張遠(yuǎn)宏 禹永偉 李英丹 任 強(qiáng)

（1.鐵嶺橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院 遼寧 鐵嶺 112002；2.北京杰利陽(yáng)能源設(shè)備制造有限公司中國(guó) 北京 100101；3.鐵嶺陸平機(jī)械有限公司 遼寧 鐵嶺 112000）

1 總體設(shè)計(jì)及方案論證

DC20測(cè)長(zhǎng)機(jī)主要技術(shù)要求有：

1.1 測(cè)量對(duì)象

傳動(dòng)用橡膠皮帶（包括汽車(chē)V帶、汽車(chē)多楔帶、汽車(chē)同步帶與一般傳動(dòng)同步帶等）。

1.2 測(cè)量參數(shù)

a.皮帶的節(jié)線長(zhǎng)度（通過(guò)測(cè)量帶輪的中心距來(lái)?yè)Q算）。

b.皮帶的露出高度（對(duì)于V帶與多楔帶）或皮帶的厚度（對(duì)于同步帶）。

1.3 測(cè)量范圍：

帶輪中心距≤1000mm。

1.4 測(cè)量精度

a.對(duì)于節(jié)線長(zhǎng)度≤±0.05mm。

b.對(duì)于厚度≤±0.05mm。

1.5 具有較高的自動(dòng)化水平。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外形及總體結(jié)構(gòu)的確定

DC20膠帶測(cè)長(zhǎng)機(jī)由八個(gè)機(jī)械部件、一個(gè)電氣控制部件組成，其總體布局如圖1所示。

（1）立柱底座部件

立柱底座部件是安裝其他各功能部件的基礎(chǔ)。立柱為圓柱形，兼作主動(dòng)輪及滑座部件位移的導(dǎo)軌。底座為長(zhǎng)方形，用過(guò)渡法蘭用螺釘與立柱相連接。

（2）滑座部件

滑座部件上裝有主動(dòng)輪部件，測(cè)長(zhǎng)標(biāo)尺的游標(biāo)也與滑座連接，通過(guò)滑座升降部件絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑座連同主動(dòng)輪部件沿立柱上下移動(dòng)。根據(jù)各種長(zhǎng)度的待測(cè)皮帶節(jié)線長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整兩個(gè)測(cè)量帶輪的零位中心距，并帶動(dòng)游標(biāo)，顯示零位中心距的名義尺寸數(shù)值。當(dāng)滑座移動(dòng)到預(yù)定位置，可用夾緊裝置把滑座緊固在立柱上。

（3）主動(dòng)輪部件

主動(dòng)輪部件安裝在滑座上，用于帶動(dòng)被測(cè)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，以使被測(cè)帶的帶齒與輪齒良好嚙合或切邊V帶與帶輪V形槽良好嚙合，并使測(cè)量力均勻分布在被測(cè)帶的兩邊。

（4）從動(dòng)輪部件

從動(dòng)輪部件的底板緊固在頂座的側(cè)面。從動(dòng)輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并借助底板上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌上下靈活移動(dòng)，它與張力杠桿及測(cè)長(zhǎng)位移傳感器均用關(guān)節(jié)軸承鉸鏈連接。通過(guò)從動(dòng)輪把預(yù)定張力施加于被測(cè)皮帶，同時(shí)從動(dòng)輪產(chǎn)生位移又使位移傳感器同步位移，從而精確測(cè)出被測(cè)帶輪的中心距。測(cè)厚的激光傳感器也安裝在從動(dòng)輪座上。

（5）頂座部件

頂座部件安裝于立柱頂端，用來(lái)安裝滑座升降部件的箱體、張力部件的杠桿支架位移傳感器支架以及從動(dòng)輪部件。

（6）張力部件

張力部件由重錘、氣缸、杠桿、連桿組件等組成，它主要有兩個(gè)功能。一是由于氣缸活塞桿頂出，通過(guò)杠桿、連桿迫使從動(dòng)輪向主動(dòng)靠近，以便操作人員裝卸被測(cè)皮帶。二是由于活塞桿縮進(jìn)，吊起重錘，從而把預(yù)定的重錘的重力，通過(guò)杠桿改變方向，施加于被測(cè)皮帶上。重錘總重量的大小，根據(jù)被測(cè)皮帶所需的張力來(lái)增減。

（7）滑座升降驅(qū)動(dòng)部件

滑座升降驅(qū)動(dòng)部件的箱體緊固于頂座側(cè)面，搖動(dòng)中心距調(diào)節(jié)手輪，通過(guò)一對(duì)減速傘齒輪帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。絲桿螺母固定于滑座，所以轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，就能使滑座上下升降，從而調(diào)節(jié)測(cè)量帶輪的中心距。

（8）標(biāo)尺部件

標(biāo)尺部件主要是一把定制的游標(biāo)卡尺，分辨率為0.02mm。它的定尺兩端分別固定在滑座升降驅(qū)動(dòng)部件的箱體和立柱底座部件的底座上，滑尺則裝在滑座部件上。當(dāng)搖動(dòng)手輪時(shí)，就可以從游標(biāo)卡尺上讀出滑座上的主動(dòng)輪中心和頂座上的從動(dòng)輪基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)距離，該距離就是兩輪中心距的名義值。

（9）電氣控制部件

電氣控制部件控制各功能部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，把所測(cè)的皮帶節(jié)線長(zhǎng)度、皮帶厚度顯示出來(lái)，并判斷合格與否，此外還具有報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、打印功能。

2.2 主動(dòng)輪、從動(dòng)輪部件設(shè)計(jì)

主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的設(shè)計(jì)從略。

圖1 DC20測(cè)長(zhǎng)機(jī)的總體布局

2.3 張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張力加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

本機(jī)采用重錘加載的方式，通過(guò)等力臂的杠桿把重錘的重力轉(zhuǎn)化為對(duì)從動(dòng)輪的拉力，即為皮帶的初始張緊力。重錘就相當(dāng)于磅稱(chēng)的稱(chēng)砣，也可以做成不同的規(guī)格，如20kg、10kg、5kg、2kg、1kg各若干個(gè)。 實(shí)際測(cè)量時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的張緊力數(shù)值，用上述規(guī)格的重錘來(lái)調(diào)整到滿足要求。

（1）重錘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了更換的方便，重錘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成帶有臺(tái)階的階梯形，并且在直徑向開(kāi)了一條槽。重錘的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 重鍾的結(jié)構(gòu)示意圖

（2）張力加載系統(tǒng)的標(biāo)定從略

（3）氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，由一個(gè)氣缸來(lái)提拉重錘，氣缸體與杠桿連接，氣缸活塞桿與重錘拉桿連接，當(dāng)氣缸活塞桿側(cè)（下部）進(jìn)氣時(shí)，重錘被拉起同時(shí)張緊皮帶，當(dāng)氣缸無(wú)活塞桿側(cè)（上部）進(jìn)氣時(shí)，重錘放下同時(shí)皮帶松開(kāi)。所以需有一個(gè)換向閥控制氣路，并采用單向節(jié)流閥控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。

另外，為了減小皮帶張緊時(shí)由于氣缸過(guò)沖而產(chǎn)生回彈和抖動(dòng)以及皮帶松開(kāi)時(shí)重錘落座的震動(dòng)，決定在進(jìn)氣路上在加一個(gè)換向閥和單向節(jié)流閥。氣缸采用帶有磁性行程開(kāi)關(guān)的品種，當(dāng)氣缸快到行程終點(diǎn)時(shí)行程開(kāi)關(guān)接通，使換向閥動(dòng)作，進(jìn)氣由單向節(jié)流閥控制，使氣缸速度減得較慢。

為了保證必要的進(jìn)氣壓力，在進(jìn)氣回路中串聯(lián)一個(gè)壓力繼電器，當(dāng)氣源壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值時(shí)氣源指示燈亮，否則氣源指示燈滅。具體氣動(dòng)回路圖見(jiàn)圖3所示。

圖3 氣動(dòng)回路圖

3 傳感器的選擇

對(duì)于DC20膠帶自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)機(jī)，需要測(cè)量的參數(shù)有兩項(xiàng)，即皮帶的節(jié)線長(zhǎng)度和皮帶的厚度（這是對(duì)同步帶而言的，對(duì)于切邊V帶和多楔帶，則是測(cè)量其露出高度）。所以需要選用測(cè)長(zhǎng)傳感器、測(cè)厚傳感器，測(cè)量上述兩項(xiàng)參數(shù)。

4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 人機(jī)界面（顯示與鍵盤(pán)）的確定

顯示方式的確定液晶顯示器。決定選用與夏普LM64P89型液晶顯示器相配的10寸電阻式觸摸屏。

4.2 打印系統(tǒng)的選擇

選用北京煒煌科技有限公司生產(chǎn)的WH-A36-5型漢字微型打印機(jī)。

4.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）在方案論證時(shí)已經(jīng)確定DC20膠帶測(cè)長(zhǎng)機(jī)的電氣控制采用單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用AT89系列的AT89C51單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU。

（2）I/O接口電路擴(kuò)展設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8255可編程I/O接口芯片。

（3）觸摸屏和液晶顯示控制器的選用

觸摸屏控制器選用AD公司的ADS7843轉(zhuǎn)換器。液晶顯示控制器的選用北京清華蓬遠(yuǎn)科茂公司QPY-ENH6255控制板。

（4）其他輔助電路設(shè)計(jì)

1）復(fù)位電路。2）時(shí)鐘電路。3）掉電保護(hù)電路。

5 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)要控制一個(gè)三相交流電動(dòng)機(jī)、兩個(gè)220V交流電磁閥、兩個(gè)220V交流報(bào)警燈，其中電磁閥和報(bào)警燈由8255接口經(jīng)交流固態(tài)繼電器直接控制，而三相交流電機(jī)則通過(guò)220V的交流接觸器來(lái)控制，交流接觸器由交流固態(tài)繼電器控制。

為防止電動(dòng)機(jī)因過(guò)熱而燒壞，電路中用熱繼電器來(lái)保護(hù)。為應(yīng)付突發(fā)事件的發(fā)生，在電路中使用了急停按鈕開(kāi)關(guān)。

為了對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)供電，系統(tǒng)中還安裝了變壓器給集成穩(wěn)壓電路供電（交流10V與32V）。

6 軟件設(shè)計(jì)

6.1 屏幕顯示界面設(shè)計(jì)

DC20膠帶自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)機(jī)在接通電源后，液晶顯示器立即顯示主菜單及歡迎屏幕，如圖4所示。

圖4 屏幕主菜單

（1）測(cè)量屏幕。進(jìn)入測(cè)量屏幕后，顯示器顯示內(nèi)容如圖5所示。

圖5 測(cè)量子菜單

（2）打印屏幕。進(jìn)入打印屏幕后，顯示器顯示內(nèi)容如圖6所示。

圖6 打印子菜單

（3）設(shè)置屏幕。進(jìn)入設(shè)置屏幕后，顯示器顯示內(nèi)容如圖7所示

圖7 設(shè)置子菜單

①三角帶。按“三角帶”鍵，進(jìn)入三角帶測(cè)量設(shè)置屏幕，如圖8所示。

②多楔帶、同步帶同三角帶圖樣。

參數(shù)設(shè)置結(jié)束后，按“確認(rèn)”鍵，計(jì)算機(jī)把所做的設(shè)置數(shù)值存

圖8 三角帶設(shè)置子菜單

（4）調(diào)整屏幕。

（5）標(biāo)定屏幕略。

6.2 軟件設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括以下模塊：

初始化模塊，用于系統(tǒng)初始化。其中初始化包括8255初始化、顯示控制板初始化、打印機(jī)接口初始化、AD7705初始化、定時(shí)/計(jì)數(shù)常數(shù)的設(shè)置、主菜單顯示、開(kāi)中斷等。程序從略。

［1］徐灝，主編.新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

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