DC20傳動膠帶自動測長機設計

張遠宏 禹永偉 李英丹 任 強

（1.鐵嶺橡膠工業研究設計院 遼寧 鐵嶺 112002；2.北京杰利陽能源設備制造有限公司中國 北京 100101；3.鐵嶺陸平機械有限公司 遼寧 鐵嶺 112000）

1 總體設計及方案論證

DC20測長機主要技術要求有：

1.1 測量對象

傳動用橡膠皮帶（包括汽車V帶、汽車多楔帶、汽車同步帶與一般傳動同步帶等）。

1.2 測量參數

a.皮帶的節線長度（通過測量帶輪的中心距來換算）。

b.皮帶的露出高度（對于V帶與多楔帶）或皮帶的厚度（對于同步帶）。

1.3 測量范圍：

帶輪中心距≤1000mm。

1.4 測量精度

a.對于節線長度≤±0.05mm。

b.對于厚度≤±0.05mm。

1.5 具有較高的自動化水平。

2 機械結構設計

2.1 外形及總體結構的確定

DC20膠帶測長機由八個機械部件、一個電氣控制部件組成，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。立柱為圓柱形，兼作主動輪及滑座部件位移的導軌。底座為長方形，用過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輪部件，測長標尺的游標也與滑座連接，通過滑座升降部件絲桿的轉動，滑座連同主動輪部件沿立柱上下移動。根據各種長度的待測皮帶節線長度來調整兩個測量帶輪的零位中心距，并帶動游標，顯示零位中心距的名義尺寸數值。當滑座移動到預定位置，可用夾緊裝置把滑座緊固在立柱上。

（3）主動輪部件

主動輪部件安裝在滑座上，用于帶動被測皮帶轉動，以使被測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，并使測量力均勻分布在被測帶的兩邊。

（4）從動輪部件

從動輪部件的底板緊固在頂座的側面。從動輪可以自由轉動，并借助底板上的直線滾動導軌上下靈活移動，它與張力杠桿及測長位移傳感器均用關節軸承鉸鏈連接。通過從動輪把預定張力施加于被測皮帶，同時從動輪產生位移又使位移傳感器同步位移，從而精確測出被測帶輪的中心距。測厚的激光傳感器也安裝在從動輪座上。

（5）頂座部件

頂座部件安裝于立柱頂端，用來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，它主要有兩個功能。一是由于氣缸活塞桿頂出，通過杠桿、連桿迫使從動輪向主動靠近，以便操作人員裝卸被測皮帶。二是由于活塞桿縮進，吊起重錘，從而把預定的重錘的重力，通過杠桿改變方向，施加于被測皮帶上。重錘總重量的大小，根據被測皮帶所需的張力來增減。

（7）滑座升降驅動部件

滑座升降驅動部件的箱體緊固于頂座側面，搖動中心距調節手輪，通過一對減速傘齒輪帶動絲桿轉動。絲桿螺母固定于滑座，所以轉動手輪，就能使滑座上下升降，從而調節測量帶輪的中心距。

（8）標尺部件

標尺部件主要是一把定制的游標卡尺，分辨率為0.02mm。它的定尺兩端分別固定在滑座升降驅動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。當搖動手輪時，就可以從游標卡尺上讀出滑座上的主動輪中心和頂座上的從動輪基準點之間的相對距離，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調動作，把所測的皮帶節線長度、皮帶厚度顯示出來，并判斷合格與否，此外還具有報警、統計、打印功能。

2.2 主動輪、從動輪部件設計

主動輪、從動輪的設計從略。

圖1 DC20測長機的總體布局

2.3 張力控制系統的設計

張力加載系統設計概述

本機采用重錘加載的方式，通過等力臂的杠桿把重錘的重力轉化為對從動輪的拉力，即為皮帶的初始張緊力。重錘就相當于磅稱的稱砣，也可以做成不同的規格，如20kg、10kg、5kg、2kg、1kg各若干個。 實際測量時，根據標準所規定的張緊力數值，用上述規格的重錘來調整到滿足要求。

（1）重錘的結構設計

為了更換的方便，重錘的結構設計成帶有臺階的階梯形，并且在直徑向開了一條槽。重錘的結構如圖2所示。

圖2 重鍾的結構示意圖

（2）張力加載系統的標定從略

（3）氣動系統的設計。根據系統的功能要求，由一個氣缸來提拉重錘，氣缸體與杠桿連接，氣缸活塞桿與重錘拉桿連接，當氣缸活塞桿側（下部）進氣時，重錘被拉起同時張緊皮帶，當氣缸無活塞桿側（上部）進氣時，重錘放下同時皮帶松開。所以需有一個換向閥控制氣路，并采用單向節流閥控制氣缸的運動速度。

另外，為了減小皮帶張緊時由于氣缸過沖而產生回彈和抖動以及皮帶松開時重錘落座的震動，決定在進氣路上在加一個換向閥和單向節流閥。氣缸采用帶有磁性行程開關的品種，當氣缸快到行程終點時行程開關接通，使換向閥動作，進氣由單向節流閥控制，使氣缸速度減得較慢。

為了保證必要的進氣壓力，在進氣回路中串聯一個壓力繼電器，當氣源壓力達到設定的壓力值時氣源指示燈亮，否則氣源指示燈滅。具體氣動回路圖見圖3所示。

圖3 氣動回路圖

3 傳感器的選擇

對于DC20膠帶自動測長機，需要測量的參數有兩項，即皮帶的節線長度和皮帶的厚度（這是對同步帶而言的，對于切邊V帶和多楔帶，則是測量其露出高度）。所以需要選用測長傳感器、測厚傳感器，測量上述兩項參數。

4 電氣控制系統設計

4.1 人機界面（顯示與鍵盤）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 打印系統的選擇

選用北京煒煌科技有限公司生產的WH-A36-5型漢字微型打印機。

4.3 計算機控制系統設計

（1）在方案論證時已經確定DC20膠帶測長機的電氣控制采用單片機控制系統。采用AT89系列的AT89C51單片機作為計算機控制系統的CPU。

（2）I/O接口電路擴展設計

本系統擴展了一片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轉換器。液晶顯示控制器的選用北京清華蓬遠科茂公司QPY-ENH6255控制板。

（4）其他輔助電路設計

1）復位電路。2）時鐘電路。3）掉電保護電路。

5 系統主電路的設計

本系統要控制一個三相交流電動機、兩個220V交流電磁閥、兩個220V交流報警燈，其中電磁閥和報警燈由8255接口經交流固態繼電器直接控制，而三相交流電機則通過220V的交流接觸器來控制，交流接觸器由交流固態繼電器控制。

為防止電動機因過熱而燒壞，電路中用熱繼電器來保護。為應付突發事件的發生，在電路中使用了急停按鈕開關。

為了對單片機系統供電，系統中還安裝了變壓器給集成穩壓電路供電（交流10V與32V）。

6 軟件設計

6.1 屏幕顯示界面設計

DC20膠帶自動測長機在接通電源后，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）測量屏幕。進入測量屏幕后，顯示器顯示內容如圖5所示。

圖5 測量子菜單

（2）打印屏幕。進入打印屏幕后，顯示器顯示內容如圖6所示。

圖6 打印子菜單

（3）設置屏幕。進入設置屏幕后，顯示器顯示內容如圖7所示

圖7 設置子菜單

①三角帶。按“三角帶”鍵，進入三角帶測量設置屏幕，如圖8所示。

②多楔帶、同步帶同三角帶圖樣。

參數設置結束后，按“確認”鍵，計算機把所做的設置數值存

圖8 三角帶設置子菜單

（4）調整屏幕。

（5）標定屏幕略。

6.2 軟件設計方案

本控制系統的軟件采用模塊化設計方法，主要包括以下模塊：

初始化模塊，用于系統初始化。其中初始化包括8255初始化、顯示控制板初始化、打印機接口初始化、AD7705初始化、定時/計數常數的設置、主菜單顯示、開中斷等。程序從略。

［1］徐灝，主編.新編機械設計手冊[M].機械工業出版社，1995.

［2］湯慧瑾，王清達.機械零件課程設計[M].高等教育出版社，1990.

［3］李華，主編.MCS-51系統單片機實用接口技術[M].北京航空航天大學出版社，1993.

［4］李維提，等，主編.液晶顯示器件實用技術[M].北京郵電學院出版社，1993.

［5］北京威立姆電子技術有限公司,編制.AT89系統單片機技術手冊[M].1996.

［6］趙長德，主編.微機原理與接口技術[M].中國科學技術出版社，1990.

［7］余永權，主編.89 系列 Flash 單片機原理與應用[M].1997.