电子标签检测装置机械部分设计

人气指数:点发布时间:2011-05-20 22:47 来源：http://www.zgqkk.com 作者：中国期刊库

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【关键词】电子标签检测装置带式输送剔除装置

【摘要】本文介绍了电子标签及检测装置的发展历史、方向和前景。在了解检测装置的工作过程和原理的基础上分析了检测装置机械部分的结构，包括传动装置、剔除装置和分料装置。确定了设计的主要性能参数并分析了这些参数对完成正常工序的影响。，最后通过这些性能参数来控制电子标签检测速度，还对输送装置系统进行分析和梳理，最终完成电子标签检测装置机械部分的设计，并用 CAD 软件来完成总体图的任务，最终通过与其它同学的合作完成整台检测装置的设计，我们的设计基本符合设计要求，对于该产品的设计开发有一定的指导意义。此次设计的是电子标签检测装置的机械部分。

　　1绪论

　　1.1 引言

　　电子标签是时下最为先进的非接触感应技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。电子标签是数据信息的载体，通常由耦合元件和用于存储有关应用标识信息的存储器及微电子芯片组成。目前我国电子标签每年的发行量超过了3000万张。根据初步测算，未来几年我国电子标签的年应用量将达到数十亿元以上，推动电子标签的应用和深入发展将是中国金卡工程的重点工作。

　　电子标签的质量关键是在电磁场中振荡的固有频率与品质因素。目前该产品的出厂性能检测主要依靠工人通过模拟方法逐个测量，产品的好坏依赖于检测人员的主观判断，没有定量的客观标准。不仅检验效率低，而且容易漏检与误检，影响产品的合格率。此次设计的电子标签检测装置是全自动的检测设备，能够对电子标签实现固有频率与品质因素的自动检测，并根据分析结果对产品进行自动的分选，保证出厂产品的质量，满足企业生产需求，其设计和应用具有相当的现实意义和经济效益。

　　1.2 本设计的主要任务与目标:

　　设计一电子标签检测机械装置，实现如下主要功能：

　　1)可以不同速度传输电子标签；

　　2)当有废品信号时启动剔除装置剔除废品。

　　选择电子标签作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问题的力，通过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。

　　第2章电子标签检测装置总体设计

　　2.1 装置工作参数

　　根据所需检测的标签实物和标性能检测装置，得到以下原始参数。

　　输送料：电子标签

　　装置输送速度：0.2～0.4m/s

　　2.2 电子标签检测装置的组成

　　电子标签检测装置属于自动机范畴，通常包括动力系统、传动系统和执行系统等部分。针对本装置的具体特点和要求，将电子标签检测装置的机械系统分成下列组成部分。

图2.1 电子标签检测装置结构简图

　　2.2.1 电子标签的整理分料系统

　　该系统是将电子标签整理排列,并逐个输送到预定工位的系统。本设计中的电子标签由供送系统定时定量整理发送至输送带。它可节省原料搬运的人力与时间以及生产现场原料堆放所占的空间，保证检测品平稳均量经过检测。

　　2.2.2 传送系统

　　传动系统是机电系统中的重要组成部分之一。传动系统的设计就是以执行机构或执行构件的运动和动力要求为目标，结合所采用动力机的输出特性及控制方式，合理选择并设计基本传动机构及其组合，使动力机与执行机构或执行构件之间在运动和动力方面得到合理的匹配。按工作原理可分为机械传动系统、流体（液体、气体）传动系统、电力传动系统三大类。该系统是将电子标签传送的系统，属于机械传动。采用普通输送平带带传送。延伸率较低，粘着性好。高温条件下变形较小，适合距离较短，输送物量较小的场合。使用电机采用减速电机，同时使用变速器，实现无级变速。传送系统是此次设计的重要部分，其中包括大量零件的选用计算，比如，电动机、输送带、联轴器、变速器、传动滚筒等。减速通过减速器将动力机的速度降低，变速在动力机速度一定的情况下，能获得多种输出速度，这种输入、输出速度关系可变的传动装置称为变速器。

　　2.2.3 电子标签剔除系统

　　该系统是直接完成对不合格电子标签的剔除，分离不合格的电子标签。该系统采用气缸加推杆的剔除方式。首先是待检测品通过传送带，经过检测装置的检测，如果是合格品，检测装置将不会发出信号。如果是不合格品，检测装置将发出不合格品信号，通过控制系统控制推杆的运动，把不合格的电子标签推入传送带旁侧的滑槽内，进入不合格品收集箱。

　　2.2.4 动力机系统

　　动力机是机械工作的原动力，在现代工业生产中通常为电动机，本设计的原动机采用减速电机。其中减速电机由一个普通电机和减速器构成。

　　2.2.5 控制系统

　　控制系统是电子标签检测装置中的重要组成部分。在本装置中主要实现对传送过程、检测过程、剔除过程的控制。而设计自动控制系统，必须充分了解控制对象、执行机构及构成系统所有元件的运动规律，了解系统内外扰动的性质，提出控制系统设计的技术要求和性能指标，给出确定的动态参数和寻优目标。导出所有运动规律、扰动性质、性能指标、动态参数和寻优目标的数字表达式。在设计控制系统中需要处理的物理现象主要有电、磁、光、热的传输，以及刚体、弹性体和流体的运动。这些物理现象的运动规律由物理学中的一些基本定律确定。应用这些物理学基本定律可以导出自动控制系统的数字表达式。控制系统的数学表达式可以用微分方程、积分方积或差分方程。是一项复杂的系统设计，我说设计的电子标签检测装置机械系统只是整个监测装置的一部分，所以整个装置是我和另一个做控制系统的同学合作完成的。

　　2.2.6 机身

　　机身用于安装、固定、支承检测机所有的零部件，满足其相互运动和相互位置的要求。因此，机身必须具有足够的强度、刚度和稳定性。针对电子标签的体积、重量、检测方法等。我设计的机架是体形小，结构简单轻便，方便安装拆卸搬运的。

　　2.3 本章小结

　　本章主要介绍了整个电子标签检测装置的各个组成部分。通过对各个部分的分析判断，确定设计中的要点和难点，从而有针对的对此次毕业设计展开工作。基于所有部分系统的分析，主要研究要点的是整个检测装置的机械部分的结构设计。关键点是就传动装置和剔除装置以及分料装置几个主要性能参数的确定和这些参数对整台检测装置完成正常工序的影响，最后通过这些性能参数来控制电子标签检测速度。难点是参数设定及其整个电子检测装置结构图的设计，对电子标签系统的供送系统、分料系统、剔除系统的统筹。

　　第3章检测装置传动部分设计

　　3.1 装置的机械传动方案及原始数据

　　检测机械的传动系统，其主要作用是将动力按要求分配和传递到个工作执行件上，所以应该依据工作执行件的数目和它们对传动的要求制定传动方案。

　　带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由减速电动机、联轴器、传动滚筒、电子调速器组成。

　　本装置的原始数据如下：

　　1）所输送的物料是电子标签，宽度50mm左右，重量70g；

　　2）连续运传的输送带速度，其值可调，调节范围为0.2m/s-0.4m/s。

　　3.2 传动力和皮带张紧力确定

　　3.2.1 传动力确定

　　传动滚筒上所需圆周驱动力为输送系统所有阻力之和。一般的情况下它应包括：主要阻力FH，附加阻力FN，特种主要阻力FS1，特种附加阻力FS2，倾斜FSt。在五种阻力中，、是所有输送机都有的，而其他三类阻力，则根据输送机侧型及附件装设情况定，由设计者选择。

对于大型的物料输送装置，其阻力计算是相当复杂的，考虑到本装置只是传送电子标签，而且工作环境良好，所以不再进行详细的计算，而是采用的估算的方法。通过实验分析得。传动带所需的工作拉力为30N。

　　3.2.2 输送带张力计算

　　输送带张力在整个长度上是变化的，而且影响因素也很多。为保证输送机正常运行，输送带张力必须满足以下两个条件：

　　（1）在任何负载情况下，作用在输送带上的张力应使得全部传动滚筒上的圆周力是通过摩擦传递到输送带上，而输送带与滚筒间应保证不打滑；

　　（2）作用在输送带上的张力应足够大，使输送带在两组托辊间的垂度小于一定值。

　　1．满足最大圆周力要求的皮带张力计算

图3.1 作用于输送带的张力

　　如图所示，输送带在传动滚简松边的最小张力应满足

　　传动滚筒传递的最大圆周力Fmax=Ka│F│。动载荷系数；对惯性小、起制动平稳的输送机可取较小值;否则，就应取较大值。取 1.5

　　 ——传动滚筒与输送带间的摩擦系数，见表3.2

表3.2 传动滚筒与输送带间的摩擦系数

工作条件

光面滚筒

胶面滚筒

清洁干燥

0.25～0.03

0.40

环境潮湿

0.10～0.15

0.25～0.35

潮湿粘污

0.05

0.20

　　取=1.5，由式Fmax=Ka│F│得：

=1.5×30=45N

　　对常用 C= =1.97

　　得:

　　2．满足两组托辊间的垂度要求的皮带张力计算

　　1）传送带选择

　　根据电子标签的重量及体积参数，选用厚3mm，宽100mm的普通传送带，而因为传送带速度为0.2m/s—0.4m/s，为保证电子标签有足够时间空间经历检测和剔除过程，固传送带长度选用1000mm。

　　2）托辊间距确定

　　在带式输送系统总能耗中, 输送带与托辊挤压产生的能耗占总能耗的60% , 托辊能耗占10%。在初步确定电机功率、输送带宽度及型号后, 最大程度增大托辊间距, 减少托辊数量, 从而降低带式输送机的能耗, 降低整机的成本, 减小托辊的维修量。

　　输送带是一条均质性线, 物料在输送带上是均匀分布的, 可将输送带近似为抛物线,运输倾角为零时(见图3.2)

　　　　　　　　图3.2输送倾角为零时输送带断面状态

　　可得下列方程:

　　S—输送带的张力

　　 —输送带在托辊处与水平线的夹角

　　q—输送带上面物料单位质量

　　 —输送带单位质量

　　L —托辊间距

　　Y —最大垂度

　　综合上式得：

　　如果把输送带看成梁，则根据材料力学，

　　E—是输送带弹性模量；

　　I—输送带惯性距，（B输送带厚度）

　　输送带应满足垂度要求:

　　综合上式，可得拖辊最大间距：

　　代入数据得， =342mm 设计中最终取L=250mm，符合要求。

3）张力计算

　　由上式

　　得：

　　S=63.4N

　　根据上面的分析，取两者的大值为设计值。满足最大圆周力要求的皮带张力。为88.24N。

　　3.2.3 电动机的选择计算

　　根据电子标签检测装置的需要，预先选用减速电机作为动力源。由生产要求所定传送带最快速度为0.4m／s，工作拉力设为30N

　　工作装置所需功率，由公式计算：

式中，，工作装置的效率本方案考虑胶带卷筒及轴承的效率取=0.8。代入上式得：

　　电动机的输出功率Po ,由公式计算：

　　式中，为电动机轴至卷筒的传动装置总效率。

　　查表，取V带传动效率，齿轮箱效率，

　　则

　　故：

　　因载荷平稳，电动机额定功率只需大于即可，查表中电动机技术数据，选电动机的额定功率为0.025KW，选用厦门精研自动化元件有限公司80YS25GV22标准电机。频率50Hz，额定转速1200r/min。

　　表3.3 电动机的选择

　　3.3 传动系统的变速方法

　　电子标签检测装置以直角出轴减速电机为动力源，它的功率为0.025KW，采用220V.50HZ 的交流电为电源，正常额定电流为0.25A，额定转速为1200 转/每分钟。它的低速以减速箱减速为主，还依靠附加在电机传动处的交流调速器加以无极变速。

　　3.3.1 电子调速器的选择

　　电子交流调速器四位LED直接显示经减速后的转速，减速比可修改。设定显示原理：取反馈线圈的脉冲数/减速比＝输出转速。减速比设定后，长期储存于微电脑芯片，每次使用无须重新设定。选用的是宁波市北仑减速调速电机厂JWF1型号。（如图3.4）适用于60w以下的电机。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3.2 电子交流调速器

　　3.3.2 减速箱的选择

　　该类型电机配备专用减速箱。减速比从1：3——1：180。

　　表3.3 电机的减速箱

　　本装置中选用的传动滚筒直径

D=80mm,

　　滚筒周长：

　　已知所需线速度

v=0.2m/s—0.4m/s

　　传动滚筒最高转速

　　最低转速

　　已知所选电机转速为1200r/min,最小减速比为

1200/95.54=12.56

　　选用表3.3中减速比为1:12.5的减速箱,则滚筒的线速度为

　　20/12.5C=0.402m/s 大于0.4 m/s

　　符合要求。当使用电子调速器时，减速比可以进一步变大，由于速度的减缓，电机功率也随之降低，亦能满足工作要求。

　　第4章电子标签剔除装置的设计

　　电子标签的质量关键是在电磁场中振荡的固有频率与品质因素。目前该产品的出厂性能检测主要依靠工人通过模拟方法逐个测量，产品的好坏依赖于检测人员的主观判断，没有定量的客观标准。不仅检验效率低，而且容易漏检与误检，影响产品的合格率。此次设计的电子标签检测装置是全自动的检测设备，能够对电子标签实现固有频率与品质因素的自动检测，并根据分析结果对不合格昌平进行剔除，保证出厂产品的质量，满足企业生产需求。

　　4.1 剔除装置的组成

　　4.1.1 气动推杆

　　平板闸阀工作原理：气动推杆平板闸阀主要由框架、闸板、气缸等零件组成。工作时，由于气缸气体的压力变化，使用得活塞杆带动闸板作水平方向的往复运动，从而达到阀门的启闭目的。(如图4.1)

图4.1 气动推杆示意图

　　其中气动推杆前部安装的是一个大面积挡板，推动时，保证不会因为有误差而误推或漏退不合格的电子标签。

　　4.1.2 收集箱及滑槽

　　当出现不合格品时，气动推杆收到控制信号，推动不合格品进入传送带侧方的滑槽，从而进入不合格品的收集箱。收集箱可以是普通的纸箱。滑槽宽度为150mm，保证物件平稳不漏滑入收集箱。

　　4.2 气动推杆的选择计算

　　4.2.1 气动推杆的选择

　　在气动控制系统中，气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅件连接起来。

　　在检测装置的设计中，已知电子标签检测速度是0.2m/s—0.4m/s,设计的皮带宽度为150mm。其中气缸的选择要点包括安装形式的选择，输出力的大小，气缸行程，气缸的运动速度。

　　安装形式，因为没有特殊要求，气缸选择式，即轴向支座固定安装。

　　输出力的大小，由于电子标签的质量较轻，普通气缸的输出力都基本满足。

　　气缸行程，气缸行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应该使用满行程。以免活塞与缸盖相碰撞。必须按要求行程多加10-20mm的行程余量。所以按最大行程计算，150+20=170mm。所选气缸行程必须大于170mm。

　　气缸的运动速度，气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构的需要来决定。

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