小颗粒状物料自动计量装置的设计.docx

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小颗粒状物料自动计量装置的设计

小颗粒状物料自动计量装置的设计

说

明

书

武汉工业学院

小组成员：

田腾陈婷刘晓龙胡晶晶

李涛董盼刘云天

指导老师：

张国全毛中彦

包装机械课程设计任务书

1.设计目的

设计一套能自动完成小颗粒状物料每分钟不少于60次的计量装置（含料斗）

2.设计要求

计料量：

1000g

计量精度：

小于等于5%

运行状态：

自动完成进料，计量，卸料动作

计量速度：

可调，每分钟不少于60次

3.约束条件

物料密度：

~cm3

物料特性：

小颗粒，流动性好，易吸潮，有腐蚀性

4.提交任务

二维总装图（含三维模型图），设计说明书，运行动画

1.总体方案设计------------------1

方案原理说明-------------------1

2.处理能力的计算-----------------2

2.1带式输送机的相关计算----------------2

2.2分配器的相关计算-----------------3

2.3减速器的相关计算-----------------3

3.关键设备的选型及设计--------------4

3.1电磁振动给料机的选型---------------4

输送机的选型-------------------6

电子皮带秤的选型-----------------8

分配器排料斗的设计----------------9

减速器的设计-------------------11

4.总体方案布局------------------12

5.总结----------------------13

6.参考文献--------------------14

1.总体方案设计

由此次设计要求经我们小组讨论决定采用连续式计重供给的自动控制方式，即以电磁振动给料机给料，由带式输送机送料以及皮带电子秤计量和分配器排料的方式实现整个工艺过程，整体方案原理图如下图1-1所示

图1-1

1.1方案原理说明

物料自料斗通过受控的电磁振动给料机连续不断地向带式输送机给料，带式输送机载着物料以一定速度连续运转，由秤和检重传感器等组成的皮带电子秤，对输送带一段固定长度上（与秤盘长度相当）上各瞬时载送的物料流量进行检测，物料流重量的变化由检重传感器转换成相应的电压信号输送给电子调节器，在这里与要求的计量给定值（恒定的电压信号）作比较，通过运算放大，馈送给可控给料机，操纵给料机作相应的给料调节（改变各瞬时的给料量），以保证输送带各微小长度上载送的物料量控制在允许范围内，即保持各瞬时输送带上的物料重量为恒定值，在输送带的末端，装有接料截面积相同且以一定速度移动的等分截取装置，即分配器排料斗，对输送带排出的物料进行等分截取，从而得到与定量值相同的计量物料，最后由排料斗排给包装袋，从而完成整个工艺流程，实现物料的连续计重供给，对于设计中所要求的每分钟不少于60次的计量则只需要调节相应的带速和分配器的转速即可。

其中带式输送机的带速与分配器的转速由同一台步进电机通过减速器来驱动，以实现整个流程的启停同步，使带式输送机与分配器能更好的配合，提高整个系统的精确性。

2.处理能力的计算

根据题目要求每分钟不少于60次计量，每次计料量1000g，物料密度，经讨论现决定以每分钟60次，物料密度按cm3计算，对于实现不少于60次的计量只需调节带速及转速即可。

带式输送机的相关计算

由前面数据可知，输送带上经过皮带电子秤计量的物料流量不少于1L/s即可，现以1L/s来计算。

经查阅相关文献，知道带式输送机上物料横截面积与实际装料断面等效的理论装载面积A由A1和A2两部分组成即A=A1+A2，其中A1=[lm+（b-lm）cosλ]2tanβ/4A2=[lm+（b-lm）cosλ/2]（b-lm）sinλ/2

式中lm为中间托辊长度，λ为托辊槽角，b为物料有效宽度，β为物料动堆积角，另外，当带宽B<=2m时，b=当带宽B>=2m时，b=

带式输送机的理论装料截面见下图1-2

图1-2

经多次取值，最终取带宽B=，b=，取lm=，λ=300，β=200,则A1=[lm+（b-lm）cosλ]2tanβ/4=[+m3

A2=[lm+（b-lm）cosλ/2]（b-lmsinλ/2=[+]*=

m3

则A=A1+A2=m3

又由物料流量为1L/s计算可知带速V带=1/*1000=s

取皮带半径R=，则皮带轮转速n=V/R*2*=48r/min

分配器的相关计算

物料的流量为1L/s，装袋时必须满足每袋1000g的重量，也就是说分配接料斗每秒要接1L的物料然后将其送至包装袋进行装袋，因为输送带上落下的物料流量为每秒1L，也就是说分配器每秒需转过一个料斗来进行装载物料，也就是说分配器需每秒转过一个料斗接料，在下一秒换至第二个料斗接料，如此循环下去，为此，我们设计每个料斗的体积为两升，且可调，分配器一共设计6个料斗，进行旋转运动来完成接料送料，从而分配器的转速n=10r/min

减速器的相关计算

选取步进电机作为原动机，它的转速可调，让其转速和带式输送机的皮带轮转速相同48r/min，那么带式输送机的转速直接由步进电机通过分速轴提供，而分配器的转速则由减速器通过减速后提供，则减速器的人传动比i=48/10=,传动比太大，采用两级圆柱齿轮减速器，传动比分配为i1=2,i2=i/i1=,取一级齿轮Z1=21，Z2=i1*Z1=42,,取两齿轮模数m=，则它们的分度圆直径分别为d1=m*Z1=，d2=m*Z2=105mm，取齿轮宽度B1=55mm，B2=50mm，取二级齿轮Z3=20，Z4=i2*Z3=48，取其模数m=，则它们的分度圆直径d3=m*Z3=50mm，d4=m*Z4=120mm，取两齿轮的宽度B3=50mm，B4=45mm。

综上可知减速器的各参数分别为：

i=i1=2i2=i/i1=

Z1=21Z2=i1*Z1=42m=d1=m*Z1=d2=m*Z2=105mm

B1=55mmB2=50mm

Z3=20Z4=i2*Z3=48m=d3=m*Z3=50mmd4=m*Z4=120mm

B3=50mmB4=45mm

3.关键设备的选型及设计

为满足本设计任务书的目的和要求，充分体现方案的实时性和先进性，因此在设计本方案时除考虑实现系统基本功能外，还应从影响系统性能个因素着手，根据合理的系统参数，制定合适的工艺路径，下面将针对系统中个关键设备的选型进行叙述。

电磁振动给料机的选型

根据本次设计的计量要求和约束条件，同时在查找了通用型电磁振动给料机的基本参数后，经过多方面的计算考虑，最终选择GZ05型电磁振动给料机，通用型电磁振动给料机的基本参数及其尺寸见下表1-1。

表1-1

GZ05型电磁振动给料机简介

电磁振动被料机用于把物料从贮料仓或其它贮料设备中均匀或定量的供给到受料设备中,是实行流水作业自动化的必备设备分敞开型和封闭型两种.可根据要求生产电机振动给料机、给料斗、输送机。

电磁振动给料机结构简单，操作方便，不需润化，耗电量小；可以均匀地调节给矿量；因此已得到广泛应用。

一般用于松散物料。

根据设备性能要求，配置设计时应尽量减少物料对槽体的压力，按制造厂要求，仓料的有效排口不得大于槽宽的四分之一，物料的流动速度控制在6-18m/min.对给料量较大的物料，料仓底部排料处应设置足够高度的拦矿板；为不影响给料机的性能，拦矿板不得固定在槽体上。

为使料仓能顺利排出，料仓后壁倾角最好设计为55-65度。

3.1.2GZ05型电磁给料机的特点

1.惯性振动给料机电气控制采用半波整流电路，可无级调节给料量，可用于自动控制的生产流程中，实现生产过程自动化。

2.无转动零部件，不需润滑，结构简单，维修方便。

3.惯性振动给料机物料是微抛运动，料槽磨损小。

4.惯性振动给料机采用合金钢板制成的料槽，可适用输送高温磨损严重及有腐蚀性的物料等。

GZ05型电磁振动给料机图样

经考虑最终选择给料机的图样见下图1-3，图1-4

图1-3图1-4

输送机的选型

由此次课程设计题目“小颗粒状物料的自动计量装置的设计”可知小颗粒状物料在计量后需要装袋，那就要求我们必须要有相应的输送装置来输送物料，因此我们需要使用到输送装置，也就是带式输送机，由于我们输送的物料较轻，我们选用的是轻型带式输送机，由前面的计算可知，此输送带的带宽为，通过电机的带动，其带速在满足物料流量1L/s的情况下它的带速应为s，相应的转速为48r/min，下面将对带式输送机做一下简单的介绍。

带式输送机的结构原理简介

带式输送机是以输送带作牵引和承载构件，通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续输送设备，其结构原理如图1-5所示，输送带绕经传动滚筒和尾部滚筒形成无极环形带，上下输送带由托辊支承以限制输送带的绕曲垂度，拉紧装置为输送

带正常运行提供所需的张力，工作时驱动装置驱动传动滚筒，通过传动滚筒和输送带之间的摩擦力驱动输送带运行，物料装在输送带上和带子一起运动，带式输送机一般是在端部卸载，当采用

专门的卸载装置时，也可在中间卸载。

其机身横断面如图中右下角所示，上段输送带利用槽形托辊组支承，称为上分支或承载段

或重段，下段输送带由平托辊支承，称为下分支或回程段或空段，原理上，输送机上、下分支都可用来完成输送工作。

图1-5

带式输送机的特点

1.输送物料种类广泛

输送物料的范围可以从很细的各种粉状物料到大块的矿石，石块、煤等，以最小的落差输送精细筛分过的或易碎的物料。

由于橡胶输送带具有较高的抗腐蚀性，在输送强腐蚀性或强磨损性物料是维修费用较低，另外他还可以输送碱性物料和一定温度热料，也可运送成件物品。

2.输送能力范围宽

带式输送机的输送能力可以满足任何要求的输送任务，既有轻型带式输送机完成输送量较小的输送任务，又有大型带式输送机实现每小时数千吨甚至上万吨的输送任务。

3.灵活的装卸料

带式输送机可根据工艺流程要求灵活的从一点活多点受料，也可以向多点或几个区段卸料。

4.输送线路的适应性强

5.可靠性强

6.安全性高

7.费用低

电子皮带秤的选型

本次设计的主要目的就是为了计量，因此计量装置是此次设计的核心内容，由于我们需要完成每分钟不少于60次的计量，因此我们所选用的计量装置必须是计量精度和灵敏度都高的装置，因此我们选择了电子皮带秤，型号为ICS-ST4，它由秤和检重传感器组成，与电磁振动给料机形成闭环回路，由它控制给料机的给料量，通过它可以改变每袋包装的计料量，能够很好的满足我们的要求，下面对电子皮带秤作简单介绍如下

电子皮带秤简介

电子皮带秤承重装置的秤架结构主要有双杠杆多托辊式、单托辊式、悬臂式和悬浮式4种。

双杠杆多托辊式和悬浮式秤架的电子皮带秤计量段较长，一般为2～8组托辊，计量准确度高，适用于流量较大、计量准确度要求高的地方。

单托辊式和悬臂式秤架的电子皮带秤的皮带速度可由制造厂确定，适用于流量较小的地方或控制流量配料用的地方。

　　称重显示器主要有数字显示和汉字显示两种，汉字显示为数字显示的升级产品。

　　称重显示器有累计和瞬时流量显示，具有自动调零、半自动调零、自检故障、数字标定、流量控制、打印等功能。

　　汉字显示除此之外还能显示速度。

汉字显示在操作时有功能显示，能更好的帮助使用人员操作。

　　电子皮带秤，由秤架，测速传感器，高精度测重传感器，电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量

电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。

速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。

称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并分别显示出来，其结构外形见下图1-6

图1-6

电子皮带秤的主要技术参数

1.皮带秤精度：

+/%

2.系统精度：

±%

3.称量范围：

0～8000t/h

4.皮带宽度：

500~2400mm

5.皮带速度：

0~4m/s

6.远传传输：

1000m

7.皮带输送机倾角：

0～10°

8.环境温度：

机械：

-20℃～+50℃仪表：

0℃～40℃

9.电源电压：

220V（+10﹪、-15﹪）50Hz±2﹪

分配器排料斗的设计

当物料先后经过电磁振动给料斗给料，带式输送机输送以及电子皮带秤的称重后，当其从带式输送机上落下时，这时就需要物料分配器将秤上的物料接住，然后送到包装袋中进行包装，它是整个工艺流程的尾声，同时也是非常重要的一个环节，它需要与带式输送机很好的配合，它的每个料斗从接料开始到结束的时间直接控制着每袋包装产品的重量，下面对本次设计的分配器作如下概述

分配器排料斗的结构

由前面的计算结果可知，我们所设计的分配器有六个斗，该分配器排料斗的结构见下图1-7

图1-7

由图中可以看到每个料斗下面都有一个弧形装置，它可以移动，从而能够控制料斗的大小，以实现不同体积物料的装载，同时设为弧形，可以排料排的更加干净彻底，而如果是三角形的话就可能导致排料不净，从而导致每袋包装物料的重量误差范围增大，导致整个系统的精度降低，在分配器转盘进行旋转运动的过程中，它将物料排至绿色的下料器，然后直接进行装袋，完成整个工艺的最后一步。

该分配器排料斗可分解为两部分，分配器与排料斗，两者结构分别见下图1-8、1-9

图1-8图1-9

减速器的设计

为实现整个系统的同步启停以及提高系统的精度，我们采用了同一台步进电机来驱动带式输送机和分配器的运动，而这两者的速度在满足题目要求的前提下不会相同，因此这就需要我们引进减速器来实现两者速度的分配，前面通过分析计算可知，该减速器为二级圆柱齿轮减速器，它的各参数如下：

i=i1=2i2=i/i1=

Z1=21Z2=i1*Z1=42m=d1=m*Z1=d2=m*Z2=105mm

B1=55mmB2=50mm

Z3=20Z4=i2*Z3=48m=d3=m*Z3=50mmd4=m*Z4=120mm

B3=50mmB4=45mm

该减速器的装配效果见下图1-10

图1-10

4.总体方案布局

通过前面的系统方案原理，处理能力计算以及各关键设备的选用和设计，我们已经知道了整个系统是怎样工作的以及各个设备在系统中所起的作用，现在针对整个系统的布局作如下叙述，整个系统的布局效果见下图1-11

图1-11

该布局中需要注意的就是给料斗和输送带的位置，以及输送带与分配器之间的相互位置，因为它们是物料输送的线路，它们之间的配合好坏直接影响着整个系统的精度，它们之间的位置关系见下图1-12和图1-13

图1-12图1-13

5.总结

为期将很长时间的课程设计将要结束了。

在这些天的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。

感受良多，获益匪浅。

在这些天中，我们小组分工合作、齐心协力，一起完成了课程设计前的准备工作（阅读课程设计相关文献）、小组讨论分工。

在课程设计的初期我们便对这次任务进行了规划和分工。

在以后的这些日子中，我们组的成员一起努力，查阅资料、小组讨论、对资料进行分析，并在这段时间里完成了方案的原理及整个工艺流程的设计，并最后撰写课程设计报告及个人总结。

我的主要工作是完成课程设计说明书的编写，当然也参与如何完成设计任务的一系列讨论中，我认为要写出一份好的说明书，就必须对整个方案的原理及系统的工艺流程要相当清楚，否则你可能写的自己都看不明白，还怎么让别人看的明白呢

在课程设计的过程中，我们经历了感动，经历了一起奋斗的酸甜苦辣。

也一起分享了成功的喜悦。

这次的课程设计对我们每个人来说都是一个挑战。

每个人都有各自的任务，但是如果说你一个人来单独完成还是有一定困难的，因为有些东西毕竟是你不会的，这时候小组的力量就体现出来了，各司其职，各尽其能。

在做好自己任务的同时，积极参与集体的讨论以及相互帮组解决一些棘手的问题，共同探讨，我们很好的发挥了集体的效用。

和大家想的一样，我们也会产生一些小矛盾，当然这是不可避免的。

在产生小矛盾的时候，我们没有逃避。

重要的是我们如何去解决它。

为什么会产生这些矛盾，以怎样的方式去解决它，这是我们应该去考虑的问题。

我想经过这样的一个过程我们会学到很多，学会了怎样去和别人沟通，理解别人所做的事，别人也会宽容的对待我们，从而我们就在无形之中加强了我们的人际交往能力。

这个经验对我们以后的人生将会发挥很大的作用。

毕竟我们是生活在人类这个群体之中的。

假如世界上只剩下一个人，那么他不可能长久的生活下去的。

课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均沾，责任公担。

如果让任务交给一个人，那样既增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。

所以在集体工作中，团结是必备因素，要团结就是要让我们在合作的过程中：

真诚，自然，微笑；说礼貌用语；不斤斤计较；多讨论，少争论，会谅解对方；对他人主动打招呼；会征求同学的意见，会关心同学，会主动认错，找出共同点；会接受帮助，信守诺言，尊重别人，保持自己的特色。

课程设计虽结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历将会成为人生道路上一道亮丽的风景线！

6.参考文献

1.宋伟刚主编通用带式输送机设计机械工业出版社2005

2.杨仲林主编包装自动控制技术及应用中国轻工业出版社2006

3.孙智慧高德主编包装机械中国轻工业出版社2009

4.高德主编包装机械设计化学工业出版社2005

5.赵淮主编包装机械产品大全化学工业出版社2003

6.中国机械工业标准汇编输送机械卷（下）中国标准出版社2007

7.施汉谦宋文敏主编电子秤技术中国计量出版社1990

8.徐锦林主编包装自动控制西安理工大学讲义1992

9.雷伏元主编自动包装机设计原理机械工业出版社1986

10.黄颖为主编包装机械结构与设计化学工业出版社2007

11.孙智慧高德主编包装机械中国轻工业出版社2009