1、物料螺旋輸送機的機械設計與控制MECHANICAL DESIGN AND CONTROL OF MATERIAL SCREW VONVEYOR 緒論1.1課題的背景及意義螺旋輸送機有著較長的發(fā)展歷程，按照結(jié)構(gòu)類型分類主要可劃分為無軸螺旋輸送機和有軸螺旋輸送機兩大類。無軸旋輸送的結(jié)構(gòu)中沒有螺旋軸，是將可以換置的成體按裝在U型槽內(nèi)，電機直接驅(qū)動扇螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，物料通過螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)從入料口被推送輸送到出料口，結(jié)構(gòu)簡單明了，可在密封的U型槽內(nèi)完成物料的輸送過程1。有軸螺旋輸送機的結(jié)構(gòu)組成零件有：驅(qū)動裝置，減速裝置，軸承箱，連軸器，U型槽，端蓋，傳動軸，旋轉(zhuǎn)扇葉，進、出料口。按照輸送的角度可分為水平式

2、螺旋輸送機、傾斜式螺旋輸送機和垂直式螺旋輸送機三種；日常生產(chǎn)中，人們口中經(jīng)常提到的螺旋輸送機就是有軸螺旋輸送機。在工業(yè)和日常生活中有很多物料在運輸過程中存在著很多的困難，而螺旋輸送機正式解決這個困難非常好的途徑。從17世紀中期，當時松散的物料很難運輸，人們想到將他們裝入箱中用空中索道運輸?shù)姆椒āＶ钡?887年，阿基米德發(fā)明了螺旋輸送機，工業(yè)行業(yè)將其加以進行進一步的改進后，用于顆粒物料和松散物料等物料的運輸?shù)玫搅撕艽蟮谋憬荨：髞砺菪斔蜋C逐漸作為工業(yè)上的主要輸送手段一直被改進和發(fā)展，逐漸形成了現(xiàn)在被許多行業(yè)作為主要運輸方式使用的場景2。 國內(nèi)使用的最早的螺旋輸送機機型是GX螺旋輸送機，也是我們國

3、家確定生產(chǎn)的第一款螺旋輸送機。它可以運輸一些不怕?lián)p壞的小塊物料，顆粒物料以及粉狀物料，但由于當時的技術水平的局限，所以不能運輸液態(tài)物料，具有粘著性的物料和受到擠壓容易結(jié)塊的物料。因為這些物料會黏在旋轉(zhuǎn)軸和扇葉上，積累的越來越多，最終阻礙螺旋軸的旋轉(zhuǎn)，或是結(jié)成大型塊狀物料，堵塞運輸通道，加大物料的輸送難度或?qū)е聶C器損壞。GX型螺旋輸送機具有節(jié)能、減少物料耗損等優(yōu)點；因與其他機械相比，結(jié)構(gòu)簡單，所以運輸過程中噪聲低，適應性強，使用維修方便。但在傳輸過程中非常容易損壞物料，傳動效率不高，機器本身零件磨損的速度也很快。LS型螺旋輸送機是人們在GX螺旋輸送機的結(jié)構(gòu)技術上重新設計的機型，它不僅有GX螺旋輸

4、送機本有的優(yōu)點，還具備了可靠性高，更顯著的節(jié)能，應用范圍更廣等優(yōu)點。1.2國內(nèi)外螺旋輸送機的發(fā)展現(xiàn)狀在國內(nèi)，許多行業(yè)都使用螺旋輸送機作為短距離的主要運輸手段，如煤炭行業(yè)的運煤機，建筑行業(yè)的運沙級，食品行業(yè)的運糖機，運面粉機，農(nóng)業(yè)的谷物運輸機等，除此之外，工廠，碼頭也是螺旋輸送機的主要使用場所。在當今的科學技術下，螺旋輸送機獲得不斷發(fā)展，螺旋輸送機已經(jīng)不僅僅局限在工業(yè)運輸?shù)挠猛局校菪斔蜋C可以運輸鹽，堿，化肥，農(nóng)藥等易腐蝕損害的化學物質(zhì)，也因可以運輸魚類海鮮，已成為碼頭的主要運輸手段，在國內(nèi)外各大碼頭都能見其身影。隨著現(xiàn)在電子信息社會的發(fā)展，網(wǎng)絡購物越來越多，螺旋輸送機也被物料行業(yè)廣泛的使用于

5、包裹的輸送。1.國內(nèi)螺旋輸送機的發(fā)展狀況國內(nèi)的螺旋輸送機發(fā)展時間不長，尤其是相比于其他一些大型的工程類機械設備的發(fā)展時間。與國外相比較而言，國內(nèi)的螺旋輸送機在整體水平上還是有很多的不足，尤其是在技術方面，所以仍有很大的提升空間。兩者的差距主要存在于安全性、便捷性、穩(wěn)定性。現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的螺旋輸送機功能十分簡單，在實用性與技術方面遠輸國外的產(chǎn)品，只能靠著降低價格占領國內(nèi)使用市場。國內(nèi)螺旋輸送機的發(fā)展將長期受制于自動化控制方面。國內(nèi)的螺旋輸送機多是簡單的傳動機構(gòu)，需要人站在近距離的操作與看守以防止出現(xiàn)狀況，所以經(jīng)常浪費不必要的人力。2.國外目前水平及發(fā)展狀況螺旋輸送的研發(fā)和使用很早就在德、法、俄、美

6、、英等國家進行了課題性研究，它們也是螺旋輸送機的主要使用國家，所以這些國家生產(chǎn)的螺旋輸送機功能和性能都是世界領先的11-15。我國螺旋輸送機前期也是靠模仿這些先進國家的產(chǎn)品而改進的。未來螺旋輸送機的發(fā)展趨勢如下：（1）開發(fā)多種類、復合型、高質(zhì)量、高效的；（2）將更多新的科學技術使用在螺旋輸送機設計中，加快螺旋輸送機標準化、規(guī)模化、通用化的發(fā)展速度；（3）改進控制方式，使螺旋輸送機可以由多種操縱方式控制；（4）對螺旋輸送機進行創(chuàng)新式設計，提高各項新能；（5）融入智能控制技術；現(xiàn)代新型螺旋輸送機的特點：結(jié)構(gòu)簡單，總體制造費用低。控制簡單，操作維修方便，可靠性高。總體尺寸小，方便運輸，可以在狹小場所

7、工作。裝卸便捷。應為結(jié)構(gòu)簡單，所有組件體積都很小，所以可以在任何場合進行快速的安裝和拆卸。運輸過程可在密閉空間中進行，在運輸粉塵物料，溫度過高或有刺鼻性氣味的物料時，會減輕物料對運輸現(xiàn)場的污染，改善工人的工作環(huán)境。在輸送的過程中物料一直在與螺旋軸和螺旋扇葉進行摩擦，是物料容易受到損壞，同時也是螺旋軸和螺旋扇葉的磨碎速度加快。1.3課題研究的主要內(nèi)容本設計主要研究的是提出多個螺旋輸送機的類型方案，并根據(jù)課題要求對每種方案進行分析和和比較，最終確定符合課題要求的方案，并用現(xiàn)代化設計方法進行設計。最后為螺旋輸送機設計出自動化控制系統(tǒng)，使其功能得到更好的完善。由于螺旋輸送機結(jié)構(gòu)復雜，需要進行整體設計和

8、局部的細節(jié)設計。所要設計的部分劃分為以下三類：1.機構(gòu)設計：螺旋葉片直徑、螺旋軸軸距、螺旋軸直徑、螺旋軸直徑、中間聯(lián)軸器的選擇等。2.驅(qū)動系統(tǒng)：電機的選型3.控制系統(tǒng)：控制電路的設計、PLC的選型、觸摸屏的選型、PLC的編程等。在設計過程中，對國內(nèi)螺旋輸送機的廠家的產(chǎn)品現(xiàn)狀進行調(diào)研以及市場分析；螺旋輸送機的機械結(jié)構(gòu)的設計，包括總體結(jié)構(gòu)、零件具體參數(shù)等的確定；利用機械原理和機械設計等方面的理論知識對螺旋輸送機機械零件尺寸進行設計計算；最終對電機及減速器進行選型；用畫圖軟件CAD設計有關零部件，并進行裝配；對螺旋輸送機的電路布局進行設計，并設計出螺旋輸送機的控制系統(tǒng)PLC編程。擬解決的主要問題：對

9、現(xiàn)有的螺旋輸送機的產(chǎn)品及市場進行調(diào)研分析；螺旋輸送機總體方案的選擇；螺旋輸送機零件的機械結(jié)構(gòu)設計，要使螺旋輸送機結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、具有一定的實用性；螺旋輸送機的控制系統(tǒng)進行自動化控制設計并編寫PLC程序。 1.4課題設計要求希望通過本次的設計，可以獲得如下的收獲：1.學會將大學所學習到的多門課程知識能夠綜合的運用，提高實物與理論相結(jié)合的能力；2.培養(yǎng)我們學會使用工具的能力，如專業(yè)手冊，在網(wǎng)絡和圖書館查詢所要使用的資料或文獻；3.使我們更加熟悉本專業(yè)論文的設計過程，更加熟練Work的操作，熟練使用Auto CAD畫制設計圖并熟悉專業(yè)畫圖的規(guī)范和要求。4.培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的能力本次課題研究所需

10、運輸物料的具體參數(shù)如下：1.設計煤炭螺旋輸送機；2.物料是粉狀物體，無磨琢性；3.要求所要運送的長度為12m；4.碳粉阻力系數(shù)=1.2；5.碳粉松散系數(shù)=0.85t/m；6.能夠提高加工效率，減輕勞動強度。2 螺旋輸送機的總體結(jié)構(gòu)設計螺旋輸送機的工作原理：使用電機帶動螺旋軸和螺旋扇葉的旋轉(zhuǎn)，是在螺旋扇葉與U型槽之間的物料產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)方向相同的運動趨勢，同時因為受到U型槽和葉片的表面摩擦力的作用而產(chǎn)生移動，使物料被向前推送 3。螺旋輸送機大多由電機、減速器、軸承箱、機殼、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)葉片、槽體襯板、進料口、出料口、機蓋、底座組成。2.1螺旋輸送機設計要求：1.確保設備及時的輸送生產(chǎn)的物料 能夠完成

11、所有煤粉的保質(zhì)保量輸送是基礎要求。粉煤的產(chǎn)量為15 t/h，選擇正確的螺旋扇葉直徑和減速器的型號是保證粉煤可以得到及時輸送的關鍵所在。2.螺旋轉(zhuǎn)速的確定如果螺旋軸的轉(zhuǎn)速過大，物料在入料口處會被甩出，在傳輸過程中會因轉(zhuǎn)速太快，甩到內(nèi)壁，浪費能源。3.輸送環(huán)境煤粉要運輸?shù)木嚯x為12m,在同一水平面，選擇水平運輸，運輸?shù)倪^程中沒有拐角。4.經(jīng)濟的設計應在設計中采用結(jié)構(gòu)簡單，能源損耗小的設計。盡量使用標準件和標準結(jié)構(gòu)，以降低制造成本。5.良好的操作環(huán)境合理的規(guī)劃好總體結(jié)構(gòu)，將控制部件放在便于操作的地方，合理的設計控制界面。6.良好的工藝性螺旋輸送機的結(jié)構(gòu)要方便人們的制造、安裝、拆卸、修理、清洗。2.2

12、總體方案設計先在市面上的螺旋輸送機的結(jié)構(gòu)設計有很多種，現(xiàn)選擇其中兩個比較好的設計方案進行比較，最后確定最優(yōu)的設計方案。方案一：無軸螺旋輸送機，其主要組成部分有電動機、減速器、無軸螺旋體、軸承座、U型槽、機殼、進、出料口、底座、端蓋等，整體外觀如圖2-1所示。圖2-1無軸螺旋輸送機方案二：有軸螺旋輸送機，其主要組成部分有啟動裝置、頭部裝配、機殼、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)葉片、槽體襯板、進料口、出料口、機蓋(需要時)、底座等，整體外觀如圖2-2所示。比較兩個方案，分析優(yōu)缺點：方案一：本方案中使用的是無軸螺旋輸送機。無軸螺旋輸送機并不像有軸螺旋輸送機使用螺旋軸作為傳動方式，而是使用了中空螺旋扇葉通過旋轉(zhuǎn)完成物料

13、的推送，所以它可以輸送一些不易輸送的物料，比如膠水這樣的粘性物料，尼龍絲帶這樣的易纏繞物料，攪拌好的水泥類物料。方案二：本方案中使用的是有軸螺旋輸送機。有軸螺旋輸送機是利用螺旋軸帶動螺旋葉片將物料在機殼內(nèi)推移，從而實現(xiàn)輸送。他的承載力比較大，使用安全可靠，適應性強，機器體積小，轉(zhuǎn)速比較高，機構(gòu)簡單，造價低，適合選用。綜上所述：選擇使用方案二。3 螺旋輸送機的設計與選用在國內(nèi)螺旋輸送機行業(yè)，設計人員還是按照以往的經(jīng)驗進行螺旋輸送機的創(chuàng)新設計，不僅設計時考慮的東西很多，而且復雜，反復計算的內(nèi)容很多，沒有創(chuàng)新的設計理念，很難推動螺旋輸送機整體的改進。現(xiàn)在市面上的螺旋輸送機依然不完善，遺留下很多有待研

14、究和解決的地方，如運輸速度慢，機械傳動效率低，易被物料堵塞等。3.1螺旋輸送機的設計依據(jù)3.1.1螺旋輸送機的常規(guī)標準至今為止，我們國家定型生產(chǎn)過的螺旋輸送機有兩種型號：GX型螺旋輸送機和LS型螺旋輸送機。GX型是較為我國最先使用的螺旋輸送機型號，由于早期技術和科技水平的局限使得GX型螺旋輸送機有很多缺點，而LS型是在GX型號的基礎上創(chuàng)新研發(fā)的新款機型，所有零部件尺寸都是根據(jù)了DIN 15261一1986及ISO 1050-75標準確定的，零件的制造標準JB/T 7679-95螺旋輸送機4。3.1.2螺旋輸送機的設計依據(jù)設計螺旋輸送機時需要的最先要了解的是要先了解你所要輸送的物料，根據(jù)物料查手

15、冊查詢運輸距離、摩擦系數(shù)和物料特性。螺旋葉片直徑尺寸的設計受到運輸物料的摩擦阻力和松散系數(shù)的影響，如果物料顆粒的密度非常高的話，物料顆粒中最大的松散系數(shù)決定了箱體內(nèi)壁與螺旋扇葉之間的間隙，只有通過這樣的設計才能避免物料在螺旋輸送機中形成堵塞現(xiàn)象5。螺旋軸或最靠近電機的聯(lián)軸節(jié)的最大扭矩決定了螺旋輸送機的最大長度。在我們設計螺旋輸送機時，如何能夠?qū)⒙菪斔蜋C設計的合理并且能夠最節(jié)省制作成本將會是我們所要面對的問題。首先我們要的產(chǎn)品進行市場調(diào)查，并對我們說要設計的產(chǎn)品進行全面的了解，提出我們希望對機器進行的改進，這些改進的地方就是我們進行螺旋輸送機設計的依據(jù)。物料的詳細參數(shù)和設備零件尺寸的設計標準及

16、選型可以通過相關的工作手冊進行查詢。3.2螺旋輸送機的設計3.2.1 螺旋輸送機的零件設計計算螺旋輸送機組設計時各個零件的具體尺寸都對其的輸送量都有著影響。不同的物料有著不同的運動狀況、物料的最大輸送速度及輸送量，所以像糧食這樣較好輕，摩擦力小，空隙比較大的物料在輸送的時候就可以裝的滿一點，扇葉轉(zhuǎn)的快一點，反之想金屬顆粒這樣比較重，摩擦力大，空隙比較小的物料就裝的少一點，轉(zhuǎn)的慢一點。這些都是根據(jù)物料的物理特性而決定的。對于大多數(shù)螺旋輸送機來說，螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速一般選定為最大推薦軸轉(zhuǎn)速的一半。1.螺旋輸送機參數(shù)的確定物料物理特性本次設計是在恒定溫度的室內(nèi)，沿固定水平方向輸送生產(chǎn)出的粉煤，所以煤粉

17、摩擦系數(shù)比較大，設定煤粉生產(chǎn)量為t/h。查工作手冊查的煤粉密度為t/m3。需要輸送的距離為m。表3-1 物料參數(shù)螺旋葉片直徑的計算查工作手冊得螺旋直徑計算公式為： 式(3.1)公式中：物料特性系數(shù)； 輸送能力，t/h； 傾斜系數(shù)； 填充系數(shù)。查工作手冊得 =0.0415， =0.35，=1.0。將查得數(shù)據(jù)代入公式（3.1）計算得 按照工作手冊要求，螺旋直徑的設計尺寸應從給出的標準中就行選擇，螺旋直徑的標準有：1.25，1.00，0.800，0.630，0.500，0.400，0.315，0.250，0.200，0.160，0.125，0.100。就算結(jié)果=0.2在標準之中，所以選0.2為螺旋直

18、徑。螺距的設計計算在螺旋輸送機輸送物料時，螺距的大小對其有直接影響，軸距越大，一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的輸送量越大。同時螺距還決定著在給定填充程度下物料輸送時的滑移面，還決定著設計螺旋葉片時的螺旋升角。 要計算最合理的螺距尺寸，合適的劃分速度分量和物料與葉片和軸之間的摩擦力都是要進行仔細的思考的。 查設計手冊得螺距得計算公式: 式(3.2)根據(jù)手冊中說明，正常情況下，的大小可在0.81之間選取。當螺旋輸送機水平擺置時，的大小為0.81之間；當輸送物料流動性較差或螺旋輸送機傾斜擺置時，.根據(jù)上述描述，選取=0.8 ，將值帶入式（3.2）計算得螺距。 螺旋軸直徑尺寸選擇螺距直接影響螺旋軸直徑的設計尺寸，因為

19、螺距和螺旋軸直徑兩者是物料的輸送時速度分布及旋轉(zhuǎn)推送時滑移方向與螺旋葉片升角設計的決定因素，所以選擇的時候應該將從工作手冊上所查詢的到物料與葉片建的摩擦力和速度各分量的適當分布綜合進行分析，最后設計出旋轉(zhuǎn)軸軸徑與旋轉(zhuǎn)葉片螺距之間最適合的關系6。經(jīng)以上多方面的考慮，選取直徑為=200mm。 螺旋軸轉(zhuǎn)速計算螺旋輸送機的輸送運動是長時間連續(xù)不間斷的。在工作的過程中，螺旋軸徑現(xiàn)實所占據(jù)的截面空間，也影響著輸送量的多少。所以在計算輸送能力時也要考慮到軸徑所占的截面對轉(zhuǎn)速的影響，查工作手冊得轉(zhuǎn)速的計算公式: 式(3.3)公式中: 物料綜合特性系數(shù)； 螺旋直徑(m)。將數(shù)值帶入式（3.3）中 r/min 根

20、據(jù)工作手冊計算可得：極限轉(zhuǎn)速為=170（r/min）。查手冊可得圓整規(guī)定的轉(zhuǎn)速：190、150、120、90、75、60、45、35、30、20。查工作手冊得到校核填充系數(shù)公式： 式(3.4)將數(shù)據(jù)帶入式（3.4）中計算得由于現(xiàn)實情況的影響，所以校核計算時所要帶入的值應該低于手冊推薦的0.350.45，為提高螺旋軸的使用壽命，所以選取的轉(zhuǎn)數(shù)降低一級，轉(zhuǎn)/分，帶入計算得：所得結(jié)果正好在手冊推薦的取值范圍內(nèi)，所以螺旋直徑與轉(zhuǎn)速為mm，r/min。 傳動功率計算螺旋輸送機克服在物料輸送過程中的所有阻力總共消耗的能量叫做螺旋輸送機的驅(qū)動功率，其由以下幾個部分組成：1.克服物料旋轉(zhuǎn)時顆粒間相互摩擦消耗的

21、能量；2.克服中間和末端軸承旋轉(zhuǎn)時摩擦消耗的能量；3.克服物料在中間聯(lián)軸器處摩擦消耗的能量；4.克服運輸物料被旋轉(zhuǎn)推進是提升高度所需的能量；5.克服物料在輸送過程中與料槽內(nèi)壁和旋轉(zhuǎn)扇葉的摩擦所消耗的能量。從其他的角度，可以將功率這樣劃分: 克服軸承旋轉(zhuǎn)時摩擦力的功率；克服旋轉(zhuǎn)時螺旋葉片與物料間摩擦力的功率；克服物料前進時與中間聯(lián)軸器摩擦力的功率；克服旋轉(zhuǎn)推送時將物料提升及物料間摩擦消耗的功率。所以在螺旋輸送機運動過程中產(chǎn)生的阻力決定了螺旋輸送機的電動機驅(qū)動功率。阻力可劃分為以下幾個：(1) 軸承旋轉(zhuǎn)時的摩擦力；(2) 中間聯(lián)軸器下對物料的摩擦力；(3) 物料旋轉(zhuǎn)推進時的重力；(4) 物料與螺旋

22、軸之間的磨擦力；(5) 螺旋扇葉對物料的摩擦力。將螺旋輸送機所需要的功率劃分成三個部分：輸送物料時的運行功率，空載功率和傾斜引起的額外功率，查設計手冊得功率的計算公式為： 式(3.5) 式(3.6) 式(3.7)公式中：傾斜高度()， 螺旋外徑()， 輸送距離()， 生產(chǎn)能力(t/h), 物料運行阻力系數(shù)。將之前已知和計算得到的數(shù)據(jù)： =15，=12，=0，=0.20，=1.2帶入公式（3.5）（3.6）（3.7）中計算得：KW；KW；KW。將所得數(shù)據(jù)綜合得到總功率， KW查書得電動機驅(qū)動功率的計算公式為： 式(3.8)公式中：功率備用系數(shù)，查工作手冊得的取值范圍在1.21.4之間。 驅(qū)動裝置

23、總傳動效率，當使用圓柱齒輪減速器時可在0.850.9之間進行取值。選取=1.2，=0.85，帶入式（3.8）計算得：KW本次設計中電動機的輸出軸與螺旋輸送機螺旋軸之間使用浮動聯(lián)軸器相連，懸臂負荷作用在其軸上下部份，故只需要對千瓦轉(zhuǎn)速比進行校算。 式(3.9)查工作手冊得，直徑為200mm的螺旋軸千瓦轉(zhuǎn)速比為0.30，0.004724遠遠小于0.30，滿足要求，是安全的。實體式螺旋葉片的展開尺寸計算實體式螺旋葉片的展開如圖3-1所示。查設計手冊得在一個螺距長度內(nèi)，標準型實體式螺旋面展開時，扇葉下料尺寸為： 式(3.10) 式(3.11) 式(3.12)公式中：螺旋軸直徑，； 展開圓環(huán)切除部分的周

24、心角； 螺旋面展開圖圓環(huán)內(nèi)徑，； 螺旋面展開圖圓環(huán)外徑，。圖3-1 一個軸距內(nèi)螺旋葉片的展開示意圖根據(jù)工作手冊中查詢得螺旋葉片的厚度可根據(jù)螺旋軸直徑和所要輸送的物料的物理特性進行選取，數(shù)據(jù)如表3-2。表3-2 螺旋葉片厚度選取參數(shù)所以選取給出螺旋葉片厚度的中間值=4.5mm。螺旋軸的連接設計 螺旋軸長度在2m4m之間進行選取，由多個螺旋軸組裝成一個設計所要的總軸，單個螺旋軸太長不方便制造、運輸和安裝7。螺旋軸之間的連接處在設計的時候要求便于安裝、拆卸，使螺旋軸在連接后不會分離，可靠。圖3-2所示意的是現(xiàn)在市面上管形螺旋軸主要的一種連接方式，前后節(jié)段之間將小段圓軸節(jié)和內(nèi)襯套使用兩個垂直方向的穿透

25、螺栓進行連接，中間空余的圓軸節(jié)段以作為中間懸掛連軸器和軸承兩端的軸頸使用。1-螺旋軸；2-螺旋葉片；3-內(nèi)襯套；4-圓軸節(jié)段；5-螺栓圖3-2 螺旋軸連接示意圖3.2.3 螺旋輸送機外形及尺寸確定查工作手冊可得LS型螺旋輸送機規(guī)定的軸直徑取值范圍在1001250之間 ,按大小可以劃分為十一種規(guī)格，并按照單驅(qū)動和雙驅(qū)動進行詳細的劃分。LS型螺旋輸送機總體布局及結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，查出12m的螺旋輸送機詳細參數(shù)如表3-3所示。圖3-3 LS型螺旋輸送機示意圖LS型螺旋輸送機外形尺寸如下表：表3-3 螺旋輸送機外形尺寸表3.2.2 螺旋輸送機各節(jié)重量及外形長度1.查工作手冊得LS200螺旋輸送機頭、

26、中間、尾節(jié)重量的詳細數(shù)值如表3-4所示：表3-4 螺旋輸送機零件重量2. 查工作手冊得LS200螺旋輸送機各節(jié)長度數(shù)值如表3-5所示：表3-5 螺旋輸送機各段長度3.2.3 螺旋輸送機驅(qū)動裝置的選擇根據(jù)查詢工作手冊得到LS型螺旋輸送機主要具有種驅(qū)動裝置的類型：第一種是YY型驅(qū)動裝置，它的組成主要由Y系列電動機，彈性柱銷聯(lián)軸器，ZSY型減速器和底座構(gòu)成，最適用于LS630LS1250螺旋輸送機，功率范圍為7.575kW，YY型驅(qū)動裝置有型（旋轉(zhuǎn)方向為右旋）和型（旋轉(zhuǎn)方向為左旋）兩種裝配形式；第二種為TY型驅(qū)動裝置，由TY型同軸式減速器和彈性柱銷聯(lián)軸器構(gòu)成，功率范圍為0.5545kW；第三種為XW

27、D型驅(qū)動裝置，由XWD型行星擺線針輪減速器組成。第四種為YJ型驅(qū)動裝置，由ZQ型減速器與Y型電機組成；第五種為YTC型驅(qū)動裝置，由Y型電機與YTC型同軸式齒輪減速器組成 8。我選擇上述中的第四種驅(qū)動裝置方案：YJ型驅(qū)動裝置，由Y型電機與ZQ型減速器組成。YJ型驅(qū)動裝置外形如下：圖3-4 YJ型驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡圖YJ型驅(qū)動裝置的選用：查詢工作手冊得到Y(jié)J型驅(qū)動裝置的減速器轉(zhuǎn)配形式及電動機轉(zhuǎn)速的詳細數(shù)據(jù)如表3-6所示。表3-6 減速器配置數(shù)據(jù)表查詢螺旋輸送機設計手冊得到Y(jié)J型驅(qū)動裝置的最大功率及配套參數(shù)見表3-7。表3-7 驅(qū)動功率表查詢螺旋輸送機設計手冊的LS螺旋輸送機驅(qū)動裝置用許用長度數(shù)據(jù)如表3

28、-8所示。表3-8長度選擇表按照工作手冊，根據(jù)計算最終所得到的結(jié)果，選擇驅(qū)動裝置的電動機型號：Y90L-4-1.5減速器型號：ZQ35-i3-I。3.2.4 螺旋輸送機軸承選擇螺旋輸送機的所需要的軸承主要用在旋轉(zhuǎn)軸的前段和末端。查詢設計手冊可以得到LS型螺旋機采用的滾動軸承尺寸如表3-9所示。表3-9滾動軸承表因為選用的螺旋輸送機LS200型號，所以在設計中采用頭部軸承7311型2個和尾部軸承1208型1個，沒有中間軸承。3.2.5 螺旋輸送機進出料口設計螺旋輸送機的進、出料口有三種結(jié)構(gòu)形式，分別為：齒條型、手推型、方形。這里我們采用方形設計。如圖3-5所示。 進料口：C1C1AABCBC圖3

29、-5進料口示意圖根據(jù)設計手冊查得進料口具體尺寸如下3-10：表3-10 進料口尺寸表 出料口根據(jù)設計手冊查的出料口具體尺寸表3-11：表3-11 出料口尺寸表4 控制系統(tǒng)的設計螺旋輸送機在現(xiàn)代化工業(yè)中使用的場景越來越多，為了方便人們的使用和安全著想，所以我們對螺旋輸送機進行PLC遠程觸屏控制。這樣我們不僅可以在其他場所控制螺旋的運轉(zhuǎn)和監(jiān)控螺旋輸送機的運行狀態(tài)，還可以減少一些不必要的麻煩，方便操作人員進行操作。4.1 PLC的概述于上個世紀60年代末期，美國科學家第一次研制出了可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller),它改變了原來的繼電器系統(tǒng)時代，推動了工業(yè)

30、產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，因此受到了重視和發(fā)展。PLC是通過將一些列的操作指令如：邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能在自己的內(nèi)部進行掃描檢測和通過數(shù)字量和模擬量的接受及輸出來控制工業(yè)產(chǎn)線的生產(chǎn)過程。可編程控制器的總體設計思路是利用計算機的計算速度和普遍性以及繼電器電路操控簡單，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，將它們所結(jié)合在一起，通過用戶將編寫好的控制程序輸入PLC的存儲器中來實現(xiàn)智能化控制。可編程控制器不是通過內(nèi)部有觸點來控制電路，而是讓用戶可通過編寫程序來改變了生產(chǎn)過程。可編程控制器自從在工業(yè)中得到證明以后很快受到工業(yè)各行業(yè)的使用和發(fā)展。目前，人們將PLC廣泛的使用于工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)線的自動化及智能化控制，得到了迅速

31、的發(fā)展和推廣。4.2 PLC的結(jié)構(gòu)及組成雖然市面上有多種多樣的可編程控制器，但是所有PLC的主要組成部分及控制原理都是一樣的。可編程控制器的核心是微型處理器，它通常有中央處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸出輸入單元（I/O）、電源和編程器等組成，如圖4-1. 系統(tǒng) 系統(tǒng)總線不宜超過10m通訊模塊智能模塊輸出模塊輸入模塊CPU模塊電源模塊通訊模塊智能模塊輸出模塊輸入模塊CPU模塊電源模塊CPUCPU存儲器存儲器外接口外接口 編程器 信號 控件 上位機 編程器 信號 控件 上位機圖4-1PLC系統(tǒng)組成4.3 PLC的選型現(xiàn)在市面上有許多的PLC廠家，如西門子，三菱，施耐德，歐姆龍，羅克

32、韋爾，松下,ABB等等。由于螺旋輸送機的控制系統(tǒng)所需要的位不多，內(nèi)存也不大，要求不是太高，所以我選擇學習過的三菱PLC進行編程。選用三菱PLC FX1N系列的24MR型號來完成本次的設計任務。如圖4-2：圖4-2 FX1N-24MR PLC4.4觸摸屏的選取本次課題研究選擇GOT1020觸摸屏面板作為控制面板。GOT1020是單色的觸摸屏，他的尺寸為3.5寸，可用于雙向使用。GOT1020觸摸屏的電源為24V外接直流電源。GOT1020觸摸屏可以通過GT Work3來進行程序的編寫和畫面的設計。GOT1020觸摸屏與三菱FX1N-24MR可通過RS422半雙工數(shù)據(jù)線進行連接通訊。4.5系統(tǒng)界面

33、設計螺旋輸送機控制系統(tǒng)觸摸屏畫面如圖4-3所示，觸摸屏界面有電源指示燈和運行指示燈和入料口指示燈和運行指示燈以及開始、停止按鈕組成。當電機以及觸摸屏通電時，電源指示燈亮起，否則不亮。入料口的傳感器檢測到物料時，入料口指示燈才會亮起，如果入料口的物料不足時，指示燈會熄滅，同時停止螺旋輸送機的運行。當螺旋輸送機處于工作狀態(tài)時，運行指示燈亮起，停止后指示燈變暗。時間年/月/日控制界面時間年/月/日控制界面電源電源入料口入料口停止開始停止開始運行指示燈運行指示燈圖4-3螺旋輸送機觸摸屏界面圖4-4為控制系統(tǒng)的電路原理圖，控制電路中設置了用戶可以選擇按鈕或使用觸摸屏控制的選擇開關兩種選項，已達到能夠?qū)崿F(xiàn)

34、按鈕和觸摸屏的雙重控制。輸入元件中有螺旋輸送機的啟停控制按鈕、入料口傳感器等，地址分配為 X0-X3。輸出元件包括螺旋輸送機、電源指示燈、入料口指示燈、運行指示燈等。控制系統(tǒng)的 I/O分配表如表4-1所示。FU2FU1FU2FU1L1L2L3SA SB1SB2SA SB1SB2KM1KM1L N COM X0 X1 X2 X3L N COM X0 X1 X2 X33FR3FR24V 0V COM Y1 Y2 Y3 Y424V 0V COM Y1 Y2 Y3 Y4 M3 M3220VKM1 LH1 LH2 LH3KM1 LH1 LH2 LH3圖4-4控制系統(tǒng)電路原理圖表4-1 控制系統(tǒng)I/O分配

35、圖4.6 PLC程序設計圖4-5所示為螺旋輸送機啟停控制程序， M13和 M14為觸摸屏畫面中輸送機啟停控制變量，由M1切換控制方式是按鈕還是觸摸屏控制，M1常開為觸摸屏開關關閉，反之開啟。X1和X2為螺旋輸送機啟停按鈕。當入料扣處物料很少或沒有時，同樣發(fā)出停止命令，Y4常閉有效。Y2M8000Y2M8000Y1M1X1 Y1M1X1 SSM13 M1M13 M1SSX2 M1X2 M1RRRM14 M1M14 M1RRY4Y4Y4X3Y4X3M14M13M14M13RRM13M14M13M14RRENDEND圖4-5 螺旋輸送機啟停控制程序4.7軟件的應用4.7.1觸摸屏編程軟件的使用首先運

36、行GT Work3軟件，新建工程選項，在工程向?qū)Ю餀C種欄中選擇GT1020并建立工程，見圖4-6。圖4-6 建立工程在制造商欄中選擇三菱電機，機種選擇三菱PLC的FX系列，這樣觸摸屏中我的程序才能與PLC的程序相匹配，見圖4-7。圖4-7 機種選型因為所要使用的界面很少，可在一個界面內(nèi)完成，所以只要選擇一個界面，見圖4-8。圖4-8 窗口確定觸摸屏參數(shù)，見圖4-9。圖4-9 觸摸屏參數(shù)生成的界面大小適合觸摸屏大小一樣的，我們可以在黑色的地方進行排版，如圖4-10所示。圖4-10 觸摸屏繪圖畫面按照我們的設計方案進行設計，如圖4-11所示。圖4-11 觸摸屏畫面4.7.2三菱PLC編程軟件的使用

37、三菱FN1N-24MR型號的PLC用GT Work2軟件進行編程，軟件可以使用梯形圖或指令語句來編寫程序。程序的編程過程如下：1.打開GT Work2，建立一個新的工程項目。并選擇PLC相應的型號，點擊確定，如圖4-12所示。圖4-12 型號的選取2.進入軟件的編寫界面后，我們根據(jù)上面的設計程序進行編寫程序，如圖4-13所示。圖1-13 編程界面結(jié)論當今社會工業(yè)中越來越注重安全性，實用性，便捷性，高效性的生產(chǎn)，螺旋輸送機具有承載能力大、適應性強、安裝維修方便、整機體積小、轉(zhuǎn)速高、密封性好、操作方便、自動化控制等顯著優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)中收受到廣泛的使用。本次設計的研究工作可以歸納為以下幾個方面：1

38、.螺旋輸送機的原理在這一階段所要做的主要工作是了解螺旋輸送機的工作原理，只有這樣才能精確的完成螺旋輸送機的的各個結(jié)構(gòu)設計。在設計過程中，使用了很多網(wǎng)絡上的知識，螺旋輸送機設計手冊以及在圖書館查閱文獻。螺旋輸送機的工作原理：使用電機帶動螺旋軸和螺旋扇葉的旋轉(zhuǎn)，是在螺旋扇葉與U型槽之間的物料產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)方向相同的運動趨勢，同時因為受到U型槽和葉片的表面摩擦力的作用而產(chǎn)生移動，使物料被向前推送。2.螺旋輸送機的總體設計方案根據(jù)螺旋輸送機主要輸送的物料和特點為主要的要求和內(nèi)容，確定了螺旋輸送機的整體方案設計。總體的方案必須詳細的表達出螺旋輸送機的的結(jié)構(gòu)特點，能確保可以穩(wěn)定的完成物料的運輸要求。3.螺旋輸

39、送機總體結(jié)構(gòu)設計在設計的第三章主要設計了螺旋輸送機的中體結(jié)構(gòu)設計，主要包括：螺旋葉片直徑計算、螺旋軸軸距計算、螺旋軸直徑選擇、螺旋軸的連接設計、進、出料口的尺寸設計、減速器的選型、電機的選型。在設計選擇的過程中必須要嚴格參照直接設計手冊等相關的設計手冊，選擇合適的型號，設計合適的結(jié)構(gòu)。4.控制系統(tǒng)的設計螺旋輸送機的自動化控制選擇使用PLC來完成。PLC的選型選擇了三菱PLCFX1N-24MR，觸摸屏的選型為三菱GOT1020觸摸屏。使用PLC加觸摸屏的組合來實現(xiàn)自動化控制部分，不僅可以簡化操作者的要求，還能以醉直接的視角觀察螺旋輸送機的運行狀態(tài)。但在本次設計中還存在著很多的不足之處，如螺旋輸送

40、機的一些現(xiàn)實工作中存在的誤差沒能考慮到計算中，PLC實現(xiàn)的自動化控制功能不是太多，這些雖然不影響螺旋輸送機在工作中正常的使用，但卻可以使得螺旋輸送機越來越完善。致謝大學校園的生活使我認識了許多的朋友，有本班的，也有別的專業(yè)的，還有很多是不同年級的，認識了他們使得我的課余生活更加的豐富，了解了一些以往從未接觸過的領域。更是了解了全國各地不同的習俗，使我開闊了眼界。長達十四周的畢業(yè)設計到今天為止算是接近尾聲。從開始畢業(yè)設計直到現(xiàn)在，讓我對大學幾年中所學的專業(yè)課程知識有做了進一步的加深理解和總結(jié)。與此同時。很大程度上感覺到自己目前掌握的知識與實際運用的要用的的知識之間這有著很大的差距，這深深的告誡我，在今后的學習與實踐中要腳踏實地，認真做學問。通過AA老師深厚的專業(yè)知識對論文的指導非常的專業(yè)詳細，使我能夠順利的完成此篇畢業(yè)論文，同時張老師認真負責的工作態(tài)度，謙虛的人文素養(yǎng)以及待人為善的人格魅力著實感染著我，不僅讓我在此次畢業(yè)設計中學到了基本的設計思路與方法還讓我學會了做人的道理，這是十分的可貴的。在此，再次感謝張老師對我的各方面的用心指導，十分感謝。通過畢業(yè)設計的最后學