自动流水线输送系统设计说明书

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1、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

2、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；（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

3、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

4、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

5、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.3.人与机械

6、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“

7、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。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

8、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(Henry Ford)于1913年在密歇根州的HighlandPark，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 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

9、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

10、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)X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

11、法中，计算公式为：T 总二tl+maxt1,t2+maxtl, t2,t3+maxtl, t2,，tkT+maxt1,t2,tkXn -(k- 1)+maxt2, t3,，tk +maxt3,t4,tk+maxtk T,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 总二11+12+tk+maxtl, t2,t3,., tkX(n T)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 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

12、每一道工序都有特定的人去完成，一步- 步地加工每个人做一个特定的工作.图IT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 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

13、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。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

14、，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。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。 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。 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

15、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。 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。 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。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

16、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。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

17、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 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,

18、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

19、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 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：继续向大型化发展。大

20、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。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。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。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

21、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。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。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

22、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。 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 -1540C之间。物料温度不超过50C。向上输送散粒料的倾 角1224。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。 托辊分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210230）、

23、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25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。 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 210230）、双滚筒（包角 达350）和多滚筒（用于大功率）等。 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

24、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 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。