大型马歇尔电动击实仪机械本体与控制系统设计论文

1、 . PAGE39 / NUMPAGES46 . 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 震 学 号： 201110816 系 部：机 械 工 程 学 院 专 业： 机 械 电 子 工 程 题 目： 大 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 机 械 本 体 与 控 制 系 统 设 计 指导者：邵 秋 萍 副教授评阅者： 2015 年 05 月 南 京毕业设计说明书（论文）中文摘要马歇尔击实仪是制作沥青混合料效果非常好的仪器，因为它可以模拟公路上车辆所产生的压力。随着科技的进步马歇尔击实仪也向着智能化方向发展。它的性能得到了极大的增强。相比于标准马歇尔击实仪，大型马歇尔击实仪击打试件

2、可以让试件更加紧实，可以改善试件的高温稳定性。大型马歇尔击实仪主要由两个部分组成：机械部分和控制部分。机械部分的运动过程是：电机带动减速器运动，减速器上的输出轴带动链条上吊钩做往复运动，吊钩在上升过程中带动大击实锤向上运动，当与击实锤相连的滑块碰到拨叉时，滑块与吊钩分离，大击实锤做自由落体运动，击打压块，从而击打试件。控制部分主要是通过单片机控制电机的转停和显示击实次数。关键字 击实仪 单片机 机械部分 控制部分毕业设计说明书（论文）中文摘要title Large Electric Marshall Compaction Meter And Manipulator Control System

3、 Design AbstractMarshall compaction device is to produce asphalt is very good instrument, because it can simulate the pressure generated by the vehicles on the road. As technology advances Marshall Compactor also toward the intelligent direction. Its performance has been greatly enhanced. Compared t

4、o the standard Marshall Compactor, Compactor Marshall hit a large specimen can make the specimen firmer, can improve the high temperature stability of the specimen. Large-scale Marshall compaction device consists of two main parts: the mechanical part and the control part. Movement of the mechanical

5、 parts are: motor driven motion reducer, the output shaft gear drive chain on the hook reciprocating motion, driven by large compaction hammer hook upward movement during ascent, when the slider is connected with the compaction hammer when confronted fork, slide and compaction hammer separation, com

6、paction hammer free fall, hitting the compact, thereby striking specimen. Control part is transferred through the microcontroller controlling the motor to stop and show the number of compaction.Keywords Compactor Microcontrolle Mechanical part Control section目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc32695 前言

7、PAGEREF _Toc32695 1 HYPERLINK l _Toc31806 第一章 国外沥青混合料设计方法现状与前景 PAGEREF _Toc31806 2 HYPERLINK l _Toc3638 1.1 国外研究现状 PAGEREF _Toc3638 2 HYPERLINK l _Toc5019 1.2.课题背景 PAGEREF _Toc5019 3 HYPERLINK l _Toc7093 1.3 课题容 PAGEREF _Toc7093 3 HYPERLINK l _Toc7160 1.4 课题意义 PAGEREF _Toc7160 4 HYPERLINK l _Toc2794

8、2 第二章 大型马歇尔击实仪机械系统总体方案设计 PAGEREF _Toc27942 5 HYPERLINK l _Toc28840 2.1机械部分的总体思路 PAGEREF _Toc28840 5 HYPERLINK l _Toc31278 2.2.击打方式的选择 PAGEREF _Toc31278 5 HYPERLINK l _Toc30188 2.3 大型马歇尔击实仪传动部分的选择与计算 PAGEREF _Toc30188 6 HYPERLINK l _Toc31854 2.3.1 大型马歇尔击实仪传动组成 PAGEREF _Toc31854 6 HYPERLINK l _Toc2960

9、1 2.3.2传动方式的选择 PAGEREF _Toc29601 6 HYPERLINK l _Toc17936 2.3.3.选择电机 PAGEREF _Toc17936 9 HYPERLINK l _Toc24094 2.3.4 选择减速器 PAGEREF _Toc24094 10 HYPERLINK l _Toc404 2.3.5 选择联轴器 PAGEREF _Toc404 11 HYPERLINK l _Toc18242 第三章 大型马歇尔击实仪的各个零件设计与使用 PAGEREF _Toc18242 12 HYPERLINK l _Toc19766 3.1大型马歇尔电动击实仪的各个零件

10、 PAGEREF _Toc19766 12 HYPERLINK l _Toc16587 3.1.1制作试模组 PAGEREF _Toc16587 12 HYPERLINK l _Toc30316 3.1.2 制作工作平台 PAGEREF _Toc30316 13 HYPERLINK l _Toc606 3.1.3 制作防震方木 PAGEREF _Toc606 13 HYPERLINK l _Toc32317 3.1.4 制作连接套 PAGEREF _Toc32317 13 HYPERLINK l _Toc30961 3.1.5制作大击实锤 PAGEREF _Toc30961 14 HYPERL

11、INK l _Toc5517 3.1.6制作滑块 PAGEREF _Toc5517 14 HYPERLINK l _Toc21117 3.1.7 制作吊钩 PAGEREF _Toc21117 15 HYPERLINK l _Toc30867 3.1.8 制作拨叉 PAGEREF _Toc30867 16 HYPERLINK l _Toc28690 3.1.9. 制作立柱 PAGEREF _Toc28690 17 HYPERLINK l _Toc2821 3.2 如何使用大型马歇尔击实仪与注意事项 PAGEREF _Toc2821 17 HYPERLINK l _Toc14793 3.2.1 大

12、型马歇尔击实仪操作流程 PAGEREF _Toc14793 17 HYPERLINK l _Toc25296 3.2.2、注意 PAGEREF _Toc25296 18 HYPERLINK l _Toc27444 第四章 大型马歇尔击实仪硬件的设计 PAGEREF _Toc27444 19 HYPERLINK l _Toc7500 4.1 控制系统总体部分 PAGEREF _Toc7500 19 HYPERLINK l _Toc31562 4.2 控制系统的主要器件简介与选择 PAGEREF _Toc31562 19 HYPERLINK l _Toc10540 4.2.1 控制系统的选择介绍

13、PAGEREF _Toc10540 19 HYPERLINK l _Toc25207 4.2.2 计数显示方案 PAGEREF _Toc25207 20 HYPERLINK l _Toc22449 4.2.3 传感器 PAGEREF _Toc22449 22 HYPERLINK l _Toc5859 4.3 硬件电路设计 PAGEREF _Toc5859 24 HYPERLINK l _Toc13852 4.3.1 硬件电路的组成部分 PAGEREF _Toc13852 24 HYPERLINK l _Toc1075 4.3.2 单片机时钟源电路 PAGEREF _Toc1075 24 HYP

14、ERLINK l _Toc550 4.3.3 复位电路 PAGEREF _Toc550 25 HYPERLINK l _Toc6203 4.3.4 数码管显示电路 PAGEREF _Toc6203 25 HYPERLINK l _Toc24800 4.3.5 电机的驱动电路 PAGEREF _Toc24800 26 HYPERLINK l _Toc30262 4.3.6 选择绘制控制图的软件 PAGEREF _Toc30262 27 HYPERLINK l _Toc14804 第五章 软件部分的设计 PAGEREF _Toc14804 28 HYPERLINK l _Toc11957 5.1

15、简述 PAGEREF _Toc11957 28 HYPERLINK l _Toc12560 5.2 keil的使用方法 PAGEREF _Toc12560 29 HYPERLINK l _Toc9782 5.3.编写程序语言的选择 PAGEREF _Toc9782 29 HYPERLINK l _Toc13458 5.4 控制系统程序的编制 PAGEREF _Toc13458 29 HYPERLINK l _Toc22725 第六章 控制系统仿真 PAGEREF _Toc22725 32 HYPERLINK l _Toc29773 6.1 概述 PAGEREF _Toc29773 32 HYP

16、ERLINK l _Toc26495 6.2 仿真过程 PAGEREF _Toc26495 32 HYPERLINK l _Toc25082 第七章 结论 PAGEREF _Toc25082 34 HYPERLINK l _Toc17927 致 PAGEREF _Toc17927 36 HYPERLINK l _Toc28754 参考文献 PAGEREF _Toc28754 37 HYPERLINK l _Toc15181 附录 机械系统装配图和零件图 PAGEREF _Toc15181 38 HYPERLINK l _Toc21817 附录 控制系统硬件电路图 PAGEREF _Toc218

17、17 39 HYPERLINK l _Toc19852 附录 控制系统软件程序 PAGEREF _Toc19852 40前言我国经过改革开放三十多年的发展，经济取得了非常巨大的进步，综合国力得到了极大的增强，随之而来的就是我国公路方面的飞速发展，我过高速公路经过一段时间的发展从无到有，如雨后春笋般一个个冒了出来，以前有句俗话：“要想富，先修路”公路和铁路是国民经济发展的动脉。当今世界，随着全球经济体相互连接的更加紧密，基础建设对于国民经济的增长有着非常重要的作用，基础设施的建设在经济和社会发展中的地位日益显著，带给高速公路的发展的机会越来越多。以至于近些年来公路交通发展的速度让全世界震惊，在这

18、个关键的机遇前，如何做好公路工程建设就需要我们用很多很好的方法去解决它。然而公路的增加，交通工具的增多就会出现很多关于路面的问题。车辆的超载，吨位的增加对公路提出了非常严峻的挑战，公路上面的车辙痕迹，鼓起的小包，裂开的路面，许多公路在通车非常短的时间就会大面积的裂痕，这样公路的使用寿命是非常短的，而且也容易出现很多的安全隐患。这些问题都在要求我们要增加公路的使用寿命，要研究出更加先进的仪器去改善道路情况，来保证道路的安全。这时我们就需要使用大型马歇尔电动击实仪来制作沥青混合料。与标准马歇尔击实仪相比，大型马歇尔击实仪它的试件尺寸更大，击实锤质量更大。这样它可以更好地击打试件使得试件更加的紧实，

19、而且它使沥青的高温稳定性等性能得到极大的改善。随着科技的进步马歇尔击实仪也向着智能化方向发展。它的性能得到了极大的增强。国外的发展都非常惊人。本次实验中在机械设计部分主要元器件是：单项异步电机、减速器、链轮组、吊钩、滑块、大击实锤、拨叉、连接套、压块。减速器上的输出轴带动链条转动，链条上嵌入一个吊钩，吊钩带动大击实锤向上运动，当滑块碰到拨叉时，吊钩与滑块分离做自由落体运动击打连接套上的压块。 控制部分则是：AT89C51单片机、LED数码管、传感器。本次设计是一个机电产品，所以它的要求也比较严格。第一章 国外沥青混合料设计方法现状与前景1.1 国外研究现状我国使用马歇尔设计方法也有数十年了，相

20、关的经验非常的丰富，并且该设计方法依然需要被规使用，在此后很长的一段时间，该方法仍然是设计沥青混合料的主流，因为此方法已经相当的成熟，设计人员对此运用更是得心应手。新的设计方法如superpave还不是非常的完备和成熟。近二十多年来，交通运输业得到了长足的发展，道路的级数在一直提高，对这需要沥青混合料的压实程度和质量能够得到很好的解决，不停的去深入研究沥青混合材料的设计方法。我国在相当长的试件仍然会使用马歇尔击实的方法，与标准马歇尔击实仪相比，大型马歇尔击实仪更加具有优势，它可以更好地击打试件使得试件更加的紧实，而且它使沥青的高温稳定性等性能得到极大的改善。黄晓明，陆长兵在2004年通过对大型

21、马歇尔击实仪的击实次数进行深入系统的研究,通过各项参数和数据的产生，他们 从理论和试验上确定了一般情况下112次是大型马歇尔击实仪的标准次数。112次可以是试件得到更加充分的紧实，使试件的高温稳定性得到了极大的改善。经过多次的对比与研究, 可以证明出大型马歇尔击实 112 次成型试件的稳定度和流值要高于标准马歇尔，因此我们可以确定大型马歇尔击实最佳次数是112次 。国外的发展是，在1920年有科学家研究出了哈费氏法，研究发现片状沥青混合料可以完全的通过一个475ram的筛子，一些比较粗的沥青混合料在次之后就可以被很好的设计制造出来；20世纪30年代在加州运输部道路材料和设计公司工作的一位学着研

22、究出了一种新的设计方法那就是维姆混合料设计方法，该设计方法目前现仍在美国广大的地区进行应用，此种方法影响深远，对后来的设计方法提供了更多的思路；密西西比州的一个公路部工程师他研究并设计了一个新的方法就是马歇尔混合料设计方法，到了20世纪中叶由负责设计机场路面沥青混合料的美国陆军工程师团集体完善了混合料设计放方法。马歇尔混合料的密度、稳定度、流值试验是其主要的特点。1.2.课题背景国民经济的提高，之前狭窄的小路已经不能满足经济发展的步伐，现代社会，时间就是金钱。贯通南北东西的公路是经济腾飞的动脉。我国的高等级公路近10年来得到了飞速的发展，沥青则被大规模的使用，一名为沥青路面具有强度高，平整性好

23、、耐久性好等优点，而得到了广泛使用，占据了高等级公路路面的80%以上，由于交通量的增多，车辆吨位的提高，使得沥青路面的抗车辙能力和路面的耐久性变差1，公路上出现了大量的车辙和裂缝，极大的影响了共通的安全性和乘客的舒适性2，对沥青路面的材料、结构以与各方面性能有了极大的要求。大型马歇尔击实仪在我国目前使用的十分广泛。它主要通过击实锤击打沥青混合料来使其紧实。应该说比传统的标准马歇尔试验有很大进步 , 它能使沥青混合料的高温稳定性得到极大的增强。它使试件有有更强的抗变形能力。所以需要我们来好好研究一下大型马歇尔电动击实仪。1.3 课题容本课题所设计的大小两用型马歇尔电动击实仪用于实验室里制作150

24、mm的标准沥青圆柱试样。试样的成型过程采用自由落体的原理，利用重力来冲击沥青混合料。成型过程中加载标准冲击压力。整个工作过程由单片机控制系统实现全自动控制并实时显示。机械本体的设计方案是利用电机带动减速器，减速器直接带动链轮转动，使链轮链条上的吊钩在运动过程中带动冲击锤沿着导杆向上运动，当冲击锤碰到拨叉时，冲击锤与链条上的吊钩脱离，冲击锤沿导杆自由下落击实试件。控制系统设计是采用AT89C51单片机进行控制。实现的主要功能是驱动电机工作，同时显示冲击锤击实的次数，达到100次自动清零，并且可以手动重置。1.4 课题意义最近二十年，我国公路建设得到了极大的发展，这就需要使用大量的沥青材料，但是一

25、般公路的沥青都是半刚性沥青路面，它的使用寿命非常的短暂，所以很多国外专家都开始使用大颗粒沥青稳定碎石（直径超过26.5mm）。公路上的沥青容易产生塑性变形和剪性变形, 承受重载差,而经大型马歇尔击实仪击实过的沥青的高温稳定性得到了极大的提升。沥青的抗车辙能力也得到了非常大的提高。 在低速 、重车路段, 经大型马歇尔击实仪加工过的沥青明显比标准的沥青混合料 有更强的抗变形能力 。因此这就需要使用大型马歇尔击实仪，标准的马歇尔击实仪无法击实大颗粒沥青稳定碎石。大型马歇尔击目前正在朝着智能化方向发展，它的发展前景非常好。第二章 大型马歇尔击实仪机械系统总体方案设计2.1机械部分的总体思路要设计击打沥

26、青混合料的过程，首先我们需要使用大击实锤，大击实锤做自由落体运动对试件产生压力，但是大击实锤并不能直接击打在沥青混合料上，这是由击实锤的形状来决定的，所以我们就需要在沥青混合料上放置一个平整的东西，这个东西就是压块，压块与连接套连接在一起，大击实锤可以直接击打连接套。由于为了让大击实锤下落时不出现唯一上的偏差，我们就需要把它和导杆相连接。那么怎样让击实锤升起又下落呢，这是就要使用到链条呢，通过链传动来带动击实锤，可是链条并不能与击实锤直接接触在一起，这样会使链条难以运转，所以可以再链条上镶嵌一个吊钩，吊钩带动击实锤向上运动，这是思路就比较清晰了，但还是存在一个问题，就是吊钩与击实锤怎么分离，这

27、是就需要使用拨叉和滑块了。把滑块与击实锤连接在一起，当滑块碰到拨叉时，滑块与吊钩分离从而使做大击实锤做自由落体。为了控制下落时力的大小和速度始终不变，我们就需要把拨叉固定在导杆上的一个固定位置。为了使链条运动我们这里就要选择合适的电机和减速器了，为了记录吊钩经过的次数，那么我就需要在这里使用一个传感器。2.2.击打方式的选择本次实验我选择机械传动让击实锤做自由落体运动，因为自由落体运动可以很好的掌握击打击实仪时的速度，而且所产生的压力相比于其他传动要大很多，通过把大击实锤放在一定的高度就可以很好的控制其速度和击实锤的质量，自由落体相比与液压传动，其更加的简单方便，可以减少很多精力。液压传动先要

28、选择液压缸，然后是液压泵的流量，再是还要选择液压阀，管道尺寸，体积等等这些都是非常的麻烦，所以相比较来说还是机械传动方式比较简洁明了。击实锤的击实高度是457.2mm2.5mm。2.3 大型马歇尔击实仪传动部分的选择与计算2.3.1 大型马歇尔击实仪传动组成 马歇尔击实仪的传动部分为：电机、蜗轮蜗杆减速器、链轮、吊钩、拨叉、大击实锤、连接套、压块。电机驱动减速器，减速器上的输出轴带动链条转动，链条上嵌入一个吊钩，吊钩带动大击实锤向上运动，当大击实锤上的滑块碰到拨叉时，吊钩与滑块分离做自由落体运动击打连接套上的压块。2.3.2传动方式的选择1.链传动 2.带传动 3.齿轮传动 带传动：带传动组成

29、是主动带轮、从动带轮和传动带。主动带轮通过传动带间的摩擦火啮合带动从动轮。带传动优点有很多，例如它运行平稳，噪声小；构造简单；维护的成本比较低；过载打滑，这些优点对于这次试验并不是十分必要有用的，而且它的缺点也是非常的明显，例如：带的寿命比较短；传动的效率比较低。这些对于这次实验都是不利的，所以不选用带传动。齿轮传动：齿轮传动的优点也有很多，例如：传动效率高，传动比稳定、结构紧凑、使用的功率围大、工作可靠，寿命长。但是它的缺点是：加工的不精细、会产生很大的噪、比较容易损坏。典型的用途：玻璃数控切割机和工地上的升降机等。而且本次实验用到的传动方式不需要这么的复杂，所以齿轮传动不适用。链传动：链传

30、动是由平行轴的主动链轮、链条和从动链轮组成。链传动是靠链轮齿和链条之间的啮合来传递运动与动力。链传动的优点： 相比与带传动，链传动没有弹性滑动现象； 链传动结构紧凑； 相比齿轮传动链传动易于制造，经济适用；综上所述，我选择链传动，它对于本次设计更加的实用。根据机械设计手册1.齿数z1、z2的选取如果链速=0.6m/s3m/s，根据表格，可选择的齿数 z1=17 z2=iz1= z1=z1=172.设链传动的中心距为a0它的链节数可计算出为LP可假设a0=31P，由机械设计中式(8-3)得 LP= 那么链节数可选择LP可选择为80节额定功率的选择 Pca为额定功率，根据公式Pca=P0查表可选择

31、KA=1.3。根据书中的表格可以看出其工作在曲线的左边，出现链板疲劳破的可能性比较大，由书中的公式求可得：当z1=17时，KZ=0.89；当LP=80时，KL=0.94。因此我选择单排链，由表8-8取Km=1，所以Pca是：Pca=196W4.链条型号和节距p的选择额定功率是196W,链轮转速为280r/min，根据书中的表格查找得出p=15.875mm。5.实际中心距a的计算过程由式(8-5)得a=500.06mm因为实际中心距可减小25mm，而且可以进行调整。所以选择a=495mm6.检验链速由式(8-1)得与假设相符，刚好满足条件故z1刚好满足条件7.润滑方式的确定润滑方式主要是通过节距

32、和链速，查图8.14得链传动用滴油润滑。8.载荷FQ的计算Fe=1000P/=10000.126/1.26=100N FQ=1.2Fe=1.2100=120N9.链条标记采用单排，链号为08A的套筒滚子链，节距p=15.875mm，链长LP=80节，标记为10A-180GB/T 1234-200610.链轮尺寸 damax=d+1.25p-d1=86.395+1.2515.875-10.16=96.079mm damin=d+(1-1.6/z1)p-d1=86.395+(1-1.6/17)15.875-10.16 =90.616mm取两者的中心值，所以为da=93mm d为小链轮分度圆直径 d

33、a为小链轮齿顶圆直径链轮齿根圆直径df=d-d1=86.395-10.16=76.235mm链轮的量柱测量距MR=dcos(90/z)+d1=86.395cos(90/17)+10.16=96.1mm2.3.3.选择电机单项异步电机 2.直流电机 3.步进电机单项直流电机：单项直流电机一般用于大型机床、大型轧钢设备。相对于这种需要小功率的电机单项直流电机显然是不合适的，而且直流电机电流也不可以换向。步进电机：由于本次实验不需要改变速度，所以步进电机也是不合适的。单项异步电机：单项异步电机是大型马歇尔电动击实仪的首选。因为在我国实验室一般使用220V的交流电，单项异步电机一般都使用220V电，而

34、且市场上单项异步电机是主要产品，本实验所需电机的功率不是太大，且速度恒定。所以单项异步电机刚好合适，另外，单项电机比较便宜。单项异步电机采用单片机控制的话将会更加的方便实用。通过计算来选择电机的型号。大击实锤质量是10210g 电机要抬起它需要 10210*10=102.1N链条上升的速度大概是1.26m/sP=F*V=102.1*1.26=128.65w由于受到传动效率等一系列因素的影响，最后我选择YZD-7134-370W，电机的功率为370w。2.3.4 选择减速器减速器的组成部分是：箱体、轴系零件、附件。本次实验减速器与单项异步电机通过联轴器相连接，来传递转矩和匹配转速。减速器非常的精

35、密。减速机应用十分广泛，许多行业涉与的产品都需要用到减速机，减速机主要有圆柱齿轮减速机、涡轮蜗杆减速器、谐波减速器他设计的领域广泛，产品服务领域涉与冶金、有色、煤炭、等行业。我国减速机行业发展历史虽然不是特别的长，但其在很多领域都有非常广泛的运用。选择减速器时我有三种案：蜗轮蜗杆减速器 2.谐波减速器 3.圆柱齿轮减速器1.谐波减速器：谐波减速器是谐波传动装置的一种。谐波减速器的优点是传动速比大、承载力高、传动精度高、传动效率高、结构简单、较轻。缺点是转动惯量大，不适合小功率的电机、不能很好的散热、容易疲劳破坏。谐波减速器一般用于航空，航天等领域，所以谐波减速器不能在此使用。2.圆柱齿轮减速器

36、：可以传递动力，该减速机比较精密，它可以降低转速，增加转矩。圆柱齿轮减速器的齿轮加工方式比较多样，一般情况下会在带传动中使用，也不是很绝对，有时也可以用在其他传动方式中。它的优点是承受重量大、可以使用的时间长、体积相对来说比较小、效率高。圆柱齿轮减速器运用十分的广泛，如：冶金、矿山、印染等。但它的缺点是占用的空间比较大，所以这里我们不宜选择。3.蜗轮蜗杆减速器：优点：运行平稳、噪音小、结构轻巧、散热快、安全性比较高。另外蜗轮蜗杆减速器具有自锁功能且减速比又非常的大，所以蜗轮蜗杆减速器非常的适合。电机的转速：1400r/min链轮的转速：280r/min减速比为i=1400/280=5电机的额定

37、转矩2.4Nm通过查阅资料对比参数我选择的减速器为FCWZ-60-1/5-A。2.3.5 选择联轴器联轴器顾名思义也知道它是用来连接两根轴的，两根分别是主动轴和从动轴。当电机运动时，两轴是不能分离的，除了机器停止运转，才能进行拆装。联轴器有刚性联轴器、挠性联轴器。 （1）：凸缘联轴器 （2）：滚子链联轴器 （3）：夹壳联轴器套筒联轴器：该器件是需要公用套筒，并通过键等刚性联接件，来让两轴连接在一起。它的结构简单，制造快速，价格低廉，但它的缺点是也是比较明显的，就是想要装和拆都是比较困难的，需要让轴作轴向移动。该器件适用于速度慢、装载轻、没有冲击载荷，工作平衡和上尺寸轴的联接。综合考虑其并不合适

38、。滚子链联轴器：该联轴器通过双排链条，一样齿数的链轮来使联轴器连接起来。它的优点是：轻巧、紧凑的尺寸、经济性好、容易进行维修、容易装拆。但是它的缺点是：由于链条套筒与链轮有间隙，不利于频繁的传动。所以我不选择这种联轴器。凸缘联轴器：该器件拥有非常多的优点其一经济性好，其二能很好的传递扭矩，其三拥有比较好的刚性，适合载荷平稳的传动。选择联轴器的型号时，要对比很多参数，首先是电机和减速器的两根轴是否能安装进联轴器里面，并且通过配合使它牢固，还有就是看联轴器传递的转矩是否符合要求。 转矩：Tca=KAT=9550KAP/n=9550*1.5*0.38/1400=3.786N.m额定转矩为25 NmK

39、A=1.5转速为10000 r/min，选择的型号是YLD3第三章 大型马歇尔击实仪的各个零件设计与使用3.1大型马歇尔电动击实仪的各个零件3.1.1制作试模组试模组里面需要放置试件，压块，连接套。考虑到要装卸沥青试模比较方便，我们需要设计一个手柄，通过螺栓来固定住它，扳动手柄时可以将卡盖提升，把试模放置在工作台上，运行结束后扳起手柄抬起卡盖，这样就会非常的方便。 径为：150mm 高度：183mm 厚度：6.35mm 试模组的结构如图3.1所示： 图3.1 试模组结构示意图3.1.2 制作工作平台工作平台的长宽尺寸显然要比试模组的底部长宽要大，因为工作平台主要是放置试模组上的，试模组通过螺栓

40、和工作平台连接在一起，材料选用A3钢。工作台要固定在比较合适的位置，一般在立柱的中下方，因为这样工作人员取放试模时会比较轻松方便。它的各项参数为：长度：305mm宽为：305mm高为：25mm3.1.3 制作防震方木防震方木主要放置在工作台的下方，它的功能是防止大击实锤击打试件时所造成的冲击力损害元器件，使击实仪使用比较稳定。它的各项参数为：长度为：200mm宽度为：200mm高度为：470mm3.1.4 制作连接套 图3.2 连接套零件图大击实锤真正击打到的其实是连接套，连接套通过螺栓和压块连接在一起。连接套也与导杆连成一体，因为大击实锤是沿着导杆方向做自由落体的，击实锤落下时刚好就可以击打

41、连接套，由于试模组径为150mm，所以我把连接套外径设置为70mm。3.1.5制作大击实锤 图3.3 击实锤结构图大击实锤是马歇尔击实仪中比较关键的部件，它的质量，体积对试验有很大的影响，吊钩不能直接带动大击实锤运动，因为当击实锤碰到拨叉时它只能卡在那边而不能分离，所以大击实锤上一般会固定一个滑块，有了滑块上面提到的问题就可以迎刃而解，滑块碰到拨叉后会与吊钩分离，从而使大击实锤做自由落体运动。击实锤的材料和工作平台的材料不一样，且它也是套在导杆上的。质量：10210g10g击实锤总长：254mm外径：95mm。材料：45钢3.1.6制作滑块上面已经提到了滑块的作用，由于滑块部有小滚珠所以当我把

42、拨叉设计成一个有斜坡的结构时，滑块在上升的时候就可以顺着斜坡与击实锤分离，从而是击实锤自由下落。滑块与弹簧片相连，当它与吊钩分离后此时弹簧由要恢复原来的形状就会给滑块一个向左的力，这时滑块会恢复到原来的位置，以便下次吊钩继续将其提起来。它的结构如图3.4所示。图3.4 滑块零件图3.1.7 制作吊钩吊钩固定在链轮之上，吊钩在跟随着链轮做匀速运动，吊钩向上运动时会带动滑块向上运动而滑块又与击实锤相连，就可以带着击实锤一起向上运动，当滑块碰到拨叉时，与吊钩分离，这时吊钩就接着跟着链条运动到一定位置的时候又会勾住滑块时期这样往复的运动。上底：51.6mm下底长为：43.5mm高为：29.5mm， 图

43、3.5 吊钩零件图3.1.8 制作拨叉拨叉通过两个螺栓固定在导杆上因为击实锤的击实高度是一定的，所以拨叉固定的高度也是固定的，拨叉外观为直角梯形，有一个斜坡方便滑块向外滑动从而与击实锤分离。拨叉上底长为51mm下底长为66mm高为11mm宽为18mm两个固定螺栓的中心距是30mm。 图. 制作立柱对一个机器来说，立柱相当于一个人的脊梁，它和机架一起组成了大型马歇尔击实仪的大致外观。3.2 如何使用大型马歇尔击实仪与注意事项3.2.1 大型马歇尔击实仪操作流程1、准备模具：首先需要将试模清洁干净，它的底座和顶盖也要擦拭一遍，一定要保证模具的清洁，然后接通电源，预设击实的次数。2、

44、 试模壁与试模底座需要涂刷一定量的机油。3、 将沥青混合料装入试模，将试模固定在工作平台上，转动手柄，使试模固定。 4、提起导轨滑杆与重锤，撤消安全操纵杆，放下击实压头，将压头放入试模，然后关上安全门。 5、按下运行按钮，击实开始，击实次数到时自动停机。6、转动手柄，并把试模松开，取平台上取出试模。 7、进行第二次击实时，应先按下复位按钮，再按运行按钮。 3.2.2、注意1、在试模组中的沥青混合料必须要足够量，不然在即使过程中会使箱体收到破坏。 2、在机器运转过程过程中一旦出现补协调的声音、或产生一些故障，就需要我们立即按下停止按钮来保护机器。 3、确认击实压头已经完全在试模组部。4、确认试模

45、已经被压紧了，一旦没有压紧就会出现一些危险状况。第四章 大型马歇尔击实仪硬件的设计4.1 控制系统总体部分电路图是由单片机时钟源电路、复位电路、数码管显示电路、电机的驱动电路组成。单片机控制着电机的转停，传感器在吊钩经过时将信号传递给单片机，单片机通过单片机显示电路显示击实的次数复位电路用来手动重置，使电路初始化。4.2 控制系统的主要器件简介与选择4.2.1 控制系统的选择介绍在控制系统中，目前主要是单片机和PLC。其中PLC的使用围是一些比较大的或者中型的控制，而单片机更加适用于一些微、小型的。因为此次设计的控制是比较简单的所以选择PLC就没有必要了，使用单片机反而更加的合适，而且单片机体

46、积小、经济性好，能够极大的节约成本，可以完美的完成任务。在单片机的挑选上面，我们一般情况下会选择一些可靠性高、集成度高、经济性好、使用广泛且自己清楚认识的芯片。通常使用的单片微处理器有三种类型分别是4位，8位，16位。4位字长的单片微处理器：进行一些简单的控制；8位的单片微处理器：数据处理和进行控制都要进行； 16位的单片微处理器大多数的数据处理工作； 经过对比研究，我们发现4位控制实在是太简单了，不能很好的完成控制任务，而16位的则是控制太复杂了，我们不需要这么复杂的控制器，而且它的成本也比较高。而处于中间的8位即不简单也不复杂刚好可以很好的完成任务，而且价格便宜，市场使用广泛，所以是首选。

47、经过仔细的考虑最终确定为AT89C51单片机。 我选择AT89C51单片机的原因是：我选择这种单片机的原因是：1它的指令非常容易搞懂、2.便于学习，便于弄懂、3非常简单的外围电路、4硬件设计比较简单、5没有一般单片机有的方向寄存器、6它的信息量非常大、7对于不是很复杂的控制来说它就足够了，8经济性好、9市场存在比较广泛，10、程序编写简单。4.2.2 计数显示方案对比很多显示器我最终在两种显示器里进行选择，分别是LCD和LED两种各有优缺点下面我就来分析一下。LCD：LCD就是是液晶显示屏，主要的种类有TFD、STN。它的英文全称是 Liquid Crystal Display。它的优点是：省

48、电、机身薄、温度低、画质不伤眼。缺点是：能耗多，在光照强烈是容易看不清楚。LED：它是由几个发光的二极管组成的，它的外形类似一个数字“8”我国LED显示器发展的非常好与国际先进水平接轨。优点：它的强度高，耐击打能力强，防止老化，防紫外线，即使有水覆在其上也没有问题，它的寿命也很长，无热量。我选择LED,其优点比LCD明显有用，在这个实验中。LED数码管组成部分有8个分别是由字母a ,b ,c ,d ,e ,f ,g ,dp来表示。如果想要这些部分发光就必须加上电压，这个电压一般是220V，这样就可以看到我们平时在实验室里看到的两个“8”了。与电源连接的部位不同它所叫的称呼也会有所不同，与阴极接

49、则为共阴极数码管。与阳极接则为共阳极数码管。本次实验选择的是共阳极数码管。它的型号是7SEG-MPX1-CA。图3.6 共阴极数码管 图3.7 共阳极数码管技术参数编辑规格： （有圆形、半圆形、D形）；直径有：30mm、40mm、50mm、80mm、100mm、 110mm；颜色：单红，黄，蓝，绿，白，七彩；外壳颜色：乳白；性能：防水，防尘，防紫外线，耐压，耐破裂，耐高低温，耐燃，超强抗冲击老化；防护等级：IP65级；工作电压围：24V-220V；工作功率：8-12W；工作环境：-40度-+75度；正常寿命：80,000小时。数码管有两种驱动方式：1、静态显示驱动：静态驱动的优点是：显示的数字

50、或者文字非常的明亮，能让人很清楚的看出来。但是它的缺点相比动态则很致命那就是它所占的I/O口相当之多，这样无疑会使电路变得复杂化。2、动态显示驱动：该方式用的非常之光，它的优点跟静态显示差不多，但是它多了的优点就是它所占的I/O口非常的少，而且耗能不多。通过上述的对比可以很明显的看出动态显示驱动要优于静态显示驱动。4.2.3 传感器在本次设计中需要对击实锤的击实次数进行计数，所以需要采用传感器来。实验中，当吊钩经过传感器时，就可以记录一次，直到100次后，整个机器要停止工作。那怎样可以让机器知道已经击实100次了呢，这就需要传感器与单片机的完美组合了，传感器把信号传给单片机，单片机在显示器上显

51、示击实次数，知道击实了100次。传感器的类型有很多我们必须选择比较适合的。通过查找资料我考虑了一下几种。光电传感器 2.声敏传感器 3.气敏传感器 4.化学传感器声敏传感器：相当于人的耳朵通过听觉来辨别，就算吊钩经过时是有声音可以计数一次，但是大击实锤下落击打试件时也会有声音发出，所以会对传感器产生干扰，所以声敏传感器不能使用。气敏传感器：气敏传感器也不合适，因为通过气味显然是不合适的，它一般会用在例如高铁上，当有烟味的时候它会把这信息传输给控制中心。化学传感器：显然也是不合适的，其主要通过化学反应，此试验中并没有化学反应。光电传感器：光电传感器可以讲光信号转化为电信号来传送给单片机，测试时与

52、被测机构无摩擦，所以我选用光电传感器，型号为E18-D80NK。在硬件图中传感器为一个光电开关。图3.8传感器E18-D80NK4.3 硬件电路设计4.3.1 硬件电路的组成部分单片机时钟源电路 复位电路 数码管显示电路 电机的驱动电路4.3.2 单片机时钟源电路时钟源电路我们在上课时经常听老师讲到，每个单片机都会有该系统。另外单片机的部一般都具有一个放大器，一般是用来组成一个振荡器，经常接在引脚XTAL1和XTAL2之间连接。电路图如图4.8中的C1、C2和X1所示。图3.9 时钟源电路图4.3.3 复位电路复位电路一般会使电路初始化，就像计算器清0一样。本次实验中当马歇尔击实仪击打100后

53、会自动清“0”，所以需要用到此电路。复位电路主要有三种分别为手动复位、上电复位和积分型上电复位，本次实验我选择的是手动按钮复位。其图如下3.9 图4.04.3.4 数码管显示电路图4.1 数码管显示与驱动电路图之前在前面我已经选好了数码管，它是一个LED显示器，由八位字母组成。在这个电路中我们需要用到两个显示器，相当于需要两个“8”型号为7SEG-MPX1-CA。4.3.5 电机的驱动电路电机主要是靠单片机来控制的，这里的重点是要弱点控制强电，但是单片机是不能直接驱动强电控制回路，所以这里我们需要加入一个继电器，通过对继电器的吸合和释放以此来控制电机。继电器经济性好，市场上用的比较多，且安全可

54、靠。因为proreus中没有单项异步电机，所以我选择一个灯泡作为单相异步电机。图4.2 电机驱动电路4.3.6 选择绘制控制图的软件 绘制控制原理图我使用的是Protues，它是一款非常方便的软件，而且只有20多兆。Protues不但可以绘制控制原理图，而且还可以在上面进行仿真，这真是大大节省了我们的时间和精力，也节约了成本，提高了效率。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为风标电子技术）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机与外围器件。它是目前比较好的仿真单片机与外围器件的工具。国外使用还不是太多，但

55、已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器

56、4.3.7.Protues绘制电路图过程打开软件单击“文件”“新建设计”Proteus有检索功能，可以在上面添加或查找所需的元器件连接上述的电路复位电路数码管显示电路电机驱动电路单片机时钟电路第五章 软件部分的设计5.1 简述上面设计的都是硬件部分，要使一个机器运动，光是硬件是不够的，我们必须要设计一些软件，相对来说软件才是一个器件的核心部分。软件需要花更多的精力去设计它，使它能按照我们的要求让硬件进行工作，让它使电机能够运转和停止。所以我就需要用到两个软件Protues和keil。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境

57、（Vision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。5.2 keil的使用方法打开keil单击“project”单击“NEW uViSion4 project”设置路径填写好工程名并点击“保存”选择AT89C51型单片机点击“File”新建一个源程序文本输入自己所写的程序右击“source group1”点击“ADD File to group source group1添加成功右

58、击“Target”选择“Opinion for Target Target1”将Target”改为12MHZ单击OUTPUT”create Hex File”编译程序若有错误与时修改，再次编译一次生成HEX文件5.3.编写程序语言的选择 通过对比研究我决定使用汇编语言来编写这一段程序，程序主要编写在keil软件里。5.4 控制系统程序的编制有三个模块：主程序模块、数据采集模块、输出显示模块。程序是： ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INTOORG 1000H MAIN:SETB EA ;允许CPU中断 SETB EX0 ;允许外部中断0中断SETB IT0 ;设

59、置外部中断为下降沿触发方式MOV R0,#0MOV R1,#0MOV R3,#0MOV SP,#60H ;设置堆栈起始地址为60H XS:MOV A,#02HMOV P2,A ;对十位数码管进行位选MOV DPTR,#TAB ;置数表首地址MOV A,R0 ;读数表中ASCII码MOVC A,A+DPTR ;以DPTR为基址寄存器，A作无符号数与DPTR的容相加得到一个16位地址，由该地址指出程序存储单元的容送人累加器A中MOV P0,A ;数码管十位进行显示ACALL DELAYMOV A,#01HMOV P2,A ;对个位数码管进行位选MOV DPTR,#TAB ;置数表首地址 MOV A

60、,R1 ;读数表中ASCII码MOVC A,A+DPTR ;以DPTR为基址寄存器，A作无符号数与DPTR的容相加得到一个16位地址，由该地址指出程序存储单元的容送人累加器A中MOV P0,A ;数码管个位进行显示ACALL DELAYLJMP XSDELAY:MOV R6,#20 ;延时函数DEL1:MOV R7,#25DEL2:DJNZ R7,DEL2 ;减1不为0则跳转到DEL2DJNZ R6,DEL1 ;减1不为0则跳转到DEL1RETINTO:INC R3 ;对击实次数进行计数累加MOV A,R3MOV B,#10DIV ABMOV R0,A ;击实次数十位数送人累加器A中MOV R