自动流水线输送系统设计说明书.docx
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自动流水线输送系统设计说明书
第一章 引言
1.1 课题提出背景
制造业历来是国民经济的重要组成部分为了提高制造业的技
术水平，制造业在其发展历程中一直在进行着不同水平、不同类
型的自动化。
进人 8 十年代后，随着微电子技术和通信技术的吃
速发展，制造业自动化进人到一个新的姗代一基于计算机的集成
制造时代，并且正在向基于人工智能，人—机协调，人—自然协
调的生态工厂时代迈进。
促使制造业自动化发展的 3 个技术因素
是:
自动化单元技术:
自动化的方法学或哲理;与制造业自动化有关
的基础技术。
工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和
其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、
管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等
目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
工业自动化技术作为 20 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，
主要解决生产效率与一致性问题。
无论高速大批量制造企业还是
追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。
自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明
显的提升作用：
（1）提高生产过程的安全性；
1
（2）提高生产效率；
（3）提高产品质量；
（4）减少生产过程的原材料、能源损耗。
据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提
升产出比约 1：
4 至 1：
6 之间。
特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资 10%以下，起
到“四两拨千金”的作用。
传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过
程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、
驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序
和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合
和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化
系统或产品。
在工业自动化领域，传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控
制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系
统和集散式控制系统 DCS 的发展历程。
近年来，随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信
息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理
各个层次。
工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设
备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具（包括自动测量仪
表、控制装置）的总称。
今天，对自动化最简单的理解也转变为：
用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的
2
体力。
1.2 课题的意义
总的看来，自动化技术发展趋向是涵盖“精益”、“灵敏”等概
念在内的、广义的、基于计算机的集成制造;另一方面.从人、社会、
自然这 3 个更大的范围来看，制造业自动化的发展趋向可概括为以
下 4
个方面:
1.制造业的生产柔性将进一步提高当今世界变化中的市场要求（CIM
是柔性的。
制造系统的柔性是衡量制造系统对变化中的市场、技术
及生产条件适应性的尺度。
很显然，制造业的柔性是企业竞争
力的一个主要动力。
制造柔性是由企业的长期（战略）考虑而产生的
一种生产—经营决策，因而，制造柔性就不仅是个技术问题，而且
也涉及到企业自身的具体情况和条件。
以发展中的国家的企业而言，
以首先提高人力资源和企业结构资源的柔性为佳。
2 人工智能将发挥重要作用，形成基于知识的工厂 1988 年，美国制
造工程师协会（ASME）曾进行过一次调查，以了解 21 世纪中制造工程
师的环境和作用得出的结果是，在目前用于制造业的各种技术中，
预
期最有发展前途，需用于工业中的一种技术类型是人工智能。
预测
到 21 世纪初，人工智能在工厂中的应用规模将要比目前大 4 倍.
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3.人与机械的进一步协调，强调人在制造系统中的作用
现在已有越来越多的人认识到，高效益的企业的一个主要特征是，
在设计和开发适用的软件时，将人的因素结合进去，以驱动现代的
CIM 系统。
完全没有人参与的自动化是不现实的，在经济上是不合
算的。
人的创造性、判断力和理解力是任何一种机器所无法替代的。
4.人与环境的进一步协调，生态工厂的出现
产业革命后的近代产业社会中工业生产领域生产的“人工物”是
人类生存所必须的.但工业废弃物和大量的能源消耗引起的生态环境
破坏也日益严重，引起各国的密切关注。
节能和废弃物回收和再利
用
（循环使用）已成为文明社会的共识。
在这种全球性的保护生态环境
的大趋势下，有人提出了制造业的“生态工厂”（E-eofactory）的主
张。
生态工厂的基本含义是，在力求降低能耗、资源投人的情况下，
使产品在生产、消费过程中尽量不损害环境，并使最终的废弃物能
分解、还原、再生和循环利用。
这就要求产品在开发和设计过程中
应具有“全球”环保意识，在材料、结构、工艺等方面作出最符合
生态环境要求
的决策。
基于这样考虑.今后的制造企业自动化也必然人会向“生态
工厂”自动化方向发展。
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第二章 自动化流水线
2.1 自动化流水线定义
自动化流水线生产是 生产组织 的一种形式。
把 生产过程 划分
为在时间上相等或成倍比的若干工序，并将其分别固定于按 工艺
过程 顺序排列的各工作地， 劳动对象 按一定的节拍或速度，顺次
流过各工作地进行加工。
对不能或不便移动的操作对象（如建筑
物，大型船舶，大型机器及其部件），也可由执行各 工序 的工人，
按规定速度在劳动对象上顺序连续进行各工序加工。
诞生于 第二
次工业革命 时期。
亨利 .福特 （HenryFord）于 1913 年在密歇根州的 Highland
Park，建立的生产系统。
流水线生产通过一系列的生产方法，包括使用通用的设备，
使生产线上的每项任务都有稳定的周期时间，并按照加工工序的
顺序，使产品能够迅速、平稳的由一个工位 “流动 ”到下一个工
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位。
经由生产控制系统，使产品的生产率与最终装配线上的使用
率相符合。
流水线生产进一步加大了工人的 劳动强度 ，它要求工人进行
高强度，高密度作业，因此它刚诞生时饱受争议。
但时间证明，
它是一种极其有效的生产组织。
由于劳动单位不用移动，流水线生产有极高的效率，它使大
规模批量化生产成为可能。
同时，因为生产单位只用对劳动对象
进行一部分操作，而无须像以前对劳动对象整体负责，因此使工
人技术进一步 专业化 。
公司制 的建立和 蒸汽机 的推广使用，促生了流水线生产，而
它又与 民族主义 一起促生了 法西斯主义 。
由于高生产速度，它还
加快了世界 工业化 的进程。
生产流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送线
或者输送机。
按照输送系列产品大体可以分为：
皮带流水线、板链
线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水
线。
一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置
和支承件等。
流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时
完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。
2.2 自动化流水线生产的基本原理
生产流水线的基本原理是把一个生产重复的过程分解为若干个
子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每一个过
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程可以与其它子过程同时进行。
简而言之，就是 “功能分解，空
间上顺序依次进行，时间上重叠并行 ” 。
2.3 自动化流水线的计算方法
若在计算 n 个任务地执行时间时，将各个子功能段的实际执
行时间限制为周期时间，则称为各段均取周期法。
计算公式 ：
该方法中，计算公式为 :
T 总=（n+k-1）×周期
其中， k 为总段数， n 为任务总数。
各叠加段取最大值法：
该方法中，计算公式为 :
T 总=t1+max{t1,t2}+max{t1,t2,t3}+…+max{t1,t2,…,tk-1}
+max{t1,t2,…tk}×[n-（k-1）]+max{t2,t3,…,tk}
+max{t3,t4,…,tk}+…+max{tk-1,tk}+tk
其中， k 为总段数， n 为任务总数。
最省时法：
该方法中，计算公式为 :
T 总=t1+t2+…+tk+max{t1,t2,t3,...,tk}×（n-1）
其中， k 为总段数， n 为任务总数。
采取哪种方法？
当各段执行时间不一样时，上述 3 种方法才存在区别。
若各
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段执行时间一样，三者无区别。
第 2，3 种方式依各段时间取值
不一样而可能存在区别 。
2.4 自动化 流水线的特征及优缺点
生产流水线的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一
步地加工．每个人做一个特定的工作．
图 1-1 生产流水线
优点是这样生产起来会比较快，因为每个人只需要做一
样事，对自己所做的事都非常熟悉．
缺点是工作的人会很觉得很乏味．
常用的生产流水线可分为以下几种：
1）板链式装配流水线
特点：
承载的产品比较重，和 生产线 同步运行，可以实现产
品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现
产品的平稳输送。
2）滚筒式流水线
特点：
承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使
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用，可以实现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升
平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线
的运行。
3）皮带式流水线
特点：
承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，
可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产
品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输
送。
4）差速输送流水线
特点：
差速输送流水线采用倍速链牵引，工装板可以自由传
送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自
动顶升，横移过渡。
还可以在线可设旋转、专机、检测设备、机
械手等。
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第三章 输送机简介
3.1 输送机的定义
输送机（ Conveyor）是在一定的线路上连续输送物料的 物料
搬运机械 ，又称连续输送机。
输送机可进行水平、倾斜
图 3-1 输送机
和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。
输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工
艺操作，所以应用十分广泛。
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可以单台输送，也可多台组成或与其他 输送设备 组成水平或
倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。
输送机 械按运作方式可以分为：
1：
带式输送机2：
螺旋输
送机 3：
斗式提升机
3.2 输送机的主要参数
一般根据 物料搬运系统 的要求、物料装卸地点的各种条件、有
关的生产工艺过程和物料的特性等来确定各主要参数。
①输送能力：
输送机的输送能力是指单位时间内输送的物料
量。
在输送 散状物料 时，以每小时输送物料的质量或体积计算；
在输送成件物品时，以每小时输送的件数计算。
②输送速度：
提高输送速度可以提高输送能力。
在以 输送带
作牵引件且输送长度较大时，输送速度日趋增大。
但高速运转的
带式输送机需注意振动、噪声和启动、制动等问题。
对于以 链条
作为牵引件的输送机，输送速度不宜过大，以防止增大 动力 载荷。
同时进行工艺操作的输送机，输送速度应按生产工艺要求确定。
③构件尺寸：
输送机的构件尺寸包括输送带宽度、板条宽度、
料斗 容积、 管道 直径和容器大小等。
这些构件尺寸都直接影响输
送机的输送能力。
④输送长度和倾角：
输送线路长度和倾角大小直接影响输送
机的总 阻力 和所需要的 功率 。
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3.3 输送机的特点
方向易变，可灵活改变输送方向，最大时可达到 180 度；
输送机，每单元由 8 只辊筒组成，每一个单元都可独立使用，
也可多个单元联接使用，安装方便；
输送机伸缩自如，一个单元最长与最短状态之比可达到3 倍；
输送机可灵活改变输送方向，最大时可以大于 180 度
3.4 输送机 的发展 历史：
中国 古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和 刮
板输送机 的雏形； 17 世纪中，开始应用架
图 3-2
空索道输送散状物料； 19 世纪中叶，各种现代结构的输送机相继
出现。
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1868 年，在 英国 出现了带式输送机； 1887 年，在美国出现
了螺旋输送机； 1905 年，在 瑞士 出现了钢带式输送机； 1906 年，
在英国和 德国 出现了惯性输送机。
此后，输送机受到机械制造、
电机 、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成
车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至 城市之
间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组
成部分。
3.5 输送机的分类
（一） 输送机一般按有无牵引件来进行分类
具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、 驱动装置 、
张紧装置、改向装置和支承件等。
牵引件用以传递牵引力，可采
用输送带、 牵引链 或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、
托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、 减速
器和制动器 （停止器 ）等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两
种，可使牵引件保持一定的 张力 和垂度，以保证输送机正常运转；
支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。
具有牵引件的输送机的结构特点是：
被运送物料装在与牵引
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件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件 （如输送带 ）上，
牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分
支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动
输送物料。
这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、
小车式输送机 、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、 埋刮板输
送机 、斗式输送机 、斗式提升机、 悬挂输送机 和架空索道等。
没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的
工作构件亦不相同。
它们的结构特点是：
利用工作构件的旋转运
动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。
例
如， 辊子输送机 的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输
送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运
动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往
复运动以输送置于其中的物料等。
未来输送机的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动
分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。
大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方
面。
水力输送装置 的长度已达 440 公里以上带式输送机的单机长
度已近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的 “带式
输送道 ”。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完
善的输送机结构。
扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、
低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以
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及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的输送机
发展趋向输送机的发展趋向是：
①继续向大型化发展。
大
型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
水
力输送装置的长度已达 440 公里以上。
带式输送机的单机长度已
近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的 "带式输送道
"。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输
送机结构。
②扩大输送机的使用范围。
发展能在高温、低温条件
下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输
送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。
③使输送机的构
造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。
如邮局所用
的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。
④
降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一
个重要方面。
已将 1 吨物料输送 1 公里所消耗的能量作为输送机
选型的重要指标之一。
⑤减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、
噪声和排放的废气。
。
（二） 输送机械按使用的用途分 类:
1,散料输送机械 （如:
带式输送机 \螺旋输送机 \斗式提升机 \大
倾角输送机 等）
（1）带式输送机由 驱动 装置拉紧装置输送带中部构架和托辊
组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件
品。
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带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。
应
用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的
卸料点间形成一种物料的输送流程。
它既可以进行碎散物料的输
送，也可以进行成件物品的输送。
除进行纯粹的物料输送外，还
可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有
节奏的流水作业运输线。
所以带式输送机广泛应用于现代化的各
种工业企业中。
在矿山 的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及 选矿
厂中，广泛应用带式输送机。
它用于水平运输或倾斜运输。
通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、
改向、装载、 卸载 、清扫等装置组成。
①输送带
常用的有橡胶带和塑料带两种。
橡胶带适用于工作环境温
度-15～40°C 之间。
物料温度不超过 50°C。
向上输送散粒料的
倾角 12°～24°。
对于大倾角输送可用花纹橡胶带。
塑料带具有
耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。
带宽是带式输送机的主要技术参数。
②托辊
分单滚筒（胶带对滚筒的包角为 210°～230°）、双滚筒
（包角达 350°）和多滚筒（用于大功率）等。
有槽形托辊、平
形托辊、调心托辊、缓冲托辊。
槽形托辊（由 2～5 个辊子组成）
支承承载分支，用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向
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位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，以减小物料对带的冲击。
③滚筒
分驱动滚筒和 改向滚筒 。
驱动滚筒是传递动力的主要部件。
分单滚筒（胶带对滚筒的包角为 210°～230°）、双 滚筒 （包角
达 350°）和多滚筒（用于大功率）等。
④张紧装置
其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑，
并使输送带在托辊间的挠度保证在规定范围内。
带式输送机的 技术优势
首先是它运行可靠。
在许多需要连续运行的重要的生产单位，
如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及 港口
内船舶装卸等均采用带式输送机。
如在这些场合停机，其损失是
巨大的。
必要时，带式输送机可以一班接一班地连续工作。
带式输送机动力消耗低。
由于物料与输送带几乎无相对移动，
不仅使运行阻力小 （约为刮板输送机的 1／3-1／5），而且对货载
的磨损和破碎均小， 生产率 高。
这些均有利于降低生产成本。
带式输送机的输送线路适应性强又灵活。
线路长度根据需要
而定．短则几米，长可达 10km 以上。
可以安装在小型隧道内，
也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。
根据 工艺流程 的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多
点受料．也可以向多点或几个区段卸料。
当同时在几个点向输送
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带上加料 （如选煤厂煤仓下的输送机 ）或沿带式输送机长度方向上
的任 一点通 过均匀给料设备向输送带给料时，带式输送机就成为
一条主要输送干线。
图 3-3
带式输送机可以在贮煤场料堆下面的巷道里取料，需要时，还能
把各堆不同的物料进行混合。
物料可简单地从输送机头部卸出，
也可通过犁式卸料器或移动卸料车在输送带长度方向的任一点卸
料。
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