces manual election, exclude the interference of human factors, not only improves the production efficiency ( such as sorting accuracy, consistency, and reduces the production cost ). From the economics point of view or from the ecology viewpoint, application of color sorter is extremely beneficial and effective.
Then the mechanism design of control system by PLC. The system was designed, the principle, IO contact, analysis of PLC type and ladder diagram, through analysis and demonstration, to achieve the expected design requirements.
Key Words: Automatic material, measurement, sorting, measure
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1自動(dòng)物料分選機(jī)概述 1
1.2 PLC介紹 2
1.2.1 PLC的基本概念 2
1.2.2 PLC構(gòu)成 2
1.2.3 PLC的工作原理 3
1.2.4 PLC的技術(shù)原理 5
1.2.5 PLC的優(yōu)點(diǎn) 6
1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 6
第2章 總體方案論證 7
2.1顏色分選機(jī)的方案設(shè)計(jì) 7
2.2分選機(jī)工作原理 7
2.3 本章小結(jié) 8
第3章 一種自動(dòng)物料分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 同步帶的概述 9
3.1.1同步帶介紹 9
3.1.2同步帶的特點(diǎn) 10
3.1.3同步帶傳動(dòng)的主要失效形式 10
3.1.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 12
3.1.5同步帶分類 13
3.2電機(jī)的選擇 13
3.2.1電機(jī)的分類 13
3.2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 14
3.3 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 15
3.3.1 同步帶計(jì)算選型 15
3.3.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 18
3.3.3 同步帶的設(shè)計(jì) 20
3.3.4 同步帶輪的設(shè)計(jì) 21
3.4 氣缸的選型 22
3.5 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
3.6本章小結(jié) 24
第4章 自動(dòng)物料分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25
4.1工作原理 25
4.2 I/O分配表 25
4.3 PLC選型依據(jù) 26
4.4 工作流程 27
4.5 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) 28
4.6 完整的梯形圖設(shè)計(jì) 32
參考文獻(xiàn) 34
總結(jié)與展望 35
致謝 36
寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒論
1.1自動(dòng)物料分選機(jī)概述
國外的顏色檢測(cè)研究起步較早，各種顏色檢測(cè)儀器應(yīng)用廣泛，其中典型的應(yīng)用之一是顏色分選機(jī)，主要用于農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品出口、食品加工業(yè)及出口，其次還有化學(xué)品及礦產(chǎn)品企業(yè)。美國 ESM 公司及 Sortex 公司分別于20 世紀(jì) 30 年代及 40 年代研制了這種設(shè)備，并根據(jù)市場(chǎng)需要不斷推出新機(jī)型；日本安西公司于 1970 年成功開發(fā)并開始制造和銷售全日本第一臺(tái)電子色彩選別機(jī)，其中接受中國方面的訂貨就有十幾年的歷史，有近百臺(tái)/套的各類選別機(jī)械己在中國各地被使用，中國兩大農(nóng)業(yè)上市公司“中國藍(lán)田股份有限公司”和“湖南金健米業(yè)股份有限公司”都采用安西公司的色選設(shè)備。日本佐竹公司于 1979 年也推出了這種產(chǎn)品。ESM 于 1992 年與佐竹公司合并繼續(xù)生產(chǎn)顏色分選機(jī)。現(xiàn)在主要從事生產(chǎn)色選機(jī)的企業(yè)有日本的佐竹公司、安西制作所，瑞士的布勒公司，以及英國和美國的一些糧食加工設(shè)備公司。在世界范圍內(nèi)，以日本佐竹公司和瑞士布勒公司的產(chǎn)品代表了農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械的先進(jìn)水平，其產(chǎn)品遍布亞洲、歐洲、美洲、大洋洲及非洲等。日本佐竹株式會(huì)社其機(jī)械產(chǎn)品廣泛運(yùn)用光電、傳感、信息等先進(jìn)技術(shù)，服務(wù)于大米的種植、收割和加工等各個(gè)生產(chǎn)階段，自動(dòng)化程度很高。在美國，許多西紅柿收獲機(jī)械都裝備了顏色分級(jí)器，每個(gè)分級(jí)器能以 25t/h 的生產(chǎn)率分離紅西紅柿與青西紅柿。計(jì)算機(jī)控制的顏色分級(jí)器被用在包裝工廠，對(duì)柑桔，西紅柿或蘋果進(jìn)行分選。美國 HunterLab 測(cè)色儀可檢測(cè)各類食品的顏色；2002 年 9 月在北京“2002 年國際水稻產(chǎn)業(yè)、技術(shù)及機(jī)械設(shè)備展覽會(huì)”上，索特克斯首次在中國推出了 Z 系列光電色選機(jī)，其高精度象素的數(shù)碼相機(jī)能檢測(cè)出淺淡微黃和針尖大的黑點(diǎn)，是世界上首臺(tái)能選出微黃粒、紅粒等各種異色粒，又能同時(shí)去除腹白的色選機(jī)。
近年來我國許多院校及科研單位在電腦測(cè)色方面進(jìn)行了研究，取得了一些成績，如由北京理工大學(xué)研制的便攜式色差計(jì)；北京康光光電子聯(lián)合公司研制的 SC-80 輕便色彩色差計(jì)；合肥安科光電機(jī)械有限公司生產(chǎn)的智能化電腦色選機(jī)；核工業(yè)理化工程研究院自主研究生產(chǎn)的色選機(jī)系列通過國家鑒定；天津光學(xué)儀器廠研制的色度實(shí)驗(yàn)裝置wsd-1/1a是一種自動(dòng)光譜光度測(cè)色儀器；何東健等進(jìn)行了果實(shí)表面顏色計(jì)算機(jī)視覺分級(jí)技術(shù)研究；馮斌等在利用水果表面分布的分形維數(shù)為特征對(duì)不同著色等級(jí)水果進(jìn)行分級(jí)時(shí)，采用了 HIS 模型，利用各色度點(diǎn)的累計(jì)和空間分布特性，使顏色分級(jí)更符合實(shí)際情況；Tao.Y 等研制成功了用于馬鈴薯和蘋果顏色檢測(cè)的機(jī)器視覺系統(tǒng)，它可以區(qū)別正常馬鈴薯與發(fā)芽馬鈴薯及黃色與綠色的“金帥蘋果”等。
國內(nèi)的儀器市場(chǎng)有不少顏色儀器，但大多是外國的進(jìn)口儀器，或者主要依靠國外技術(shù)完成儀器的加工制造。例如：無錫糧油機(jī)械有限公司生產(chǎn)的電腦光電色選機(jī)，中美合資合肥安科光電有限公司引進(jìn)美國技術(shù)生產(chǎn)的色選機(jī)系列，佐竹機(jī)械蘇州有限公司生產(chǎn)的GS系列色選機(jī)等。而且國內(nèi)顏色分選機(jī)主要用于大米色選，在其他果蔬、馬鈴薯等農(nóng)產(chǎn)品顏色分級(jí)應(yīng)用還不是很廣泛。
八十年代初，上海紡織科學(xué)院從西德 OPTON 公司引進(jìn)了我國第一臺(tái)自動(dòng)測(cè)色、配色電腦，電腦測(cè)色、配色技術(shù)才開始在我國有關(guān)的一些行業(yè)中得以應(yīng)用。這也是我國第一次引入顏色分選設(shè)備，從而開啟了我國對(duì)于顏色分選領(lǐng)域的大門，在今后的幾年中，各大高校也逐漸的開始了對(duì)于顏色分選機(jī)的探索與研究，尤其是在對(duì)于農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。
而隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，人們生活水平的提高，社會(huì)對(duì)所需品的要求有了極大的提高。同時(shí)，顏色分選設(shè)備精密度標(biāo)準(zhǔn)的提高，促使對(duì)分選的質(zhì)量要求越來越高；以分選類產(chǎn)品因質(zhì)量問題大大約束其廣泛使用?，F(xiàn)在，新一代的顏色分選設(shè)備的不斷改善，使其質(zhì)量發(fā)生了根本性的提高，能完全滿足現(xiàn)代化工業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的需要。所以，在各行業(yè)的實(shí)際使用過程中分選機(jī)的優(yōu)越性將會(huì)很快得以體現(xiàn)?？偠灾伾诌x機(jī)的研究突破將會(huì)是分選機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的大趨勢(shì)之一。
1.2 PLC介紹
1.2.1 PLC的基本概念
早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC,PLC自1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強(qiáng)大。
1.2.2 PLC構(gòu)成
a、電源
PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去
b. 中央處理單元（CPU）
中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。
c、存儲(chǔ)器
存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。
d、輸入輸出接口電路
1．現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。
2．現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。
e、功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。
f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。
1.2.3 PLC的工作原理
1、掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
（1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
（2） 用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。
在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
（3） 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。
2、PLC內(nèi)部運(yùn)作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點(diǎn)開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。
3、PLC的特點(diǎn)
plc 具有以下鮮明的特點(diǎn)。
（1） 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。
（2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。
（3） 能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。
4、PLC目前的主要品牌
美國AB，比利時(shí)ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。
1.2.4 PLC的技術(shù)原理
PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸，在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5M~45M之間。PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí)，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號(hào)解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。
1.2.5 PLC的優(yōu)點(diǎn)
1．實(shí)現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。
2．范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。PLC可以輕松地滲透到每個(gè)家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。
3．高速率 PLC能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而4.5M~45Mbps之間。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于撥號(hào)上網(wǎng)和ISDN，比ADSL更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。
4．永遠(yuǎn)在線 PLC屬于"即插即用"，不用煩瑣的撥號(hào)過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！
5．便捷 不管在家里的哪個(gè)角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！
1.3 本課題的主要研究內(nèi)容
本文主要研究自動(dòng)物料自動(dòng)分選機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的組成原理，選取一種自動(dòng)物料作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)物料自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)。然后通過PLC對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。
第2章 總體方案論證
2.1顏色分選機(jī)的方案設(shè)計(jì)
顏色分選機(jī)是各類制造業(yè)、農(nóng)業(yè)企業(yè)廣泛應(yīng)用的分選設(shè)備。一方面，有顏色分選的機(jī)械設(shè)備分選精度不高，分選質(zhì)量不太標(biāo)，分選后還需要大量的人力來復(fù)查因?yàn)榫炔桓叨斐傻姆诌x不良的狀況。并且，這一嚴(yán)峻的事實(shí)已經(jīng)引起了企業(yè)對(duì)于分選設(shè)務(wù)的重點(diǎn)關(guān)注。在如今這個(gè)高科技數(shù)字化的先進(jìn)社會(huì)里，消除此類潛在不良情況已成為當(dāng)務(wù)之急。而另一方面，隨著現(xiàn)代化科學(xué)飛速的發(fā)展，對(duì)于分選機(jī)的應(yīng)用要求也在不斷的提高。特別是顏色分選機(jī)在農(nóng)業(yè)水果分選等方面的應(yīng)用，其對(duì)生產(chǎn)與操作過程中對(duì)于顏色分選機(jī)的要求標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)系到廣大人民群眾的根本利益和企業(yè)成本利潤。因此，顏色分選機(jī)在機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常具有代表性和實(shí)用性，值得學(xué)習(xí)和研究。
諸多實(shí)力充分證明，存在著一種或數(shù)種較嚴(yán)重缺陷的方案設(shè)計(jì)，且在分選機(jī)制造完成后就很難予以彌補(bǔ)。分行機(jī)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到分選機(jī)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、成本的高低，也決定了產(chǎn)品的外形尺寸和重量以及相應(yīng)的安裝與維修的難易。
顏色分選機(jī)的方案設(shè)計(jì)包括如下內(nèi)容：結(jié)構(gòu)形式選擇、顏色識(shí)別方式、分選作用方式選擇，分選誤差分析判斷、驅(qū)動(dòng)機(jī)類型的選擇和功率、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速匹配、傳動(dòng)方式等。
2.2分選機(jī)工作原理
顏色分選機(jī)主要分為檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分，首先通過顏色傳感器進(jìn)行顏色的識(shí)別，后由圖像處理系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行處理，提取各個(gè)物體的顏色參數(shù)，并綜合判定其等級(jí)及分類情況；當(dāng)帶有等級(jí)信息的物體到達(dá)所屬等級(jí)的分級(jí)出口時(shí)，相應(yīng)的分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，追使該分選該物體的分選杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)或氣缸運(yùn)動(dòng)，將物體從傳送軸上撬起并滾入相應(yīng)的分選收集箱中；同步控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制分選機(jī)的各個(gè)部件同步協(xié)調(diào)工作。
1．顏色識(shí)別過程：通常所看到的物體顏色,實(shí)際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分,而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的,也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍(lán)B、紫P)。根據(jù)德國物理學(xué)家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知,各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍(lán))混合而成的。顏色根據(jù)此，將物體進(jìn)行顏色識(shí)別，從而傳送到控制系統(tǒng)中。
2．結(jié)構(gòu)分選過程：主控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器，根據(jù)控制系統(tǒng)中所傳輸?shù)玫降男畔?，來判定結(jié)構(gòu)分選過程中分選杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)或氣缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
至此，顏色分選機(jī)完成了一個(gè)由顏色識(shí)別、分析判斷和物體分選的三過程組成的工作循環(huán)。此后，顏色識(shí)別系統(tǒng)又重新識(shí)別運(yùn)動(dòng)，重復(fù)上述過程，如此周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。
顏色分選機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)概要
優(yōu)點(diǎn)：顏色分選范圍較廣，效率較高，適應(yīng)性強(qiáng)。
缺點(diǎn)：主要是針對(duì)外形尺寸和重量大小基本相同的物件，同時(shí)，外屆干擾較大，可能影響顏色識(shí)別精度，因此需要較大的基礎(chǔ)。而且顏色分選機(jī)械結(jié)構(gòu)部分具有脈動(dòng)性，機(jī)器的易損零件也較多。
顏色分選機(jī)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)
1．顏色識(shí)別技術(shù)分析、計(jì)算及程序設(shè)計(jì)；
2．機(jī)械分選部分分析及計(jì)算，計(jì)算量大；
3．主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校驗(yàn)。
2.3 本章小結(jié)
本章主要對(duì)自動(dòng)物料自動(dòng)分選幾種進(jìn)行比較和分析,最終我們選取目前切實(shí)可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當(dāng)中重點(diǎn)介紹。
第3章 一種自動(dòng)物料分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 同步帶的概述
3.1.1同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動(dòng)帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動(dòng)過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動(dòng)過程中投有滑動(dòng)，從而保證主、從動(dòng)輪間呈無滑差的間步傳動(dòng)。
同步帶傳動(dòng)（見圖3-1）時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。
圖3.1 同步帶傳動(dòng)
同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。 同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動(dòng)中。同步帶的使用，改變了帶傳動(dòng)單純?yōu)槟Σ羵鲃?dòng)的概念，擴(kuò)展了帶傳動(dòng)的范圍，從而成為帶傳動(dòng)中具有相對(duì)獨(dú)立性的研究對(duì)象，給帶傳動(dòng)的發(fā)展開辟了新的途徑。
3.1.2同步帶的特點(diǎn)
(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。
3.1.3同步帶傳動(dòng)的主要失效形式
在同步帶傳動(dòng)中常見的失效形式有如下幾種：
(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動(dòng)力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當(dāng)選用的主動(dòng)撈輪直徑過小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會(huì)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。
圖3.2 同步帶承載繩斷裂損壞
(2)、同步帶的爬齒和跳齒
根據(jù)對(duì)帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號(hào)所決定的許用圓周力。
2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。
3、適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(3)、帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)：
1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。
2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。
3、同步帶的基體材料強(qiáng)度差。
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。
圖3.3 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3.4 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會(huì)產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)
生龜裂的原因如下，
1、帶基體材料的老化所引起；
2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。
圖3.5 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
3.1.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
據(jù)對(duì)同步帶傳動(dòng)失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動(dòng)的主要失效形式為如下三種；
(1)同步帶的承載繩疲勞拉斷；
(2同步帶的打滑和跳齒；
(3)同步帶帶齒的磨損。
因此，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。
3.1.5同步帶分類
同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對(duì)稱齒型（代號(hào)DA)和交錯(cuò)齒型(代號(hào)DB〕。
梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動(dòng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
3.2電機(jī)的選擇
3.2.1電機(jī)的分類
1．按工作電源分類根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。
2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。
同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。
直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。
3．按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式電動(dòng)機(jī)、電容盍式電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)和分相式電動(dòng)機(jī)。
4．按用途分類電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。
驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。
控制用電動(dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。
5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī)）。
6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無極變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
3.2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇
由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由板料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動(dòng)摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動(dòng)摩擦力卻很小，故忽略不計(jì)。計(jì)算過程如下:
F=mngM=FL
其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為板料的質(zhì)量，為板料與傳送帶
步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖4-3所示：
則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時(shí)，f=100HZ。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號(hào)為：57BYJ250C
3.3 同步帶傳動(dòng)計(jì)算
3.3.1 同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表3-3.工作情況系數(shù)
確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4
表3-4
選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z(mì)1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。
故z1=34，z2=34。
確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得
現(xiàn)在選取軸間間距為取1640mm
10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定
=()
=
=3800mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表3-5 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
3.3.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、同步帶的節(jié)線長度
同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長度過大過小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。
表3-6 帶節(jié)線長度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表3-5。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖3.7 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表3-7 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
3.3.3 同步帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。
表3-8 同步帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖3.8 同步帶
3.3.4 同步帶輪的設(shè)計(jì)
同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求
1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
3、有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。
4、具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
同步帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)果
同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖4-4。
圖3.9 同步帶輪
3.4 氣缸的選型
由于氣缸工況類似，所有的氣缸選擇一種類型。
考慮本課題的具體情況，一般設(shè)計(jì)氣缸主要根據(jù)負(fù)載設(shè)計(jì)的，由于本課題的氣缸只是撥動(dòng)自動(dòng)物料移動(dòng)，受載比較非常的小，故在此不需要花太多精力去考慮負(fù)載要求。本課題主要根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸來確定?？紤]滿足結(jié)構(gòu)的情況下，盡量采用小型氣缸，以便降低成本。
經(jīng)過比較，參考市場(chǎng)上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。
速易可氣動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場(chǎng)，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動(dòng)控制組件、氣動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動(dòng)控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。
速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿氣缸、滑臺(tái)氣缸、止動(dòng)氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。
經(jīng)過分析，在這選擇MD40 FA.
3.5 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.初定氣缸工作壓力 氣缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來確定，此外，還需要考慮以下因素：
(1)各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場(chǎng)合。
(2)考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高1些，則元件尺寸小，重量輕，但對(duì)元件的制造精度，密封性能要求高。
所以，氣缸的工作壓力的選擇有兩種方式：1是根據(jù)機(jī)械類型選；二是根據(jù)負(fù)載選。
如表3-1、表3-2所示。
表3-1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力
負(fù)載/N
＜5000
500～10000
10000～20000
20000～30000
30000～50000
＞50000
工作壓力/MPa
≤0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
＞5
表3-2 按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力
機(jī)械類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
工程機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力/MPa
a≤2
3～5
≤8
8～10
10～16
20～32
由于負(fù)載不大，根據(jù)具體情況，盡量選擇比較小的，以減少能量消耗和成本。選擇工作壓力為1Mpa.
3.6本章小結(jié)
本章主要對(duì)自動(dòng)物料自選機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以一種常見的自動(dòng)物料為例子來進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與計(jì)算。
第4章 自動(dòng)物料分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1工作原理
分選機(jī)屬于比較儀器，先以標(biāo)準(zhǔn)尺寸工件定標(biāo)或先校正好測(cè)微儀的放大倍數(shù)，然后以被測(cè)工件與標(biāo)準(zhǔn)工件尺寸進(jìn)行比較，產(chǎn)生直徑尺寸差Δd和長度尺寸差Δl， 電感頭將Δd和Δl轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼胁瞀和ΔL，電路將電感差轉(zhuǎn)變?yōu)?~+10V的電壓信號(hào)Us。信號(hào)經(jīng)PLC模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并根據(jù)工 藝要求，將參數(shù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，控制相應(yīng)料門電磁鐵。
4.2 I/O分配表
分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表：
4.3 PLC選型依據(jù)
日本OMRON公司是世界上生產(chǎn)可編程序控制器（PC）的著名廠家之一，OMRON的大、中、小、微型機(jī)各具特色各有所長，在中國市場(chǎng)上的占有率位居前列，在國內(nèi)用戶中享有較高聲譽(yù)。因此選擇OMRON的PLC系統(tǒng)作為本課題的研究對(duì)象。
對(duì)于PC，一般應(yīng)從基本性能、特殊功能及通信聯(lián)網(wǎng)三個(gè)方面考察其性能?；拘阅馨ㄖ噶钕到y(tǒng)、工作速度、控制規(guī)模、程序容量、PC內(nèi)部器件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量等。特殊功能指中斷、A/D、D/A、溫度控制等，模塊式PC的特殊功能是由智能單元完成的。通信聯(lián)網(wǎng)是指PC與各種外設(shè)通信及PC組成各種網(wǎng)絡(luò)，這一功能通常由專用通信板或通信單元完成。
系統(tǒng)采用OMRON C200H模塊式PLC，現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)信號(hào)接入24V輸入模塊，指示燈、中間繼電器及電磁鐵線圈由晶體管型輸出模塊控制。選用差動(dòng)式電感傳感器（差動(dòng)式電感傳 感器是把被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成線圈的互感變化，由兩個(gè)相同的電感線圈和磁路組成，使用時(shí)，一個(gè)線圈的電感量增加，另一個(gè)線圈的電感量減小，形成差動(dòng)形式，以 提高傳感器的靈敏度和線性度）將滾針或滾柱的直徑和長度的變化轉(zhuǎn)變成電感量變化，再經(jīng)放大電路放大成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，接至PLC的模擬量輸入模塊。
該系統(tǒng)總輸入點(diǎn)為:開關(guān)量為5點(diǎn)，模擬量為2點(diǎn)，分別采用直流24V的8點(diǎn)輸入模塊IM211和模擬量輸入模塊AD001;輸出點(diǎn)為開關(guān)量17點(diǎn)，選用OD411（8點(diǎn)）和OD211（12點(diǎn)）兩塊晶體管輸出模塊。對(duì)PLC的輸入輸出端子進(jìn)行定義和分配如附表所示。
4.4 工作流程
1 程序控制的要求
現(xiàn)通過工件1從送料到落料來說明一個(gè)程序周期的過程:
（1）送工件1至平臺(tái)（同時(shí)推落上一工件）;
（2）對(duì)上一工件信號(hào)值清零，該工件對(duì)應(yīng)的落料門關(guān)閉;
（3）對(duì)工件1進(jìn)行并鎖存，打開相應(yīng)料門，準(zhǔn)備落料;
（4）工件2送料，同時(shí)將工件1頂下落料;
（5）工件3送料，同時(shí)將工件2頂下落料;
（6）工件1經(jīng)一段時(shí)間落入相應(yīng)料門;
（7）工件2經(jīng)一段時(shí)間落入相應(yīng)料門;
（8）工件1信號(hào)清零，相應(yīng)料門關(guān)閉。
程序的控制流程
PLC程序的控制流程圖如圖4.1所示:
圖4.1 控制系統(tǒng)流程圖
4.5 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)
程序設(shè)計(jì)
（1）開始啟動(dòng)
通過0010啟動(dòng)開關(guān)按鈕，啟動(dòng)送料電機(jī)，同時(shí)同步脈沖按鈕，驅(qū)動(dòng)正常指示燈顯示正常。
（2） 信號(hào)輸入與干擾消除
在輸入的模擬量信號(hào)中，會(huì)含有各種噪聲和干擾。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的隨機(jī)干擾。 PLC的 AD001模塊引入數(shù)字濾波方法，它可根據(jù)用戶設(shè)定的積分常數(shù)對(duì)多次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，以消除干擾。其中，積分常數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù)，平均 值是將多次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)之和與積分常數(shù)相除，并忽略計(jì)算結(jié)果中的小數(shù)部分。
設(shè)N為A/D轉(zhuǎn)換次數(shù)，AD001中四路輸入的N值分別預(yù)置在 DM1101-DM1103中。在這里將N取2，所用2路積分常數(shù)預(yù)置在DM1101和DM1102通道中。IR區(qū)中10001-10004分別是第一路 到第四路的求平均值啟動(dòng)位，當(dāng)其被置為“1”時(shí)，則向AD001發(fā)出取平均值的指令，此時(shí)平均值為二進(jìn)制數(shù)。取平均值的梯形如圖4.2所示:
圖4.2 取平均值的梯形圖
（3） 數(shù)據(jù)換算
由于A/D轉(zhuǎn)換得到的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，即相對(duì)于傳感器 范圍的相對(duì)百分?jǐn)?shù)，不能直觀地表示過程被的量綱，因此需要進(jìn)行換算。AD001可根據(jù)用戶設(shè)定的上下限參數(shù)，將AD轉(zhuǎn)換后的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)換算成4 位十進(jìn)制數(shù)。AD001按下式進(jìn)行換算，并忽略計(jì)算結(jié)果中的小數(shù)部分。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換梯形圖如圖3所示，其中兩路的上、下限參數(shù)值分別預(yù)置在DM1110、DM1111和DM1112、DM1113中，參數(shù)值必須是0— 9999的BCD碼數(shù)據(jù)，且兩數(shù)據(jù)之差不大于4000。IR區(qū)中10005、10006分別為第一路、第二路的數(shù)據(jù)換算啟動(dòng)位，當(dāng)其被置為“1”時(shí)，則向 AD001發(fā)出執(zhí)行換算指令。
圖4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的梯形圖
（4） 數(shù)據(jù)分組
信號(hào)在轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，還要同內(nèi)部寄存器中的定植進(jìn)行比較，以便進(jìn)行分組，即確定滾針或滾柱應(yīng)屬的組別，并將其歸入該組。
根據(jù)工藝要求，將長度設(shè)為上限和下限值，分別預(yù)置在DM1110和DM1111中;直徑設(shè)為10組，分別預(yù)置在DM1112到DM1121中。實(shí)際值連續(xù)同設(shè)定植比較，即可確定相應(yīng)組別。長度比較梯形圖如圖4所示，當(dāng)00103接通時(shí)，將通道DM006中的值同DM1110相比較，如小于設(shè)定下限值，則LE接通，接通00400輸出。如大于 設(shè)定下限值，則同上限值DM1121相比較;如大于上限值，則接通00401輸出。00400和00401使超差門00311接通輸出。
圖4.4 值分組梯形圖
在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，有許多參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，以便確定產(chǎn)品是否合格或按照參數(shù)值進(jìn)行分類處理，利用PLC進(jìn)行控制具有硬件簡單，易于進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和控制流程的修改、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、分組精度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的控制方案。
（5） 結(jié)束
通過停止按鈕00101控制線圈00205實(shí)現(xiàn)結(jié)束運(yùn)行。
4.6 完整的梯形圖設(shè)計(jì)
完整的梯形圖就是上面N個(gè)部分的綜合，在這重復(fù)貼一次吧。
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