电磁振动式送料机的设计电磁振动式送料机的设计 机电技术教育专业学生: 冯斌 指导教师: 叶爱芹 摘要:由MCS-51单片机组成微控制器,实现全自动化给料闭环控制,作为控制对象的电磁振动送料机进行给料,固体流量计用于检测物料流量,通过A/D 送进单片机,再经过PD控制处理使D/A产生控制电压,送给电振机,完成定量控制。通过选取合适的主动控制反馈变量和反馈增益,可使电磁式振动送料机的工作效率和振动传递率得到明显改善。 关键字:电磁式振动送料机; 单片机;PID 控制 1( 绪论 1(1引言 在很多情况下，振动是一种不必要的和有...

  电磁振动式送料机的设计 机电技术教育专业学生: 冯斌 指导教师: 叶爱芹 摘要:由MCS-51单片机组成微控制器,实现全自动化给料闭环控制,作为控制对象的电磁振动送料机进行给料,固体流量计用于检测物料流量,通过A/D 送进单片机,再经过PD控制处理使D/A产生控制电压,送给电振机,完成定量控制。通过选取合适的主动控制反馈变量和反馈增益,可使电磁式振动送料机的工作效率和振动传递率得到明显改善。 关键字:电磁式振动送料机; 单片机;PID 控制 1( 绪论 1(1引言 在很多情况下，振动是一种不必要的和有害的情况，但是在某一些场合振动却是有益的，振动送料机就是一个例子。振动送料机是一种自动供料装置，同其他上料机相比它具有上料效率高、整列定向性能好、工作稳定可靠、结构相对比较简单、工件间相互摩擦小、不易损伤物料、通用性好、改换品种方便、供料速度容易调节等优点;在上料过程中，可通过挡板、缺口或偏重等方法对零件进行定向整理，分离筛选后供料;也可在高温、低温或真空环境中操作。因而它被大范围的应用于轻工、电子科技类产品、钟

  元件的自动加工、装配等机械上，在医药、食品的自动输送、称重、包装上也得到十分普遍应用。 1(2振动送料机的分类和发展现状 国内外，生产和使用振动送料机的厂家很多，从起振方式的分类来说，主要有四种，即机械式往复送料机、电磁振动送料机、电机振动送料机和压电陶瓷式送料机。 1) 2 0世纪50年代初，最常用的是机械往复式送料机，它由偏心轴、连杆及连杆端部的弹簧所组成，工作机体借弹性连杆激起振动。其优点有:结构相对比较简单、维修量小、布置所需高度小、耐用，且对物料的粒度组成、外在水分、物理性质等要求不严格，能适应矿井等恶劣的环境，使用可靠、稳定性很高。目前国内较大的振动机械厂如:唐山矿山机械厂、河南省鹤壁市煤电通用机械厂等仍在生产这种K型往复式送料机。其主要缺点是:由连杆和偏心轴传动，往复作业，比较笨重、动力消耗大、处理量小且成间接成堆式不均匀给料;另外，随工业机械化、自动化程度的提高机械往复式送料机己不足以满足生产的需要，继而在60年代出现了电磁振动送料机。 2) 电磁振动送料机(简称电振机)属于双质体共振型，它是由电磁激振器驱动的。电磁激振器由铁芯、线圈及衔铁组成，交变电流或脉动电流通过线圈，使电磁铁产生周期变化的电磁吸力，从而使工作机体产生振动。其相对于机械往复式送料机具有解决能力大、结构紧密相连、重量轻、可无极调速以及电耗少等优点，适应性更广泛，在全国工农业领域中得到普遍得应用。 目前，电磁振动送料机存在的主体问题是输送物料的效率低、能耗大，尤其是直接影响送料机运量的振幅大小，需由电磁铁间隙、板弹簧片数以及联接杆螺母松紧程度等因素决定，调节起来很复杂;并且经过经常使用，送料机会出现弹性系数改变、顶紧螺栓变松等情况，给振幅的精确控制带 来困难[71。另外，给料槽和物料质量的改变会改变送料机的固有频率，也就是说在电磁式振动送料机的使用的过程中由于物料成分、密度等物理性质的不同所引起的不同程度的负载 效应也会影响送料机振幅的稳定性。 3) 到了70年代末至80年代初，旨在改进电磁振动送料机上述缺点的电机振动给煤机应运而生，它是一种单质体振动型的给料设备，虽然其从原理看远不如前者，但就本身结构而言，既简化了调节环节使工人便于调节和操作，又使同机型的运量有所增加，机重减少。 目前国内外各振动送料机制造商的基本的产品均为电磁振动送料机和电机振动送料机，除国内的唐山矿山机械厂、河南省鹤壁市煤电通用机械厂外还有众多国外大规模的公司，如美国的JVI振动机械和FMC科技等[9,10]电机 振 动 送料机的不足之处有3点:?将振源改在电动机内部，这样普通电机己不能够满足要求，必须选用振动电机，到现在为止国内厂家生产的该电机功率为2.2^6 kW，成功的功率为3 kW，保质的功率为2.2 kW，且其价格比普通电机高，如用防爆型不但造价高，性能也很难保证。?参振电机在送料机槽体上立式安装，轴承除受正常的径向力外，尚有较大的轴向力，极度影响电机的常规使用的寿命(在开机率较高的地方，最长常规使用的寿命不超过1年，并多为一次性报废).?振动带来槽体破裂，也增加了维修工作量。正是由于这些致命缺点的存在，电机振动送料机的应用受到很大的限制，电机振动送料机并没能取代电磁振动送料机，相反电磁振动送料机的应用更广泛。 4) 压电式振动送料机是利用压电陶瓷的逆压电效应作为振动源的压 电式振动供料装置。压电陶瓷是铁电材料，它经过一定的物理处理后，陶瓷体就变成了永久的压电晶体，在一定的条件下它可将机械能转换为电能，或将电能转换为机械能，以压电陶瓷作为起振器，具有高效，低能耗，低噪音等诸多优点。目前压电式振动送料机的供应商主要是日本产机SANKI株式会社，而在我国它还处在研究阶段，并且因为振动幅度不大限制了它在生产的应用。 1(3课题的意义 可使电磁式振动送料机的工作效率和振动传递率得到明显改善。采用单片机控制电磁振动送料机给料均匀,调节送料机的振幅,在额定振幅范围内,通过输入自动控制信号可以直接调节振幅,能调节送料机的给料量。具有结构相对比较简单,易于调节,工作稳定和远距离微机控制等特点,可实现生产

  的集中控制和自动控制。 2(电磁振动式送料机的结构 2(1系统的基本结构及工 作原理 工作时,电磁振动送料 机按控制给定量,将贮料斗 里的物料送给固体流量计, 流量计将实际给料量检测 出来,反馈给控制管理系统。如 果实际值与系统的给定值 不相符,调节电磁振动送料 机,使给料量达到系统的 值。从溜槽式固体流量计流出的物料经水平振动输送机,垂直螺旋输送机又回到贮料器中,构成一个循环系统(见图1) 。如果实际值与系统的给定值相符,物料就由输料口输出。采用控制送料机的振幅来达到定量给料,作为控制对象的电磁振动送料机的振幅,由晶闸管控制的电压决定。电磁振动给料系统是以电磁激振器产生的周期变化的电磁力作为激振力来维持其持，入而稳定的振动。电磁激振器所产生的电磁激振力，取决于电磁铁线圈的供电方式，一般对电磁振动给料系统所用的电磁激振器采用交流供电或半波整流供电。当采用交流供电时，线圈直接通交流电，在半个周期内，线圈回路中的电流达到其最大值就有一次，因此电磁振动给料系统的激振频率就比交流电的频率增加一倍。当采用半波整流供电时，在线圈的供电线路中串联一个整流器，那么线圈回路中的电流在一个周期内达到其最大值只有一次，在这种情况下，电磁振动给料系统的激振频率与交流电的频率相同。假设电磁铁线圈中通入的是半波整流电流，在正半周内，线圈中有电流通过，在衔铁和电磁铁之间产生一对大小相等的脉冲电磁力而相互吸引，使斜槽向后运动，主振动弹簧因此变形，储存了一定的势能t在负半周内，线圈中无电流通过，在衔铁和电磁铁之间的电磁力消失，丰振弹簧存储的势能释放，衔铁朝反方向离开，使斜槽向前运动，在达到振幅位置之后又返回向后运动，这样电磁振动送料机就如此作往复振动。由于电磁力是一个周期变化的强迫作用力，因此电磁振动给料系统是一个以电磁力为周期干扰力的强迫振动系统。 2.2电磁振动给料系统的基本运动形式 电磁振动送料机是通过斜槽的振动来输送物料的，当电磁振动送料机采用不一样的几何参数和动力学参数时，物料在斜槽上将出现四种基本运动形式:相对静止、正向滑行、反向滑行和抛掷运动。 相对静止就是物料根斜槽一起运动，物料相对于斜槽有没位移。正向滑行是物料与斜槽保持接触，在斜槽的每一个振动周期内， 物料沿输送方向对斜槽都有 相对运动，且向前滑行一个微小距离，因而在斜槽已一定的频率连续振动的情况下，就可以将物料连续地从斜槽中输送出去。反向滑行是物料与斜槽保持接触，在斜槽的每一个振动周期内，物料逆方向对斜槽都有相对运动，且向后滑行一个微小距离。抛掷运动是物料时而与斜槽接触，时而与斜槽脱离，即物料时而被斜槽向前上方轻微抛起，做抛物线运动，时而会落在斜槽表面。物料每次被抛起之后，都向前前进一个微小距离，以此来实现物料的连续输送。上述四种形式中，相对静止不能输送物料，反向滑行对输送物料来说是非理想的运动状态，只有正向滑行和抛掷运动才有实用意义。但由于参数的某些限制，在实际在做的工作中上述几种运动形式可能有各种不同的组合形式。 3. 系统硬件总体设计 3.1. 单片机的选型 MC68HC(9)08JK3是MC68HC08家族中高性能、低价位的一员。基于用户定义的集成电路(CSIC)的设计思想，68HC08单片机家族使用增强型68HC08 CPU配以各种I/O模块和不同大小及类型的存储器，组成不同的单片机系列。每种单片机都有若干种封装形式。[6] 性能 VDD,5V?10%或3V?10% 内部总线字节闪速存储器(Flash)或ROM 内带960字节监控与自检程序 128字节RAM 12路8位A/D 7个键盘中断位 可编程低电压复位 可选用RC振荡器或石英振荡器 28引脚的有23位I/O 其中12路A/D不做A/D也可定义成普通I/O 10个LED驱动输出 2路有25mA漏级开路式可编程上拉电阻输出 2路输入捕捉或输出比较或PWM 有非法指令复位或中断，非法寻址中断或复位 全静态设计，有WAIT、STOP模式 并口(I/O) MC68HC(9)08JK3共有3个输入/输出并口，共23个引脚。其中，PORTA 有7 个引脚，PORTB、PORTD各有8个引脚。3个并口除了能作为普通 的输入/输出端口外，均具有其它的一些特殊功能。当作为普通的输入/输 出端口使用时，这些并口和一般的并口一样，有它们各自的数据寄存器和方向寄存器。 PORTA的7个引脚可当作键盘中断(KBI)使用。当作为输入口使用时，各引脚可以软件设置使用内部的上拉电阻，此外，PTA0,PTA5具有LED驱动能力。 PORTA的数据寄存器用来读写端口。读端口时，总是读取引脚上的电平，和输入/输出设置无关。 PORTA方向寄存器(DDRA)用来控制PORTA的每个引脚的输入(0)/输出 键盘中断控制寄存器(KBAIER)的KBIE6,KBIE0位控制PORTA的引脚作为外部中断使用。 PORTA输入用上拉电阻使能寄存器(PTAPUE)软件设置每个引脚具有一个内部的上拉电阻，它要求PORTA的方向寄存器(DDRA)的相应位设置为输入方式。 PORTB除作为普通I/O外，可当作A/D变换器使用。PTB和DDRB的使用同PTA和DDRA一样。 PORTD的功能比较多。8个引脚除作为I/O外，0,3引脚具有A/D变换功能;2、3、6和7引脚具有LED驱动能力;6、7引脚具有大电流(25mA)驱动能力和5k的上拉电阻。此外，4、5引脚可当作定时器的输入/输出引脚使用。 PTD和DDRD的使用同PTA和DDRA。这两位的设置和DDRD的bit7、bit6无关。bit3、bit2设置PTD6、PTD7位具有缓慢变化的大电流驱动能力。 3.2时钟电路 本节主要介绍MC68HC(9)08JL3的时钟电路部分的结构，外引脚以及所产生的信号。 这种时钟电路连接有两种可选的类型:RC时钟和石英晶体时钟。两种类型时钟的片内和片外电路均不相同。 石英晶体时钟采用石英共振或陶瓷共振来提供精确的时钟频率。在实际在做的工作时，这种时钟有两个外部引脚，即时钟放大器输入端OSC1和时钟放大器输出端OSC2。需要在这两个引脚间加入晶振、反馈电阻和电容，以实现稳定的工作频率。 RC时钟依靠外部一对电阻和电容与片内电路来提供精度为10,的时钟频率，要求用在这里的电阻和电容自己的精度为1,。按这种方式连接的时钟精度和稳定度都要比石英晶体时钟为低，但它只用到了一个外部引脚，即OSC1。原OSC2引脚可以设定为通用I/O引脚或者RC振荡器输出时钟RCCLK。 这两种振荡器外部接法如图4-3、 图4-3石英晶体时钟电路 图4-4 RC时钟电路 时钟的输出2OSCOUT为SIM单元提供时钟，并决定COP的时钟周期。对石英晶体时钟，SCOUT与XTALCLK相连，对RC时钟，SCOUT与RCCLK相连。将2OSCOUT二分频后，得到OSCOUT，用于产生CPU和其他模块的总线时钟。 当CPU进入低功耗STOP模式时，XTALCLK和RCCLK以及OSCCLK都被禁止，而在WAIT或BREAK模式时，时钟不受影响。

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