箱盖输送及双向定位系统的设计

1、毕业设计说明书 作 者： 学 号： 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 箱盖输送及双向定位系统设计 指导者： 评阅者： 2013 年 6 月 5 日毕业设计（论文）中文摘要题 目 箱盖输送及双向定位系统设计摘要： 本次设计是箱盖输送及双向定位系统的设计，目的是实现箱盖的定心，提高输送及工作效率，本次设计主要利用四面定心机构来实现箱盖的定心，考虑到用气缸来提供四面定心机构的动力，采用直线导轨来将动力传递成直线运动，为了有效地控制箱盖的工作位置，采用了光电传感器来实现动作行程检测及限位保护。采用可调节方便的张紧装置。气缸的动作靠plc加以控制实现输送的自动化。本

2、次设计完成了箱盖输送及双向定位系统机械系统的整体方案，最后绘制了输送机的总装配图和定心机构图。 关键字：四面定心机构 气缸 直线导轨 光电开关 plc 张紧装置 第31页毕业设计（论文）外文摘要title conveying andtwo-dimensional positioning system design of the box coverabstract the designed for the case cover transportation and two-way positioning system design, the purpose is to realize the l

3、id of the centering, enhances the working efficiency of the transportation and, this design mainly use all around centering mechanism to realize the lid centering, considering that the cylinder is used to provide all around centering mechanism of motivation, linear guide is used to transfer power in

4、to linear motion, in order to effectively control box cover work location, photoelectric sensor is adopted to implement the action schedule detection and limit protection adopts adjustable convenient tensioner cylinder movements controlled by plc to realize the automatic transportation of this desig

5、n completed the lid and two-way positioning system mechanical transmission system overall scheme, the final drawing and general assembly drawing of the conveyor and centering chartkeywords：centering all institutions air cylinder linear quideway optoelectronics swith programmable logic controller ten

6、sioning gear目 次1 引言41.1 研究目的及意义41.2研究现状与发展趋势51.3输送机的分类61.4 各种带式输送机的特点72 系统总体方案的设计83 带式输送机部件的选用93.1 输送带93.1.1 输送带的分类103.1.2 输送带的连接113.2 传动滚筒123.2.1 传动滚筒的作用及类型123.2.2 传动滚筒的选型及设计133.2.3 传动滚筒设计133.3简谐运动机构的设计133.3.1棘轮机构133.3.2槽 轮 机 构143.3.3不完全齿轮机构15 3.3.4频繁启动电机163.4四面定心机构的设计163.4.1传动杆的长度的设计163.4.2关节轴承的选型

7、及尺寸183.4.3传动部件使用直线导轨213.4.4气缸的设计与选型223.4.5机架的选型253.4.6地脚的选型263.5动力系统的设计273.5.1电机的选型273.5.2减速器的选型274.传感器的选型285.控制系统的设计29结论30参考文献31致谢331 引言带式输送机是以皮带、钢带、纤维带等作为传送物料的一种运输机械，其输送能力相对于一般机械来说比较大。其结构设计简单运送平稳、运转可靠、对环境污染小、 管理维护方便且便于实现自动化管理，在连续装载条件下可实现连续运输。因此被广泛应用于机械、冶金、煤炭、矿山、 港口等行业。1.1 研究目的和意义随着当今科学技术的发展，带式输送机在

8、生产线上的应用越来越广泛，而且输送机的样式也越来越多，输送机的出现减少了工人的劳动强度，提高了工作效率，适合批量生产或大量加工，比如说带式输送机讨论了带托板带式输送机的设计。建立了带托板带式输送机皮带的力学模型, 导出反映托板位置与托板接触反力和辊上压力关系的方程, 以及固支边界模型和简支边界模型下皮带反力和托辊压力的表达式。通过选择托板与皮带的间距, 可获得优化的辊上压力和皮带张力, 从而提高皮带的强度, 降低电机的功率。带式输送广泛应用于矿山、货场、码头等场所 ,带式输送机设计历史悠久 ,日趋成熟。但随着运输能力的增大 ,皮带的设计载荷相应增加 ,皮带、辊及其它部件承载增大 ,磨损、破坏加

9、剧。早期的带式输送机受皮带和辊等主要部件的材料和设计方法的制约 ,仅适用于低载、短跨的情况。而带托板的带式输送机能有效降低辊上压力和皮带的张力。其皮带的下垂量完全由托板控制 ,使物料经过辊时不致抖落。因而可适应高载、长跨的情况 ,但缺乏精确的设计方法。而且定位精度不准确，需要双向定位系统，需要反馈信息将工件准确定位。达到所要求的定位精度。所以作为一名设计人员，我们要本着认真负责的态度去完成控制系统的设计，要充分积累有关知识，丰富实践经验，并要有着与时俱进的精神，多了解控制系统的新发展，新方向，更好的为现代事业发展服务。此次毕业设计是最后一个实践性教学环节，其具有重要意义，具体如下：1 综合运用

10、所学的专业知识，其中包括机械设计，机械原理，液压与气压传动，可编程控制器，工程图学，现代设计方法等相关课程，培养了我们对知识的综合运用能力，将课本与实践相结合，为以后的工程实践打下坚实的基础。2. 可以进一步培养我们分析问题解决问题的能力。这次毕业设计最贴近实际，我们也将遇到不曾遇到的难题，作为一名设计者，我们应该充分发挥思考能力，面对问题，首先要对其分析，寻找解决问题的方法，最后解决问题，在将来的工作中我们必然将遇到问题，这次培养我们分析问题解决问题的能力，对我们工作有深刻意义3. 这次毕设培养了我们认真负责的精神，认真与负责是一位优秀设计人员必备的素质，对待设计一定要有严谨的态度，这关系到

11、设计产品的优劣，甚至人身财产安全。1.2 研究现状与发展趋势已广泛应用于带式输送机系统的国民经济各行业或部门，近年来结合在露天矿和地下矿用带式输送机的运输系统已成为一个重要的组成部分。有很多种。特点是输送机的输送能力，应用范围广，安全可靠，自动化程度高，维护方便，爬坡能力强，运行成本低，由于节省建设投资，缩短运输距离。目前，带式输送机的发展趋势是：运输能力，带宽大，大倾角。中国已在1978完成了钢绳芯带式输送机的设计。温度适应范围广泛的输送也可以在低温寒冷的条件下工作，使用寿命比在炎热和潮湿的其他形式的长。 带式输送机技术在国外主要表现在两个方面：（1）带式输送机的功能多元化扩张，适用范围，（

12、2）带式输送机本身的技术和设备取得了长足的发展，特别是长距离，高速度的能力，大，大型输送机已成为其发展的主要方向。目前，世界上单距离达已投入使用，在澳大利亚的3014公里长的带式输送机铝土矿；运输量达到37 500吨/小时，714米/秒的大型带式输送机皮带速度已应用于德国露天煤矿。在煤矿中，由于环境条件，通常用在带式输送机的主要技术指标如表1所示，关键技术和设备，具有以下特点：(1) 设备大型化,其主要技术参数与装备均向着大型化发展,以满足年产300500 万t 以上高产高效集约化生产的需要;(2) 应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用各种软起动与自动张紧技术,对输送机进行

13、动态监测与监控,大大降低了输送带的动张力,输送机始终处于最佳运行状态,设备性能好,运输效率高;(3) 采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行长度在理论上已不受限制,并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性;(4) 新型、高可靠性关键元部件技术,如包含cst 等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。 与国外相比，该模型通常都很小，特别是带速度一般不超过6米/秒，缺乏实践经验与关键技术问题高速输送监控和动态设计和计算机，皮带速度普遍较低，许多设计单位仍保留在过去静态设计方法，以提高

14、运输方法，提高设计的可靠性安全系数，它不仅增加了设备的成本，降低了设备运行的可靠性。此外，我们的输送机制造企业追求小而全的模式，而不是作为大型构件厂专业生产或加工中心的形成外，造成部件的设计和制造水平并不能有效提高。如德国dbt公司专门从事移动带尾，设备性能的发展，自动化程度高，安全可靠，在市场占有率非常高，中国推出了一百，以及配套使用的高效工作面。1.3 输送机的分类 1：皮带式输送机2：螺旋输送机3：斗式提升机输送机4： 滚筒输送机5：计量输送机6：板链输送机7：网带输送机1.4 各种带式输送机的特点（1）的光固定带式输送机qd80 qd80轻型固定带式输送机和td相比，薄，负载轻，不超过

15、90米的距离，电机容量不超过10。（2）输送机，属于高强度，传送带平行的细钢丝绳芯，传输距离可达几公里到几十公里。（3）u型带式输送机带式输送机为它也被称为槽，槽的普通带式输送机托辊的角特征明显增加使输送带成u形。这样的传送带和物质可以产生挤压，导致摩擦增加带材料，运输和输送机倾角可达25。（4）管状带式输送机输送带成u形槽，最后形成一管状的，也被称为管状带式输送机，输送带，因为卷曲成管，从而实现封闭密封物料的输送，也能污染大大减少了对环境的粉状物料，并能实现弯曲的操作。（6）压带式输送带的带式输送机用辅助材料施加压力。该机的主要优点是：最大倾斜输送物料可高达90，速度达到6m/s，传输容量不

16、随角度变化，可实现密闭输送松散物料和有毒物质。主要的缺点是结构复杂，对输送带的磨损和能源消耗大。（7）钢丝绳芯输送带，它是一个产品的无极绳运输带运输相结合，不仅强度高的特点，钢丝绳牵引，灵活，具有连续的优势，灵活的皮带运输。2 系统总体方案的设计经过分析，本课题组要完成两个方面的设计，一是带式输送机，主要通过四面定心机构来完成箱盖的输送及定位。另一个主要完成重要部件的设计和选型。最后通过plc控制技术使两者有机结合起来，从而达到箱盖的输送及定位控制。其中利用气缸推动圆盘，再有圆盘带动传动杆，传动杆带动直线轴承，直线轴承带动挡板来实现箱盖的定心。其中利用光电传感器来控制箱盖的极限位置，避免箱盖超

17、出输送机的工作范围。同时控制电机的启停。利用张紧装置来调节带的张紧，防止传动带跑偏，其中利用调节螺钉来调节滚筒的水平位置。带式输送机简图 （图1）图1 带式输送机简图系统的工作流程如图2传感器检测到箱盖移动到指定位置电机转动箱盖输送箱盖放置输送带上机械手将工件取走四面定心机构对工件定心plc输出信号，电机停止转动图2 工作流程图3 带式输送机部件的选用带式输送机应用比较广泛，本次带式输送机的设计部件的选型非常重要。3.1 输送带输送带在带式输送机中不仅是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够抗拉强度。输送带有带芯和覆盖层组成，其中覆盖层又分为上覆盖胶，边条胶，下覆盖胶。3.1.1

18、 输送带的分类：根据输送带芯结构和材料的不同，传送带分为钢丝绳两类织物芯和芯层。织物层的核心可以分为层状结构的核心和核心两类织物整层，和铁心材料的织物层棉，锦纶，维纶。编织织物芯输送带和织物芯输送带的分层与强度，在同样的情况下，整体输送带的厚度相对较小，柔韧性好，抗冲击性能好，使用没有层间剥离，但伸长率较高，在使用过程中，需要比较大的张紧行程。钢丝绳芯输送带间隔大量柔软的细钢丝绳，钢丝绳和具有良好的粘接材料粘接。钢丝绳芯输送带纵向拉伸强度，弯曲性能好；伸长小，需要张紧行程小。与其他输送带相比，在相同强度的前提下，钢丝绳芯输送带的厚度。在钢芯绳中,钢丝绳的质量是决定输送带使用寿命长短的关键因素之

19、一，必须具有以下特点：（1）应该有力量打破高。高强度钢芯输送带可以增加，从另一个角度来看，绳芯强度越高，钢丝绳的直径可以减小，输送带可以做得更薄，减少了输送机的尺寸。（2）帘线与橡胶应具有高粘附。它为硫化接头是非常重要的。提高钢和黄铜镀钢表面的橡胶并用硬橡胶之间的粘合力的重要措施。（3）应具有高的疲劳强度，或钢丝绳疲劳，与橡胶的粘结力降低完全分开，不。（4）应具有良好的弹性。采用预变形的措施来消除在钢铁制造过程中的残余应力，可使电缆具有良好的柔韧性和不松。输送带上下覆盖胶目前多采用天然橡胶,国外有采用耐磨及抗风化的橡胶的胶带，比如轮胎花纹橡胶的改良胶作为覆盖胶,以提高其使用寿命。输送带的中间用

20、合成橡胶和天然胶的混合物。3.1.2 输送带的连接为了方便制造和搬运，输送带的长度一般制成100150米，因此使用时有时必须根据需要进行连接。橡胶输送带的连接方法有机械接法和硫化胶接法两种。硫化胶接法又分为热硫化和冷硫化胶接法两种，塑料输送带则有机械接法和塑化接法两种。3.2 传动滚筒3.2.1 传动滚筒的作用及类型、传动滚筒是传递动力的主要部件。作为一个单点驱动方式，可分为单作用和双滚筒传动。功率单滚筒驱动不在输送机上，比较大的功率输送可以双滚筒驱动，其特点是结构紧凑，而且还可以增加角度提高传动滚筒可以牵引传动。双辊使用时可以使用多个电机分别驱动，可以使用齿轮传动装置在同样的速度运行两辊。如

21、双滚筒驱动没有牵引力的需要，可以采用多点驱动方式。对传动滚筒输送机焊接钢板和钢或铸铁结构，采用深槽滚珠轴承新产品的设计。钢光滑辊传动滚筒的表面形式，橡胶轧辊，轧辊的主要缺点是表面光滑，摩擦系数小。3.2.2 传动滚筒的选型及设计传动滚筒是传递动力的最主要部件，它是依靠与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。传动滚筒根据承载能力可分为轻型、中型和重型三种。同一种滚筒直径又有几种不同的轴径和中心跨距可供选用。 轻型：轴承孔径80100。轴与轮毂为单键联接的单幅板焊接筒体结构。 中型：轴承孔径120180。轴与轮毂为胀套联接。 重型：轴承孔径200220。轴与轮毂为胀套联接，筒体为铸焊结构 。有单

22、向出轴及双向出轴两种。人字槽铸胶滚筒是为了增加摩擦系数，在一层钢表面的表面，与人字槽橡胶层，方向的鼓，而不是相反。人字槽铸胶滚筒，槽可中断，薄膜的水不是水，同时，接触区和滚筒输送机，输送带表面能挤入沟槽，这两个原因，即使是在潮湿的地方，减少摩擦系数很小。3.2.3 传动滚筒设计传动滚筒的直径d=80mm，滚筒的两端铣成平面，方便将滚筒两端装进滑块，从而方便通过调节螺栓来调节滑块的位置，来保证滚筒轴线与箱盖输送线垂直。滚筒的具体形状如图4图4 滚筒具体形状图3.3简谐运动机构的设计 达到简谐运动有多种机构下面列举几种3.3.1棘轮机构棘轮机构的工作原理如图5；棘轮机构主要由棘轮，棘爪和机架组成。

23、棘轮2固联在轴4上，其轮齿分布在轮的外缘（也可分布于内缘或端面）。主动件1空套在轴4上。当主动件1逆时针方向摆动时，与它相连的驱动棘爪3便借助弹簧或自重的作用插入棘轮的齿槽内，使棘轮随之转过一定的角度。当主动件1顺时针方向摆动时，驱动棘爪3便在棘轮齿背上滑过。这时，簧片6迫使制动棘爪5插入棘轮的齿槽，阻止棘轮顺时针方向转动，故棘轮静止不动。当主动件1连续地往复摆动时，棘轮作单向间歇运动。图5 棘轮机构3.3.2槽 轮 机 构槽轮机构工作原理；如图6所示。它是由具有径向槽的槽轮2、带有圆销a的拨盘1和机架组成。拨盘1作匀速转动时，驱使槽轮2作时转时停的间歇运动。拨盘1上的圆销a尚未进入槽轮2的径

24、向槽时，由于槽轮2的内凹锁住弧b被拨盘1的外凸圆弧a卡住，故槽轮2静止不动。图中所示位置是当圆销a开始进入槽轮2的径向槽时的情况。这时锁住弧被松开，因此槽轮2受圆销a驱使沿逆时针转动。当圆销a开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不动，直到圆销a再进入槽轮2的另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。为了防止槽轮在工作过程中位置发生偏移，除上述锁住弧之外也可以采用其他专图6 槽轮机构3.3.3不完全齿轮机构如图7图7 不完全齿轮机构 3.3.4频繁启动电机电机的频繁启动也可以实现间歇运动，考虑到传动的平稳性和方便性，以及空间的限制和准确性，在此采用

25、电机的频繁启动来实现简谐运动。该种电动机具有体积小，重量轻，性能好，使用可靠，维修方便等优点。该系列电机能够在频繁启动，制动，正反转，反接制动等冲击性载荷和高温，多灰尘环境的恶略条件下连续或断续工作，具有较高的过载能力，为输送机专用电机。3.4四面定心机构的设计考虑到对箱盖进行定心，采用长度方向和宽度方向的挡板的直线运动来将箱盖进行定位，为达到此运动，将传动杆的一端与直线导轨连接起来，然后将挡板与直线导轨和传动杆连接在一起，从而达到挡板的直线运动，而传动杆的另一端与一可转动的圆盘连接在一起，当圆盘转动时可以带动传动杆一段转动，而另一端带动挡板进行直线夹紧，达到定心的目的。3.4.1传动杆的长度

26、的设计 1）箱盖长度方向传动杆长度的设计位置关系如图 8 设杆长为l，半径为r图8 位置关系图 函数关系 r+l340 250l=262mm l= 265mm 得r=78mm取r=100mm验证 r+l=365mm340mm=245mm250mm所以该数值可取。2）箱盖宽度方向传动杆长度的设计如图9图9 位置关系图函数关系r+l250 190l=197.2mm l= 200mm 得r=52.8mm取r=65mm验证 r+l=265mm250mm=189mm190mm所以该数值可取。传动杆采用六面杆，两端用关节轴承连接，如此设计可以调节传动杆的长度，从而适应大范围的箱盖输送，而且采用关节轴承的摩

27、擦力小，可以提高传动杆的寿命。可以是工件速换的目的。则传动杆的设计如图10图10 传动杆设计图3.4.2关节轴承的选型及尺寸如图11图11图11 关节轴承参数图直线轴承的选型及具体尺寸 如图12图12 直线轴承参数图3.4.3传动部件使用直线导轨1）轴支撑的选型及尺寸如图13轴支撑简介：轻质铝合金轴支撑，用于直线轴的固定。装轴部位有一缝隙，便于用螺栓紧固轴。型号轴径hwlbshabgi安装螺钉锁紧螺钉d+-0.02+-0.05sk 101032.84214325.520215618m5m4sk 121237.54214325.523215620m5m4sk 131337.54214325.52

28、3215620m5m4sk 1616444816385.527245825m5m4sk 2020516020456.631307.51030m6m5sk 2525607024566.6353571238m6m6sk 30307084286494242101244m8m6sk 353583983274115049121550m10m8sk 4040961143690116057121560m10m8图13轴支撑参数图图13四面定心机构简图 如图14图14 四面定心机构简图3.4 .4气缸的选型气缸的设计与选型取标准气缸 mb系列mbl50-150气缸的标准规格如图15图15 气缸标准规格图气缸的

29、外形尺寸如图16图16 气缸外形尺寸确定气缸的行程长度方向 尺寸关系如图17b=275mm则行程l=275-156=119mm取行程为125mm图17 关系图长度方向 尺寸关系b= =230mm则行程l=230-156=74mm取行程为75mm 行程表 如图18 图18 气缸行程表气缸选择的验算所以所选气缸可以使用。3.4.5机架的选型考虑到机架要承受的主要重量只是箱盖，电机和滚筒等，重量不是很大可以考虑选用铝型材系列如图19图19 型材3.4.6地脚的选型考虑到输送机的可调性及可移动性，地脚采用高度可调和可以速换的地脚，如图20名称可调杯脚简介：材质：螺杆：碳钢；螺杆球头：增强尼龙；螺杆底座

30、：tpr；减震垫：tpr；型号d(mm)d(mm)h(mm)h(mm)b(mm)自重(g)承重(kg)bc-14m1479261503212100bd-16m167818208428160图20 杯脚3.5动力系统的设计3.5.1电机的选型由任务书可知带式输送机输送带的速度为15m/min，由以上滚筒直径为80mm，则转速n=60n/min，故选ac小型电机-tnrk系列频繁启动型电机。从而能达到频繁启动动作，电机的具体型号和具体参数如下表1表1 电机参数电机型式出力（w）电压(v)电流(a)起动转矩(gcm)回转数（rpm）耐电压（wv）5tnrk90a-a902200.6959001500

31、4003.5.2减速器的选型由于传动滚筒的转速为60n/min，电机的转速为1500n/min，则传动比i=1500/60=25选择中间型减速器，型号为5tngu-25k，具体参数如下表2表2 减速器参数装置尺寸出轴类型减速比轴承类型适用电机功率（w）大致重量90mmtngu（加强斜齿轮轴）25k（滚珠轴承）90 0.65电机功率的验证，取传输带表面的摩擦系数f=0.77许用功率pv=fv=mgf=10kg*10n/kg*0.77*0.25m/s=19.25w90w故该电机符合要求。4.传感器的选型为了不让箱盖超出控制范围故采用行程检测及限位保护装置，故考虑到用光电传感器，选用欧姆龙光电传感器

32、e3s-cd11-m1j如图21图21 光电接触器此传感器为距离设定型光电开关此传感器的功能1）不受背景颜色的影响，有光泽的凹凸工件也可以轻松检测2）根据bgs/fgs转换方式，可以对应各种各样的检测物体/背景的结合3）根据独特的外界干扰光回避算法也能对抗变频萤光灯4）差动距离也小，可以检测微小短差。5）ip67保护构造，防止互相干扰功能，是符合en规格标准。此传感器安装在四面定心机构的左侧，用来限定箱盖的极限位置起到限位的功能。5.控制系统的设计 本系统采用了三个气缸，来控制四面定心机构的操作。气缸采用plc控制。本系统采用气动控制，气动控制清洁轻巧便于操作，适合输送机控制，控制系统原理图如

33、图22图22 气动控制图plc输入点分配如表3表3 plc输入点分配代号输入点编号说明sa10.00自动调整sb20.01急停sb30.02启动sb40.03长度方向前进开关sb50.04长度方向后退开关sb60.05宽度方向前进开关sb70.06宽度方向后退开关sq10.07工件定位一sq20.08工件定位二sq30.09挡板后退一sq40.10挡板后退二plc输出点分配如表4表4 plc输出点分配代号输出点编号说明yv110.00气缸一前进yv210.01气缸二前进yv310.02气缸一后退yv410.03气缸二后退yv510.04挡板一前进yv610.05挡板二前进yv710.06挡板一

34、后退yv810.07挡板二后退yv911.00光电传感器触发yv1011.01电机停止km111.02电机制动km211.07pc计数hl111.03挡板一夹紧灯hl211.04挡板二夹紧灯hl311.05电机工作灯hl411.06传感器工作结 论1 遇到的问题1 四面定心机构的设计及如何将圆周运动变为直线运动的问题？2要求结构紧凑，精度高，占用空间小，电机的选型问题？3机械结构的设计中应该注意哪些具体的问题？4滚筒轴线与传送带输送方向不垂直的问题？2 解决的问题通过查阅相关文献资料，研究他人研究成果，仔细回忆老师曾经所讲过的知识，认真计算并选型，对必要的元件进行校核参 考 文 献1.阎海鹏，舒小平.带托板带式输送机的设计，淮海工学院学报(自然科学版)第3卷 第04期 2002年 04月911页 文章编号：100823499 (2002) 04200092032.于今，谢朝夕 气动伺服定位系统在机间输送机上的研制，液压与气动第3期 2005年4445页 文章编号:100024858 (2005) 0320044202 3. 王雷，杨建奎 ：煤矿机械第30卷 第10期 2009年 文章编号1003-0794（2009）10-0118-034.刘永强，范慧：企业技术开发第26卷 第4期 2007年 文章编号 1006-8937（2007）04-00