固定式智能水泥包装机设计毕业设计论文.doc

毕业设计（论文）

题 目 固定式智能水泥包装机设计
学院(部) 工 业 制 造 　
专 业 机械设计制造及其自动化 　

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日

指导教师评阅书

指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

成都大学学士学位论文（设计）

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）
年 月 日
教学系意见：

系主任： （签名）
年 月 日

固定式智能水泥包装机

摘要： 水泥包装机是水泥厂家必备的包装设备之一，传统的水泥包装机自动化程度低、包装精度差、劳动强度大、噪声污染重、工人劳动环境差、包装时易堵料，而且堵料后 排除费时费力，加上粉尘较严重，直接影响环境和工人的身体健康。为了改善工人条件，提高生产效率，开发称量精度、自动化程度高、粉尘少的微机控制的智能固定式水泥包装机就非常必要。因此，本设计研究的是水泥包装机智能称重及其控制系统设计，主要进行了包装称重系统的结构与智能控制系统设计。利用传感器实现自动称重，利用杠杆提高称重的精度和灵敏度，利用液压阻尼器来减小下料引起的动力冲击从而提高其控制和显示的灵敏度。由单片机来控制传感器的转换和LED显示等，同时对控制系统软、硬件进行了较为详细的设计。
关键词：水泥包装机；智能称重；自动控制

Fixed smart cement package machine

Abstract： Cement packing machine is one of the necessary packaging equipment in cement plant, traditional cement package machine of low degree of automation, packaging, poor accuracy, to solve heavy work intension, noise pollution, poor workers labor environment, packaging when blocking, and exclude costly after blocking, coupled with the dust more serious, direct impact on the environment and the health of workers. In order to improve the conditions of workers, increasing productivity, development of weighing accuracy, high degree of automation and computer control of dust emissions smart fixed cement packing machine is necessary. Therefore, this design study on the cement weighing and control system of intelligent design, mainly for packaging structure and intelligent control system design of weighing system. Sensors for automatic weighing, use of leverage to improve weighing precision and sensitivity, using hydraulic dampers to reduce material under dynamic shock caused by increasing its control and display sensitivity. By single-chip microcomputer to control the conversion of the sensor and LED display, simultaneously on the control system software and hardware for a more detailed design.
Key words: Cement packing machine; intelligent weighing; automatic control

目 录

摘要................................................................................................................................Ⅰ
ABSTRAC......................................................................................................................II

1. 绪论............................................................................................................................1
1.1课题背景................................................................................................................1
1.2 研究现状及发展趋势..............................................................................................2
2. 固定式水泥包装机方案设计...................................................................................3
2.1 设计任务抽象化..................................................................................................................3
2.1.1 建立黑箱...................................................................................................................3
2.1.2 包装机结构组成.......................................................................................................4
2.2 确定方案........................................................................................................
2.2.1 称重控制方式比较 ..........................................................................
2.2.2 确定最佳方案...................................................................................
3. 机械机构设计........................................................................................................
3.1 秤架原理.......................................................................................................
3.2 计量秤架装置设计计算..............................................................................
3.3杠杆机构........................................................................................................
3.3.1 杠杆板...............................................................................................
3.3.2铰链销连接........................................................................................
3.3.3刀口支承.............................................................................................
3.4 液压阻尼器....................................................................................................
3.4.1 双杆液压缸...........................................................................................
3.4.2 SR型节流阀...........................................................................................
3.4.3 液压管路................................................................................................
3.5 差动变压器式传感器.......................................................................................
3.5.1 差动变压器式传感器的工作原理........................................................
3.5.2 WY-D系列位移传感器.........................................................................
3.6 弹簧预压紧及传感器调零和限位..................................................................
3.7 圆柱螺旋压缩弹簧的计算和预压紧....................................................................
3.7.1 圆柱螺旋压缩弹簧预压紧...........................................................
3.7.2 圆柱螺旋压缩弹簧的计算........................................................................
3.8 圆柱螺旋拉伸弹簧的计算和预压紧..........................................................
3.8.1圆柱螺旋拉伸弹簧预压紧...............................................................
3.8.2圆柱螺旋拉伸弹簧的计算.........................................................................
4. 控制部分设计...............................................................................................................
4.1 系统主要元件的选择及功能简介..........................................................................
4.1.1 A/D转换芯片........................................................................................
4.1.2 8751主芯片...........................................................................................
4.1.3 8155芯片...............................................................................................
4.2 硬件电路设计 .................................................................................................
4.2.1 LED显示电路设计. .........................................................................................
4.2.2 A/D转换电路设计..................................................................................
4.2.3 总体电路设计............................................................................................
4.3 软件程序设计.....................................................................................................
结论................................................................................................................................
参考文献........................................................................................................................
附录一
附录二
附录三
附录四
致谢词............................................................................................................................

IV

第一章 绪论

1.1课题背景

水泥装袋计量是水泥厂生产工艺中的重要组成部分，是水泥厂计量水平的标志之一。我国最早的水泥包装机是采用螺旋铰刀推进下料，装袋后再过磅复秤。由于复秤工作量大，加之人工责任等因素的影响，致使计量不准，水泥耗损量大。早期的固定式包装机，采用平衡杠杆配重式机构称重。由于支点采用刀口支承，易磨损且配重易结灰，影响计量精度，有时误差达±6.00kg/袋。后来又有厂家研制出了微机控制控制包装机，其主要原理是在早期固定式包装机的基础上去掉了刀口及平衡块，用重力传感器悬挂原称量架。因为原称重架与机体采用铰链连接，位移量较大。所以虽采用微机控制，其称量精度仍不理想，误 差范围为±3.0～4.0kg/袋。针对国内水泥包装的现状，研制了一种新型固定式智能水泥包装机，该机将最新称量结构与高可靠电路结合，采用进口大规模集成电路，提高了水泥包装的原理自动化程度，使袋重精度控制在±0.5kg以内，十袋平均误差小于±0.25kg。
此包装机能应用于矿粉，面粉，大米等小颗粒及粉状物品的称重包装，且精度高。因此应用范围广，前景大，客户群多。

1.2 研究现状及发展趋势

1.2.1 国内外水泥包装机研究现状：

现代规模化生产对包装提出了更高、更新的要求，基本上有如下五项功能指标：
调整高效：能满足每小时包装20吨以上物料并连续生产的要求。
牢度：包装袋的抗拉、抗冲击强度能承受重力、堆垛中的压力及运输中的冲击力。
密封性：由于包装物料的不同，各有不同的密封要求。特别是粉料或有毒物品、怕受
染的物品密封性能要求非常严格。
环保要求：保护人类赖以生存的环境已是世人的共识，对环境保护的水平已是衡量一个国家文明程度的标志；因此，不允许包装物污染环境；并且要求包装袋必须是可降解可回收的材料，以缓解对环境的污染。
易拆性能：现代化的大工业生产必然要求高效率，大袋包装多数是原材料或初加工产品，所以包装袋还须满足易拆开、易倾倒的要求。
改革开放以来，我国相继引进一批成套设备，其中也配套提供了高速高效的包装机，根据不同的需要满足了上述的功能要求，并且大都采用可降解环保型的包装材料。这些设备多数来自日、德、美等国，占有我国绝大部分市场，十多年来发达国家又相继开发出更为合理的多种包装方式和设备，为我国包装机械行业提供了宝贵的借鉴和启发。

1.2.2 国内外水泥包装机的大致发展趋势如下：

(1) 市场日趋垄断化
(2) 零部件生产专业化
(3) 增加技术含量，向智能化发展
(4) 向求精、求专、高效等方向发展 (5) 多功能与单一高速两极化

1

第二章 固定式水泥包装机方案设计

2.1 设计任务抽象化

2.1.1 建立黑箱

固定式智能水泥包装机通过单片机控制，LED显示水泥的净重。称重范围为0~100kg，精度控制在±0.5kg以内。其黑箱示意图如2.1.1所示：

图2.1.1 黑箱示意图
2.1.2 包装机结构组成

新型固定式智能包装机系统由机械、电气、气动三大部分之间由电控制气、气操作机械部分来完成每一个工作过程。
机械部分包括机架、料斗、秤体和推袋架等部分。
气动部分包括电磁阀、各种气阀、气缸等。
电气部分包括智能控制系统、电气系统等。
但是本次设计的主要部分是机械结构的称重系统设计和智能控制系统

2.2 确定方案

2.2.1 称重控制方式比较

2.2.1.1 称重类型的比较

称重类型有两种：一种是将称重装置和水泥一起秤，另一种是单独秤水泥。一起秤的优点有：机械结构简单，方便设计，称量方便。一起秤的缺点有：皮重较重，传感器的测量范围大，相对单独秤精度低。单独秤的优点有：皮重较轻，传感器的测量范围小，相对一起秤精度高。单独秤的缺点有：机械机构复杂，设计较难，称重不方便，操作困难。

2.2.1.2 选择传感器还是应变片
采用传感器的优点是：使用方便，容易购买，外接电路方便，模拟信号到数字信号易
于处理，便于单片机控制。
采用传感器的缺点是：必需要和弹簧配套使用，来平衡要称重力的大小，而弹簧在长期使用过程中的刚度会发生变化，从而影响精度。如果定期更换弹簧会增加使用成本。
2

采用应变片的优点是：采用应变片就不需要弹簧，从而称重精度得到了保证。
采用应变片的缺点是：应变片的转换电路复杂，且不便于智能控制，贴应变片更需要专业人士，更换成本很高。

2.2.1.3 杠杆机构是选择铰链销支承还是刀口支承

铰链销支承的优点：铰链销支承很常见，工艺简单，使用、维护方便，价格便宜制造成本低。
铰链销支承的缺点：铰链销为面接触，在杠杆机构中的摆动灵敏度没有刀口支承高，从而造成称重精度低。
刀口支承的优点：刀口支承为刀口与杠杆板圆弧槽接触，为线接触精度比铰链销的面接触高，而且刀口与杠杆板圆弧槽接触摆动的空间更大，灵敏度更高。
刀口支承的缺点：刀口支承为线接触，表面硬度要求高，需要进行热处理，表面质量要求高，工艺复杂，制造困难，成本高。

2.2.2 确定最佳方案

综合各方面因素选择最佳方案为：称重类型选择一起秤，测力方式选择传感器，杠杆机构选择刀口支承。
根据工作需要本次设计还需要传感器调零装置、限位装置，液压阻尼器，平衡附加弯矩的圆柱螺旋压缩弹簧和圆柱螺旋拉伸弹簧机构。

第三章 机械机构设计

3.1秤架原理

图3-1为固定式智能包装机秤架示意图。设水泥装袋时重量为一集中力G，距Y轴距离为一任意数a，根据力的平移定律， G1=G , M=a×G ,由于M对弹簧的作用，产生一反向力矩M1, 根据物体的平衡定理，大小·相等，方向相反，即M1－M=0, 则M1=M=a×G
所以荷重传感器只受到水泥袋重的影响，这样就保证了传感器送给微机的信号准确。

图3.1 固定式智能包装机秤架示意图

3.2 计量秤架装置设计计算

根据经验及 。从而进一步设计出与水泥包装袋直接接触的称重板，和出料口与称重板的高度。 其称重台的规格大小为：450×600×10，高度为：60~70，又因为称重的大小是变化的水泥袋的规格也不可能是一样的，故其高度做成可以调整的结构如下图3.2.1所示:
调整高度的方法是：放松螺钉1在开有滑槽的出料斗4上上下移动来调整其高度，当移动到预期高度时，拧紧螺钉1即可。

1---- M8的开槽盘头螺钉 2----滑槽 3----称重支架 4----出料斗的一部分
图3.2.1 高度调整机构

根据人机工程可知称重台到地面的距离为80—90cm（半个人高，工人操作起来更方便）。由于每一个工人的身高不一样，称重板到地面的距离也不一样，故要做成高度可调的结构。方法原理同上。其示意图与3.2.1类似
为了进一步提高称重台的强度，防止称重台与螺钉连接处因强度不够发生断裂，故采用加强筋结构。加强筋为非标件，其与称重台连接形式如图3.2.2所示

图3.2.2 称重台与加强筋连接机构

连接方式为：选用2×M10的开槽锥端紧定螺钉。`支承筋的规格为300×200×60
由于水泥包装及要称重的水泥的重心不在称重台的正中心，会在铅锤面上产生附加的弯矩从而引起称重机构在铅锤面内左右晃动，而影响称重的精度。故采用如下图3.2.3所示机构来限制其左右晃动。尺寸为：100×12×850，将控制板通过螺钉安装在底座上其大小为：M8的开槽盘头螺钉。

图3.2.3 防止左右晃动机构
3.3杠杆机构

3.3.1杠杆板
称重的大小及精度通过杠杆机构传递给差动变压器式传感器。称重机构向下很小的位移通过杠杆机构放大从而提高其灵敏度和精度，杠杆机构有杠杆板、刀口及刀坐等。杠杆板的外型及尺寸如下图3.2.4所示：

图3.2.4 杠杆板

图中杠杆板的2×φ10的两个孔为铰链连接的通孔，8×160为与刀口连接的圆弧槽，2×M8×1.5为螺纹孔

3.3.2铰链销连接

杠杆板两端都是铰链销连接。保证称重机构始终在铅锤面内上下移动，而受力的中心维持在杠杆一端的几何中心点上，从而保证杠杆板与双杆液压缸伸出端为线接触，提高其精度。故杠杆板的一端采用下图3.2.5所示的铰链销连接。其中36为轴销其规格，查《机械零件设计手册》公称直径d=20mm,长度l=65mm、材料为35钢、热处理硬度28~38HRC、表面氧化处理的A型销轴： 销轴 GB 882 20×65 利用M8的开槽盘头螺钉将杠杆板与连接体37相连，其规格为：螺钉 GB/T 67 M8×50.
又因为称重架太大不好与杠杆板一端直接相连，故采用间接连接。其中间接体为铸件，起连接固定作用。

图3.2.5 称重架与杠杆板铰链连接

杠杆板的另一端采用下图3.2.6所示的铰链销连接结构。将液压阻尼器的活塞杆端部结构为销轴2与杠杆板4铰链连接。

图3.2.6 杠杆板与液压阻尼器铰链连接

图中1为连接销轴，查《机械零件设计手册》其规格为：公称直径d=16mm,长度l=120mm、材料为35钢、热处理硬度28~38HRC、表面氧化处理的B型销轴：销轴 GB 882 16×160
3为开口销，查《机械零件设计手册》其规格为：公称直径d=3.2mm、长度l=18mm、材料为Q235不经表面处理的开口销； 销GB/T91 3.2×18
为了不影响称重机构的精度，保证销轴与液压阻尼器的活塞杆端部线接触，故采用图3.2.6所示的较大间隙配合。而称重板与销轴采用图示φ16H7/h6的精度配合

3.3.3刀口支承

图3.2.7为杠杆机构中支承形式：采用刀口支承。其中1为杠杆板上的圆弧槽与刀口的接触线。因为是线接触，接触处1的强度要求很高。圆弧槽及刀口要经过特殊化处理（热处理）来提高其表面的硬度和内部的塑韧性。采用刀口支承的目的是：比起采用销连接来说采用刀口支承更能提高杠杆受力的摆动精度及灵敏度。刀口2与刀坐3做成一体，而刀座通过螺钉4连接在底座上。

图3.2.7 刀口支承型式图

3.3 液压阻尼器

液压阻尼器如下图3.5所示主要由双杆液压缸、SR节流阀和液压管路三部分构成，液压阻尼器是一种液压装置，一般装于油缸的两端，用以减小活塞运动到油缸两端底部时发生撞击。也可以用于油缸中部调节油缸运动节奏。它是一种对速度反映灵敏的振动控制装置，起抗冲击减震的作用，提高称重的精度。

图3.3 液压阻尼器

3.4.1 双杆液压缸

双杆液压缸为等速等行程式的双活塞杆双作用液压缸。其示意图3.4.1为：

图3.4.1.1 双杆液压缸工作示意图
计算式为：液压缸活塞上下移动的速度 (3-1)
液压缸活塞上下移动的推力 (3-2)
其中D为液压缸直径，d为活塞杆直径，为输入液压缸的流量，P为液压油的压力。
双杆液压缸的特点是：活塞两端杆径相同，活塞正、反向运动速度和推力均相等。
根据设计需要双杆液压缸的活塞杆两端部结构分别做成销轴和法兰型。其结构见图为：

3.4.1.2 双杆液压缸端部结构

液压缸的安装方法为：中部法兰连接如图3.