1、.電視報靶中的自動卷靶機設計畢業設計第一章 前 言隨著我國國防工業現代化輕兵器靶場測試及野外實彈演習應用方面產生了輕兵器靶場采用自動卷靶和電視報靶代替人工報靶技術，是輕兵器精度測試技術中的重大工藝改進。這一技術的出現，不僅僅使輕兵器靶場的測試人員從人工掛靶，傳遞靶紙、驗靶紙、糊靶紙等繁重的工作中解脫出來，而且還為國家大大節約了人力、物力、財力和時間，同時也為工作人員的身心健康提供了保障，具有很好的社會效益和經濟效益。本裝置的特點是驗靶迅速，不會出現試驗與靶紙不一一對應的差錯，隨打隨驗、操作簡單、安全可靠、避免了驗靶時子彈過多浪費，因為對脫靶或精度較低的試驗槍可及時調整準星。另外，不需要專業的掛

2、靶人員，解決了工作人員長期在陰冷潮濕的地下室工作所引起的一系列職業病，節省了社會勞動力，保障了工作人員的身心健康。此裝置采用了幻燈技術，不但使靶紙圖像清晰可辯，而且降低了靶紙的質量要求和成本，節約了制作固定靶紙用框架的木材，還可使靶紙充分利用。自動卷靶機的卷、倒靶和張緊靶紙的控制均采用了三相鼠籠式感應電動機，方便耐用，易維修，尤其是張緊靶紙電機工作在堵轉狀態，這在感應電動機的實際應用中實屬少見。本裝置經有關單位實際應用，證明是切實可行的。第二章 兵器靶場采用電視報靶的設計方案2.1 方案設計示意圖（見圖<1>） 圖1 設計方案總圖 圖（1）所示為測試靶場具有多個靶口的設計方案。該方

3、案中將卷靶機構與張緊靶紙機構均安裝于地下室，考慮到當一條靶紙紙帶及控制系統出現鼓掌需要維修，可于地下室進行，而不必中斷其他靶口的實驗。若靶場只有一個靶口，亦可將卷靶機構和張緊機構分別安置于屋頂上方和地下室兩處。2.2 幻燈技術和靶紙技術由于整個靶場建造得具有很好的擋光性能，因此，地下室與其上方懸掛靶紙相當于一個暗室。采用普通幻燈機將特制的靶紙幻燈片打到靶紙上時，靶紙上可以呈現清晰標準的靶紙圖形。2.3 攝影機和工業電視的應用 過幻燈片得到靶紙圖形被攝象機攝取后轉換為電信號通過電纜傳輸給工業電視，則在電視屏幕上呈現出清晰可見的完整靶紙圖形，可直接觀察靶紙情況，隨打隨驗兵器是否合格。槍彈若擊中靶紙

4、并留下比較規則的孔洞，則會在電視屏幕上顯示出一個暗黑色的圓形圖象，該圖象為彈著點。由這樣獲得的一組彈著點可以驗出槍的精度。以某種輕兵器為例，精度檢驗時，一組彈著點規定為四發，其四個彈著點構成的四邊形的重心應在d=100mm的圓內，其分布應在d=150mm的圓內，否則精度就不合格。 當屏幕顯示出的彈著點圖象較多，以至難于辨認時檢驗員可按動控制柜上的卷靶機指示的按鈕，約三秒鐘即可重新呈現一張新的靶紙圖象，若卷靶機卷過的新靶紙過多時，可按動控制柜上的倒靶指示按鈕，將多余的靶紙倒回來，重新在靶紙上繼續實驗。第三章 靶機的結構設計方案及其電機的功率計算3.1 自動卷靶機部分的方案論證方案一：采用直流電動

5、機，啟停速度快，效率高，便于控制，可以通過直接改變端電壓來控制電機速度。也可使用電機處于堵轉狀態。而不必通過減速裝置來降低速度使結構更簡單。方案二：采用步進電機，由于步進電機在負載的范圍內轉速與脈沖頻率F有關，而不因電源電壓和負載的大小環境元件的波動而變化，有利于精確的控制電機的速度但是由于步進電機的功率小價格高耐用性差，一般只用于控制方面而且卷靶機對精度的要求并不是很高故不予采用。方案三：采用三相感應電動機，通過齒輪減速系統可直接從電機軸上輸出幾轉/分的低速度。并且轉速穩定度高，震蕩和噪聲小，長期處于堵轉狀態而不會燒壞等優點。采用常見的三相異步電動機能滿足要求。方案四：還可以通過改變頻率來控

6、制電機的轉速但系統結構復雜，造價高不易維修，不予考慮。綜上，方案一中的直流動力電來源不便不予采用，對方案三異步電機還具有控制簡單，造價不高，耐用及維修方便等優點，故予采用。3.2 自動卷靶機構設計方案簡介自動卷靶機構由卷靶機和堵轉機構兩部分組成，用來實現紙帶的傳動與張緊，即可以實現紙帶前進和倒退，并使紙帶停止，前進和倒退時均有適合的張力，使靶紙紙帶總處于張緊的狀態。根據靶紙的尺寸，其長約0.8m，寬約0.5m，靶紙的紙卷尺寸約為直徑0.15-0.4m，紙卷骨架直徑約為0.15m。靶紙至直徑為0.4m時，靶紙的傳動速度設為0.3m左右，則約三秒鐘可移動一張靶紙的距離。當選用兩對極鼠籠式感應電動機

7、作為卷靶機構的原動機時，起轉速約為1450轉/分，經30：1渦輪蝸桿減速，再經過2：1皮帶輪減速后，靶紙直徑較小時，所卷的靶紙遠小于直徑較大時所卷的靶紙。因此，實際上卷動靶紙的速度大部分時間是偏向0.5米/秒即大部分時間能夠滿足0.4米/秒。根據上述分析卷靶機構與堵轉機構的機架與靶紙骨架做一樣的。卷靶機構的紙卷卷動速度竟蝸母箱與皮帶輪兩極減速即可，紙卷的轉動采用滾動球軸承，而堵轉機構經堵轉電機通過一對2：1降速皮帶輪即刻實現。因為設計上保證了堵轉電機控制了紙卷轉速遠大于卷靶電機控制的紙卷轉速，因此，保證了倒靶時靶紙也總能處于張緊狀態。3.3 卷靶機的選擇與計算3.3.1 理論依據機械特性的三種

8、表達方式：（A） 機械特性的物理表達式由于 則 （3-1）式中 為折算到定子邊的感應電動機的轉矩常數；為基波磁場的每級磁通；為轉子電流的折算值；為轉子回路的功率因素。此式根從物理概念出發，根據而推倒出來的電磁轉矩公式完全相同，它闡明了剛應電動機的電磁轉局跟氣隙每級磁通和轉子電流有功分量的成績成正比的物理本質，故稱式 為感應電動機機械特性的物理表達式。（B） 機械特性的參數表達式 有感應電動機的簡化等值電路圖可得轉子電流為： 將上式及帶入可得： （3-2） 式（3-2）反映了感應電動機的電磁轉矩T跟電源電壓，頻率，電機的參數（，及）以及轉差率S有關，令S在之間變化，有式（3-2）算出不同的S所對

9、應的T值，T-S坐標中化除T=f(s)曲線，如圖3-1唆使，經過簡單的坐標變換（即把S坐標換成n坐標軸），則上述的T=f(s)曲線即為感應電動機的機械特性n=f(T)。 由圖3-1可知，當轉差率為某一數值是，電磁轉矩達最大值，對應轉差稱為臨界轉差率。將式（3-2）對S求導數并令，可得： = (3-3)將上式代入式（3-2）即得最大轉矩為： (3-4) =在一般感應電動機中，通常r1，為此，上二式可近似為： (3-5)其中“+”號用于電動狀態，“-”號用于發電狀態。由式（3-3）和式（3-4）可知，電動狀態與發電的相同，但是由于r1的存在，使發電狀態的比電動狀態的Tm大些。如果忽略r1的影響，由

10、式（3-3）可知電動狀態與發電狀態的相等。 是感應電動機可能產生的最大轉矩，為使電動機在運行中不會因可能出現的短時過載而停機，要求其額定運行時的轉矩Tn小于，因而具有一定的過載能力，用 表示。即 是感應電動機的一個重要性能指標，他表明了電動機短 過載的極限。一般感應電動機的。 由式（3-4）可知，最大轉矩主要與下述因素有關：（1） 點電源頻率及電機參數不變的情況下，最大轉矩與定子向電壓平方成正比，而臨界轉差率與無關：（2） 當，及其他參數不變而僅改變轉子回路電阻r2時，最大轉矩不變而臨界轉差率與r2成正比：（3） 當U1，f1及其他參數不變而僅改變 時，都近似與 成反比。（C）機械特性的實用表

11、達式用式（3-4）去除式（3-2），可得： （3-7）又由式（3-3）可得： 將此式代入式（3-7），并經整理化簡可得： （3-8）式中 。在一般情況下，所以，由于不論S為何值時，所以為此，只要從產品目錄中查出該電機的。由式（3-10）至式（3-12）算出 ，然后代入式（3-9）即得該機的機械特性表達式，所以式（3-9）用起來方便實用，故稱為機械特性的實用表達式。以后所有的分析計算，幾乎都用此表達式進行的。因為實用表達式將、代入實用表達式得：根據即可做出電機的M.S曲線如圖23.3.2 電機的選擇及功率計算要使電力拖動系統經濟且可靠運行，必須正確的選擇拖動電動機。這包括電動機的電流種類、型式、

12、額定電壓、額定轉速和功率的確定。著重討論如何確定拖動電動機的容量。電動機的容量選擇太小，電機長期過載而使電機過早損壞，如果電動機的容量過大，不僅使電機得不到充分利用，造成設備上的浪費，而且，效率低及感應電動機的功率因素降低。正確地選擇電動機的容量，必須從生產的機械工藝過程、負載轉距的性質、電機的工作制、工作環境及經濟性的幾方面進行綜合考慮。其中主要應考慮電動機在運行中的發熱與溫升，允許短時過載的能力以及起動能力三個因素。在一般情況下以發熱問題最為重要。電機在運行中，由于電機內部各種損耗變為熱能將電機的溫度升高。如果溫度過高，則使繞組的絕緣材料老化，變脆而縮短電機的使用壽命，嚴重時甚至使絕緣材料

13、碳化、失去絕緣性能而使電機燒壞。因此，電機容量的選擇，首先應該校驗電機運行時的實際溫度是否超過了絕緣材料的最高允許溫度。電機銘牌上給出的額定功率，就是指當環境溫度為國家規定的標準值40而且帶動額定負載長期連續工作時，電機的最高溫度不會超過其絕緣材料所允許的極限。由于電動機的負載大多數是變化的，有時是沖擊性的負載，這種短時的過載對電動機的發熱影響不大，但是因為電動機的短時過載能力是有限的，所以在根據發熱情況而確定電動機的容量之后，還必須校驗電動機的短時過載能力，應滿足一下條件 式中 為電動機在運行中所承受的最大轉距 為電動機的允許過載倍數。對感應電動機，受電機的最大轉距的限制，考慮到電網電壓的下

14、降，一般取；對于直流電動機，短時過載能力受換向所允許的最大電流的限制，其電流過載倍數一般為；對于同步電動機，轉距過載倍數一般為。如果過載能力校驗不能通過，必須另選過載能力較大或功率較大的電機。對籠型感應電動機除發熱與過載能力之外，有時還必須校驗起動能力。對于電動機種類的選擇，由于最普通的動力電源是三相交流電。因此，在滿足生產機械運行要求的前提下，應當盡量選用交流電動機，且三相異步電動機的優點甚多。如：電源方便，工作可靠，結構簡單，價格便宜，維護方便等。因此，對本設計的不要求調整的紙帶傳動裝置，選用三相異步電動機是合適的。他能滿足工作要求。選擇張緊靶紙所需的力可由實際測試確定，本設計確定F=1K

15、g。電動機功率的計算依據公式如下：電動機在啟動加速的過程中。其轉距平衡關系為： <1> 式中： M：電磁轉距 ：空載轉距 ：負載轉距 ：加速轉距或慣性轉距 或 <2> <3>電動機的空載起動時間：= <4>式中 為機械啟動時間常數= <5>電動機的最大輸出轉矩 對應的轉差率：= <6>過載系數為： <7>電動機的最大輸出轉矩 當選定電動機可查表由 確定。電動機在啟動加速過程中實際所需的電磁轉矩 顯然應小于電動機的最大輸出轉矩。其卷靶時的功率平衡關系應滿足： <8>式中 為電動機的輸出功率。 轉換效率

16、或寫成： <9>式中 <10>空載轉矩為： <11>負載轉矩 <12>考慮到所需電動機的功率不會太大，不妨選一小電機，選電機型號為J02-11-4型，其額定功率為0.6千瓦，下面以此電機為例，介紹一下卷靶電機的功率計算。1> 的計算取根據曲線圖<2>以上計算參數均已知，當S=1時：；當S=0時：M=0J02-11-4型電機，轉子外徑為75mm，鐵芯長度10.5cm，鋼的密度為7.8g/cma> 空載啟動時間的計算；根據=0.0455（s） = 0.0455= 0.061 （s）b> 電動機及其各部分的慣性矩計算電動機

17、帶上負載的啟動時間：減速系統及傳動裝置示意圖如圖<3>所示：減速渦輪蝸桿的減速比為1：30皮帶輪的減速比為1：2，這樣張靶線的速度為：米/秒r為紙卷的最大半徑2> 飛輪矩的計算a> 當紙卷的最大直徑為0.4米，此時為紙卷的最大直徑，而另一個紙卷為空紙卷，且紙卷密度為0.69公斤/分米，紙卷疊壓系數為0.75，并設每個紙卷骨架各為15公斤，堵轉的電子轉子重15公斤，且外徑均為20cm。設卷靶紙直徑為0.4米，堵轉紙直徑為0.15米，堵轉電機的轉速：紙卷的回轉直徑為： 則b> 對于電機轉子：有卷靶電動機外徑80mm，鐵芯長度12.5cm，硅鋼片疊制而成，則c>

18、對于渦輪：直徑為80mm，厚b=20mm用耐磨銅合金制成，則d> 對于蝸桿直徑設計為 16mm,長度為150mm鋼制而成，則e> 對于主皮帶輪直徑為D=100mm，寬為 18mm 則f> 對于從皮帶輪直徑為D=200mm，寬為18mm 則g> 堵轉電機堵轉電機的轉子重15公斤且外徑為20cm，則3> 總飛輪距的計算最后求得 之和： ，為傳動效率蝸掄蝸桿為0.50.7 平帶傳動 為0.90 做額定轉速運行時所需的轉距。j 為轉動比4> 的計算 自動卷靶機系統的空載轉距應為不帶負載，即不帶紙卷而維持系統由于拖動電機蝸母箱相等的體積與重量相對來講比較小，故忽略之。

19、而主要考慮紙卷骨架及堵轉電機的空載轉距。當紙卷骨架選用單列向心球軸承，用標為GB276-64，其內徑為30mm，外徑D為62mm，則中徑為： 同理，若堵轉電機的軸承為205型，起中徑為： 則 并認為該系統運行時，其 5> 的計算6> 的計算7> P2的計算 與換一張靶紙的時間相比不是百分之幾，完全不影響，若過于緩慢則會使電機發熱，而掛靶電機的功率則可按穩態運行的來求，即： 即拖動電機只需22.2瓦。 選600瓦（0.6千瓦）的最小電動機就可以達到要求。3.4 張緊靶紙用堵轉電動機的選擇和功率計算張緊電機采用堵轉狀態作為正常狀態，只有在卷靶或倒靶時才與拖動電動機作正向或反向距暫

20、旋轉運行，因此，對該電機的要求有兩點：一是其堵轉狀態下產生1公斤左右張緊靶紙所需要的力；二是倒靶時能產生克服電機本身與紙卷連骨架產生的靜摩擦所需的拖動力距，并且還要保證倒靶時靶紙應始終處于張緊狀態，即拖動電機反能退回靶時，堵轉電機帶動的紙卷都能立即將其卷上，而不會產生靶紙張不緊的情形。本設計中選用 JQ2-52-8 鼠籠式三相異步電動機，其額定功率為5.5千瓦，額定電壓為380伏。3.4.1 選擇電機的原則 同選擇拖動電動機的原則一樣，該堵轉電動機的功率選擇的足夠大，由感應電動機的轉子堵轉時，運行原理可知，該電機不動且屬于轉子繞組短路時，該短路的情形是和變壓器副邊短路是一樣的。由于定、轉子漏抗很小，故短路電壓在定子電流為額定值時，不僅為0.150.25的標準值。即堵轉電機所加的控制小于（0.150.25）倍的380伏，即不得超過95伏方可維持電機長期工作此時電機溫升并不過甚，但此時通過額定電流，風扇冷卻系統未起作用，處于堵轉時與正常運轉通過額定電流的溫升顯然要高，故根據實際情況，可用已設的電風扇冷卻。3.4.2 電機的計算對于上述選用的電機由 額定電壓下起動轉矩的計算 得出當所加的控制電壓為0.25倍的額定電壓時，其起動轉矩由下式可知： 上式有三相異步電動機的“一”型等值電路導出，忽略激磁阻抗。推導如下：如圖：異步電動機的轉子不動，轉子繞組短路的情況下，定子漏抗和