實驗室立磨及數據采集控制系統設計

27頁 11000字數+論文說明書+任務書+8張CAD圖紙【詳情如下】

任務書.doc

實驗室立磨及數據采集控制系統裝配圖.dwg

實驗室立磨及數據采集控制系統設計論文.doc

活塞.dwg

活塞桿.dwg

液壓缸.dwg

電路圖.dwg

磨盤.dwg

缸體.dwg

缸蓋、連接桿.dwg

摘      要.

立式磨是利用料床粉碎原理進行粉磨物料的一種研磨機械。它主要用于水泥、煤炭、電力等行業(yè)。本文作者從實際運用及經濟等角度出發(fā)，通過認真的研究和論證，設計出了這款ML4532的立式磨機及其它的控制系統。該立式磨易于調節(jié)、粒度均勻、噪音低、磨損小揚塵少、系統工業(yè)流程簡單、占地面積小、投資省等優(yōu)點。其控制系統是由89C51、X25045復位電路、TLC2543A/D轉換器、獨立中斷式人機接口鍵盤、LCD液晶顯示器、程序存儲器、數據存儲器組成。它不但能滿足磨機的控制要求，也可對多路模擬量和開關量信號采集和控制。本文詳細的介紹了磨機的設計原理、設計過程及使用和維護方法及其它的控制系統的設計和各個模塊的程序。

關鍵詞：立式磨、控制、數據采集

Abstract

Vertical to rub and utilize material bed crush principle carry on powder rub a kind of machinery of grinding of supplies. It is used in the trades, such as cement, coal, electric power,etc. mainly. The author of this text sets out in terms of use actually and economy,etc., pass serious research and demonstration , Design the vertical mill of this ML4532 and other control systems. It is should the vertical to rub regulate easily, grain size the even, noise the low, wear and tear light to raise dust the little, there is the simple the procedure not industrials, occupation of land the little in area, last merits, such as province,etc. system. Its control system is by 89C51, X25045 restore to the throne circuit, TLC2543A/D converter, person who cut off man-machine interface keyboard, LCD liquid crystal display, procedure memory, datum memory make up independently. It can meet control request of mill, but also can and switch amount signal gathered and controls to many way analog quantity. This text detailed introduction design principle, design process and use and maintain method and other design and each procedure of module of control system of mill.

Keyword: vertical to Rub , control , the data gather

0.前言

長期以來，球磨機作為一種傳統的粉磨設備，一直壟斷著水泥工業(yè)粉磨作業(yè)的全過程，所消耗的電能約占水泥生產總電耗的70%左右，因此，粉磨作業(yè)的節(jié)能一直是水泥工作者高度重視的問題之一。

球磨機的粉磨機理論基于沖擊和研磨作用，其特點：

（1） 必須把幾十噸，甚至上百噸的研磨體和物料同時帶到一定的高度、；

（2） 研磨體作用在物料上的力變化較大，非人為所能控制；

（3） 研磨體之間以及研磨體與襯板之間存在著無用撞擊，大量的能量被白白消耗；

（4） 存在過磨現象；

（5） 噪音大，一般為100～120dB；

（6） 研磨體消耗大。

由于球磨機粉磨機理存在上述缺陷，導致能量有效利用率極低，據資料報道，一般為1～3%。

以往水泥工業(yè)粉磨系統的節(jié)能改造工作都局限在球磨機本身及其系統的改造上，如改進磨機襯板、隔倉板、調整研磨體級陪、磨內通風、改開流系統為閉和系統、降低入磨物料粒度等等，都取得了一定的增產節(jié)能效果，但沒有從根本上解決球磨機理上存在的問題。

從國外二十年代末發(fā)明了立式磨技術以來，在水泥工業(yè)作為原料的烘干兼粉磨設備，節(jié)能效果十分明顯。立式磨采用料床原理粉磨物料，主要有以下特點：

（1）物料受擠壓，沖擊和剪切作用，能量利用率高、電耗低，比球磨機節(jié).電20～30%。

（2）烘干能力大。立式磨采用氣體輸送物料，在粉磨水份較大的物料時可控制入磨風溫，在對物料進行粉磨、選粉、輸送的過程中進行烘干；是產品達到要求的水份。在立式磨內可烘干粉磨水份高達10～15%的物料。

（3）入磨物料粒度大，可達輥磨直徑底5%，所以大中型立式磨可以省掉二級破碎。

（4）產平的化學成份及細度穩(wěn)定。物料在立式磨內停留時間僅2～3分鐘，而球磨機則要15～20分鐘。所以立式磨系統產品的化學成份可一很快測定、校正，成份波動小，有利于均化。此外，立式磨內的合格產品能及時分離出來，避免了過粉磨現象。產品細度可通過調節(jié)分離器轉子轉速迅速改變，細度穩(wěn)定，粒度均齊，有利于煅燒。

（5）工藝流程簡單、占地面積小、建筑面積小。立式磨集破碎、粉磨、烘干、選粉、輸送無道工序于一體，工藝簡單、布局緊湊。

（6）噪音低、揚塵少，操作環(huán)境整潔立式摸的噪音僅為80～85Db，系統在負壓下工作，無粉塵飛揚，操作環(huán)境清潔。。

（7）研磨體消耗少，壽命長、運轉率高。由于立式磨輥套與襯板之間不直接接觸，磨損小，研磨體壽命長、運轉率高。

同時，磨機的控制系統也一直是人們所關心的問題，隨著計算機在工業(yè)控制領域的應用迅速發(fā)展，我國水泥工業(yè)自動化程度正日益提高。計算機控制系統和各種新型儀表不斷的推廣使用，所以說設計出一個比較好的控制系統也是提高水泥的生產質量、效率的一個可靠的保證。本文以89C51為CPU，TLC2543A/D轉換器、X25045復位電路、獨立式中斷鍵盤、LCD夜晶顯示器、并擴展8255A芯片作為控制單元共同組成了一個完整的數據采集控制系統。此系統不僅僅滿足于此立式磨的控制，還能對多路模擬量和開關量信號采集和控制，此外本文還介紹了控制系統的各個模塊的程序設計。

由于立式磨在粉磨機理上比球磨機有重大突破，而且它的控制系統也是處于領先地位，它可對多路模擬量和開關信號進行采集和控制，正因為有這么多的優(yōu)點，所以此系統水泥工業(yè)節(jié)能降低、推動粉磨技術的發(fā)展和重大的進步有著極為重要的作用。

1 總體方案論證

1.1.設計方案

   (1) 磨盤及磨輥是立式磨最重要的部件之一,合理的磨盤形狀配以相適應的磨輥,對提高粉磨效率、減少研磨體消耗有著極為重要的作用.通過具體的分析,選擇了一種具有兩個輥的輥式磨,磨盤為平面、磨輥為錐臺、磨輥軸與水平面呈15夾角.

(2) 立式磨的傳動裝置安置在磨機的下部,它既要帶動磨盤轉動,還要承受磨盤、物料、磨輥的重量以及加壓裝置施加的碾磨壓力，是立式磨中最重要的部件之一。由于要承受很大的垂直壓力及沖擊載荷，所以傳動裝置采用圓錐-圓柱傳動的減速機。

   (3) 加壓方式的確定

除擺輥外，所有型號的立式磨均有兩種加壓方式，即彈簧加壓和液壓加壓。彈簧加壓有三個嚴重的缺點：第一，由于磨輥和襯板逐漸磨損，對物料的加壓逐漸減小，致使粉磨能力下降；第二，立式磨必須在滿負荷狀態(tài)下起動，要求電動機動力矩大，起動困難；第三，彈簧的壓力不能自動調節(jié)，當磨內進入較大的物料或鐵塊等雜物時，磨機會嚴重過載，不利于呆板權運行。

隨著液壓技術的發(fā)展以及對立式磨性能要求的提高，目前除大中型立式磨采用液壓加壓以外，小型的立式磨也采用液壓加壓，這重加壓方式解決了彈簧加壓的問題，碾磨壓力穩(wěn)定，調節(jié)方便，并且可以在運行中進行調節(jié)，當立式磨內進入鐵塊等雜物時，磨輥可以跳起越過雜物，此時由于蓄能器的緩沖吸振作用使磨機不會過載，此外，用這種加壓方式還能很方便地抬起磨輥，使磨機能輕載或空載起動。因此，此重立式磨也采用液壓方式提供碾磨壓力。

（4）控制方式的確定

控制部份系統主要包括A/D轉換、復位電路、存儲器和作為人機接口的鍵盤、顯示器等。

4結論

本文主要研究了ML4532立式磨的總體結構、液壓系統以及它的測控位置。經過此次的改進和完善，ML4532型立式磨具有效力高、電耗低、烘干能力大，產品細度易于調節(jié)、粒度均勻、化學成份容易控制、噪音低、磨損小、揚塵少、系統工藝流程簡單、占地面積小、投資省等優(yōu)點.同時ML4532型立式磨和以往的立式磨所不同的是：：

1. 將四個排渣口改為一個，便于用戶處理吐渣。

2. 將動臂和搖臂改為體整鑄造，減少機械加工難度。確保加工制造質量。

3. 提高傳動功率、充分發(fā)揮設備潛力。

   控制系統不僅滿足此立式磨的要求，同時也可對多路模擬量和開關量信號采集和控制。具有廣普的應用性。

當然,設計過程中也有一些考慮欠缺的地方,我們會在今后的設計中不斷改進和完善,進一步提高產品的性能.

致 謝

從三月底我們就進入畢業(yè)設計階段,首先的一段時間,我們熟悉了課題,并收集了一些必要的參考資料,后來又分別到江動集團、紅旗機床廠、鹽城機床廠進行了畢業(yè)實習。四月二十日左右我們便正式開始了我們的畢業(yè)課題設計。經過兩個多月的艱苦工作，畢業(yè)設計即將順利完成。

     回顧整個過程，我覺得受益匪淺，在設計過程中，我深刻領悟到“溫故而知新”的道理，重新學到了很多的知識，更加系統的掌握了畫圖的技能和技巧。學會了有關的資料手冊，而且也深刻地體會到了設計人員在設計過程中必須考慮周全細致，謹慎小心，循序漸進的原則，耐心計算，及時查閱資料，隨時向老師請教。只有這樣才能設計得到一個圓滿的結果，同時在設計過程中滲進一些創(chuàng)新思想，隨時對設計的方案進行優(yōu)化，這樣在設計過程中遇到的困難是可想而知的?！皶接脮r方恨少”，在設計的過程中我們也深刻的感受到了自己掌握知識有限，我們必須在今后的學習和工作中不斷地學習知識，充實大腦，才能適應今后的工作生活。

在設計的過程中得到了倪文龍和盧文華老師的悉心指導。以及系領導和其他老師的關心和幫助，在此致以深深的謝意！同時，設計小組其他成員在設計中團結合作、互相幫助，這也是設計得以順利完成的可靠的保證。在此，我也向他們致謝。

短暫的畢業(yè)設計即將結束了，大學生活也畫上了圓滿的句號。離別之時，既感傷又高興，感傷的即將和生活多年的同學、老師分別。值得高興的是，雖然畢業(yè)設計不夠完美，但畢竟是自己的心血完成的任務。并掌握鞏固了知識，我想這次設計必將給我留下深刻的記憶，對我今后的工作將產生深遠的影響。

參考文獻

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4.何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計.北京：北航出版社.1992

5.李華.MCS-51系列單片機使用接口技術.北京：北航出版社.1996

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7. 徐灝.新編機械設計師手冊.機械工業(yè)出版社.1995

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10.朱昆泉  許林發(fā).建材機械工程手冊.武漢工業(yè)大學出版社.2000

11.原料立式磨的研究調查報告.國家建材局合肥水泥研究設計院.1992

許成才 一、設計（論文）內容 設計課題 ： 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 二、設計（論文）依據 1 機械系過程裝備與控制系統工程專業(yè)擬建設閉路粉磨自動化控制綜合實驗項目，主體粉磨設備 輥立磨，磨盤直徑 450，磨輥直徑 320，粉磨中硬石灰石，設計能力為 h，閉路粉磨，外置 粉機，工藝流程見附圖 三、技術要求 1 粉磨過程計算機控制 ; 2 喂料量對粉磨壓力損失的跟隨系統 ; 3 風機風量和壓力損失的檢測 4 控制系統變量超限報警系統設計 ; 許成才 四 文）物化成果的具體內容及要求 (具體內容參照機械工程系畢業(yè)設計 大綱及 實施細則的有關要求填寫 ) 圖紙內容及張數 1 立磨 系統總圖 一張 ； 2 立磨液壓缸 部裝圖 一 張 及全套零件圖 ； 3 磨盤裝配圖一張 ； 4 控制系統的硬件接線原理圖 1 張； 5 工藝系統測控位置簡圖 1 張 ； 全部計算機繪圖 ,圖量不少于 3 ㎡ 。 設計要求 : 立磨總體設計 ; 體方案設計 藝參數計算 (轉速、功率 )； 構參數設計 (缸 體壁厚、支承結構及強度校核 )； 式磨 控制系統設計； 片機為 計出 式磨 控制電路及軟件程序 計風量 檢測與控制系統，通過對進出 立式磨風量檢測與設定值比較，從而控制熱風量 和熱源工作狀態(tài)； 計的系統客隊多路模擬量和客觀量信號進行采集和控制 ,即不但能滿足上述技術要求 ,而且具有廣泛的應用性； 計控制系統的硬件接線原理圖，系統程序框圖， A/D 轉換器 、顯示器和存儲器子程序。 許成才 五 . 畢業(yè)設計（論文）進度計劃 起訖日期 工作內容 備 注 研查閱并收集國內外相關資料和信 息 ; 業(yè)實習 ,完成實習報告 ; 體設計方案確定 ;各部件結構改進方 案確定 ,部裝草圖形成 ; 樣設計、繪制 ,并將設計圖樣及時提 交指導老師初審 ; 寫設計說明書 ,根據指導老師意見修 改圖樣 ,交全部設計文件 ; 5 準備答辯 ; 辯。 許成才 六 . 主要參考文獻： 1 丁元杰 北京 :機械工業(yè)出版社， 1999 2 何立民 ,列單片機應用系統設計 北航出版社， 1992 3 李華 . 列單片機實用接口技術 北航出版社， 1996 4 陳強 . 機械系統的微機控制 清華大學出版社， 1996 5 俞光昀 . 計算機控制技術 電子工業(yè)出版社， 1999 七、其他 1 設計說明書一份（不少于 10000 字）； 2 控制系統框圖及調試成功的源程序一份 (可納入 設計說明書 ); 3 畢業(yè)實習報告一份（ 實習所在車間工藝流程圖一份，不少于 3000 字） ; 4 控制系統設計資料及全部圖樣軟盤拷貝一份 ;(說明書如打印 ,也拷入軟盤 ) 目 錄 0前言 .............................................................. 1 1 總體方案論證 ..................................................... 5 計方案 ........................................................ 5 2計算部分 .......................................................... 6 輥寬度的確定 .................................................. 6 機通風量的確定 ................................................ 6 盤轉速的確定 .................................................. 6 輥的壓力的確定 ................................................ 7 需功率的確定 .................................................. 9 壓缸的確定 .................................................... 9 3設計部分 ......................................................... 10 速機的設計 ................................................... 10 壓系統的設計 ................................................. 10 測控制系統的設計 ............................................. 11 磨材料的選擇 ................................................. 11 制系統的設計 ................................................. 12 4結論 ............................................................. 24 致謝 .............................................................. 25 參考文獻 ........................................................... 24 附件清單 ........................................................... 25 機械工程系畢業(yè)設計說明書 1 摘 要 . 立式磨是利用料床粉碎原理進行粉磨物料的一種研磨機械。它主要用于水泥、煤炭、電力等行業(yè)。本文作者從實際運用及經濟等角度出發(fā)，通過認真的研究和論證，設計出了這款 立式磨機及其它的控制系統。該立式磨易于調節(jié)、粒度均勻、噪音低、磨損小揚塵少、系統工業(yè)流程簡單、占地面積小、 投資省等優(yōu)點。其控制系統是由 89位電路、 轉換器、獨立中斷式人機接口鍵盤、 晶顯示器、程序存儲器、數據存儲器組成。它不但能滿足磨機的控制要求，也可對多路模擬量和開關量信號采集和控制。本文詳細的介紹了磨機的設計原理、設計過程及使用和維護方法及其它的控制系統的設計和各個模塊的程序。 關鍵詞 ： 立式磨、控制、數據采集 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 2 to on a of of of It is in as of in of of It is to to is of in as is 9to up It of to of of of 械工程系畢業(yè)設計說明書 3 長期以來，球磨機作為一種傳統的粉磨設備，一直壟斷著水泥工業(yè)粉磨作業(yè)的全過程，所消耗的電能約占水泥生產總電耗的 70%左右，因此，粉磨作業(yè)的節(jié)能一直是水泥工作者高度重視的問題之一。 球磨機的粉磨機理論基于沖擊和研磨 作用，其特點： （ 1） 必須把幾十噸，甚至上百噸的研磨體和物料同時帶到一定的高度、； （ 2） 研磨體作用在物料上的力變化較大，非人為所能控制； （ 3） 研磨體之間以及研磨體與襯板之間存在著無用撞擊，大量的能量被白白消耗； （ 4） 存在過磨現象； （ 5） 噪音大，一般為 100～ 120 （ 6） 研磨體消耗大。 由于球磨機粉磨機理存在上述缺陷，導致能量有效利用率極低，據資料報道，一般為 1～ 3%。 以往水泥工業(yè)粉磨系統的節(jié)能改造工作都局限在球磨機本身及其系統的改造上，如改進磨機襯板、隔倉板、調整研磨體級陪、磨內通風、改開流系統為閉和系統、降低入磨物料粒度等 等，都取得了一定的增產節(jié)能效果，但沒有從根本上解決球磨機理上存在的問題。 從國外二十年代末發(fā)明了立式磨技術以來，在水泥工業(yè)作為原料的烘干兼粉磨設備，節(jié)能效果十分明顯。立式磨采用料床原理粉磨物料，主要有以下特點： （ 1）物料受擠壓，沖擊和剪切作用，能量利用率高、電耗低，比球磨機節(jié) 0～ 30%。 （ 2）烘干能力大。立式磨采用氣體輸送物料，在粉磨水份較大的物料時可控制入磨風溫，在對物料進行粉磨、選粉、輸送的過程中進行烘干；是產品達到要求的水份。在立式磨內可烘干粉磨水份高達 10～ 15%的物料。 （ 3）入磨物料粒 度大，可達輥磨直徑底 5%，所以大中型立式磨可以省掉二級破碎。 （ 4）產平的化學成份及細度穩(wěn)定。物料在立式磨內停留時間僅 2～ 3分鐘，而球磨機則要 15～ 20分鐘。所以立式磨系統產品的化學成份可一很快測定、校正，成份波動小，有利于均化。此外，立式磨內的合格產品能及時分離出來，避免了過粉磨現象。產品細度可通過調節(jié)分離器轉子轉速迅速改變，細度穩(wěn)定，粒實驗室立磨及數據采集控制系統設計 4 度均齊，有利于煅燒。 （ 5）工藝流程簡單、占地面積小、建筑面積小。立式磨集破碎、粉磨、烘干、選粉、輸送無道工序于一體，工藝簡單、布局緊湊。 （ 6）噪音低、揚塵少，操作環(huán)境 整潔立式摸的噪音僅為 80～ 85統在負壓下工作，無粉塵飛揚，操作環(huán)境清潔。。 （ 7）研磨體消耗少，壽命長、運轉率高。由于立式磨輥套與襯板之間不直接接觸，磨損小，研磨體壽命長、運轉率高。 同時，磨機的控制系統也一直是人們所關心的問題，隨著計算機在工業(yè)控制領域的應用迅速發(fā)展，我國水泥工業(yè)自動化程度正日益提高。計算機控制系統和各種新型儀表不斷的推廣使用，所以說設計出一個比較好的控制系統也是提高水泥的生產質量、效率的一個可靠的保證。本文以 89 轉換器、 立式中斷鍵盤、 晶顯示器、并擴展 8255A 芯片作為控制單元共同組成了一個完整的數據采集控制系統。此系統不僅僅滿足于此立式磨的控制，還能對多路模擬量和開關量信號采集和控制，此外本文還介紹了控制系統的各個模塊的程序設計。 由于立式磨在粉磨機理上比球磨機有重大突破，而且它的控制系統也是處于領先地位，它可對多路模擬量和開關信號進行采集和控制，正因為有這么多的優(yōu)點，所以此系統水泥工業(yè)節(jié)能降低、推動粉磨技術的發(fā)展和重大的進步有著極為重要的作用。 機械工程系畢業(yè)設計說明書 5 1 總體方案論證 (1) 磨盤及磨輥是立式磨最重要的部件之一 ,合理的磨盤形狀配以相適應的磨輥 ,對提高粉磨效率、減少研磨體消耗有著極為重要的作用 選擇了一種具有兩個輥的輥式磨 ,磨盤為平面、磨輥為錐臺、磨輥軸與水平面呈15夾角 . (2) 立式磨的傳動裝置安置在磨機的下部 ,它既要帶動磨盤轉動 ,還要承受磨盤、物料、磨輥的重量以及加壓裝置施加的碾磨壓力，是立式磨中最重要的部件之一。由于要承受很大的垂直壓力及沖擊載荷，所以傳動裝置采用圓錐 (3) 加壓方式的確定 除擺輥外，所有型號的立式磨均有兩 種加壓方式，即彈簧加壓和液壓加壓。彈簧加壓有三個嚴重的缺點：第一，由于磨輥和襯板逐漸磨損，對物料的加壓逐漸減小，致使粉磨能力下降；第二，立式磨必須在滿負荷狀態(tài)下起動，要求電動機動力矩大，起動困難；第三，彈簧的壓力不能自動調節(jié)，當磨內進入較大的物料或鐵塊等雜物時，磨機會嚴重過載，不利于呆板權運行。 隨著液壓技術的發(fā)展以及對立式磨性能要求的提高，目前除大中型立式磨采用液壓加壓以外，小型的立式磨也采用液壓加壓，這重加壓方式解決了彈簧加壓的問題，碾磨壓力穩(wěn)定，調節(jié)方便，并且可以在運行中進行調節(jié)，當立式磨內進入鐵塊等 雜物時，磨輥可以跳起越過雜物，此時由于蓄能器的緩沖吸振作用使磨機不會過載，此外，用這種加壓方式還能很方便地抬起磨輥，使磨機能輕載或空載起動。因此，此重立式磨也采用液壓方式提供碾磨壓力。 （ 4） 控制方式的確定 控制部份系統主要包括 A/位電路、存儲器和作為人機接口的鍵盤、顯示器等。 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 6 2 計算部分 立式磨設備的工藝參數與設備的性能有著密切的聯系，但各工藝參數之間又存在一定系，由于各種立式磨的結構形式不一樣，各工藝參數之間的關系各不相同。迄今為止，國內外均沒有任何公司或制造廠商公開有關的計算公式，所 以在設計時，主要通過類比和統計資料確定各個工藝參數。 輥寬度的確定 在磨輥對物料施加的碾壓力以及磨輥直徑一定的情況下，磨輥越寬，單位面積上的壓力越小。不利于粉磨物料。磨輥越窄，對物料的壓強越大，碾壓過的物料細粉比例越大，但碾壓的物料總量少，而且磨損較大。所以選擇合適的磨輥寬度對提高粉磨效率、保證設備的使用壽命是非常重要的。根據統計資料 慮到所設計的立式磨磨輥的形狀與 時考慮磨盤轉速等因素的影響，并考慮到磨損的均勻性，取該比值為 ： 機通風量的確定 立式磨的通風量一方面要考慮能將粉磨過的物料中的產品帶出機外，另一方面又要考慮到能將物料烘干到所要求的產品的水份。隨意，立式磨的通風量與磨機產量、產品細度、入磨物料的水份、產品水份以及入磨風溫有關。在入磨風溫一定的情況下，若將入磨物料烘干到所要求的產品水份所需風量大于粉磨輸送物料所需的風量，則應以烘干水份所需風量作為磨機通風量。根據資料統計，立式磨的通風量與產量之間有以下關系。 V=600~400 106?Q V— 磨機通風量，（ 3m /h） Q— 磨機的產量，（ t/h） 盤轉速的確定 磨盤轉速是立式磨的一個主要參數，與其他結構參數的確定有著密切的聯系。機械工程系畢業(yè)設計說明書 7 如碾磨的壓力，磨機的產量，傳動功率，減速機的傳動比等。不同形式的立式磨轉速均不相同，但物料要求有一定的離心力并且相等，即 F==m（2D） × （ 260n?） 2 式中： F— 物料受到的離心力 m— 物料的質量 R— 碾磨軌跡半徑 D— 磨盤的直徑 N— 磨盤的轉速 從上可看出，在相同的離心力下，磨盤的轉速 n 與磨盤直徑 D 的負 次方成正比，但各種立式磨比例常數不一樣，根據 有關資料介紹 ,n= D ; :n= 據收集到的資料 ,立式磨磨盤轉速與磨盤直徑之間的關系大致為 : 所以此立式磨磨盤的轉速大致為 : n=mi n/ ?? ?? 輥的壓力的確定 研磨壓力的大小 ,直接影響磨機的產量和設備的性能 則不能壓碎物料、粉磨效率低、產量小、吐渣也大。壓力大、產量高主電機功率消耗也增大，輥套和襯板的磨損也增大。因此，研磨壓力是立式磨非常重要的參數之一，確定其大小時既要考慮 所要粉磨的物料性 能，又要考慮單位產品電耗，磨耗等諸多因素。 由于輥磨的擠壓方式決定了其料床的被擠壓區(qū)內無論沿磨輥的周向還是沿磨實驗室立磨及數據采集控制系統設計 8 輥的軸向的壓力分布都是不均勻的，存在壓力分布梯度、（如下圖），且這種壓力分布梯度是隨磨輥的結構絕對尺寸及輥徑與輥寬的比值而變化。 假設每個磨輥的總的施加壓力 F，那么作用于料床的被擠壓區(qū)的單位面積內沿磨輥周向的平均壓力為： 2F÷ （ ? D ） 令：）（ ??并把P 2， 假設作用于料床的被擠壓區(qū)的單位面積內沿磨輥軸向的最大壓力 ，P ?從以上的幾個公式可得： ?ax P ?，將 ? 值代入上式得： P ）（， 35~29實驗結果表明：雖然輥磨的工作壓力越大，其消耗的功率就越多， 產量也就越高，但是為了保證實際運轉中磨輥與磨盤中受擠呀壓的料床不失穩(wěn)，保證輥磨能穩(wěn)定可靠的運行，對于生料磨其研磨輥軸向的最大壓力 30名義壓力 以我們取 和磨輥的直徑，然后在根據磨盤直徑可得出：F= ???????輥徑和輥寬和角度都是已知的，然后在根據 ? 30械工程系畢業(yè)設計說明書 9 需功率的確定 設計一臺輥磨時，不僅需要考慮到生產工藝上如喂料粒度等方面的要求，而且還需要考慮到具體的機械結構等因素，那么磨輥的名義直徑 輥的名義寬度 輥的個數 考慮到 ? 和 磨消耗的凈功率 其磨盤名義直徑 ： 52。K ?那么輥磨的裝機功率為： 52。?? 壓缸的確定 根據強度計算：?? ??0? 然后再根據活塞桿直徑和缸徑的比例關系如下圖所示： ? 缸 徑 32 40 50 63 80 90 100 110 125 10 12 16 20 22 25 28 32 0 12 16 20 25 28 32 36 40 4 18 22 28 36 40 45 50 56 6 20 25 32 40 45 50 56 63 8 22 28 36 45 50 56 63 70 0 25 32 40 50 56 63 70 80 2 22 28 36 45 56 63 70 80 90 5 32 40 50 63 70 80 90 100 5 45 56 70 80 90 100 110 即可選出一個缸徑，考慮到經濟和其他方面的的問題，此次設 計選了缸徑為 63。 缸的厚度為： h=y）（ 0][ ????? h=y 1010631 0006363 ?????）（實驗室立磨及數據采集控制系統設計 10 3 設計部分 在前面確定了減速機的結構形式為圓錐 確定了用滾子軸承受磨輥的碾磨壓力以及磨盤和物料的重量，具體設計如下 : 設計條件 : (1)傳遞功率 :2)入軸轉速 :960r/3)輸出轉速 :87r/4)減速機 24 小時連續(xù)工作 ,負荷具有中等沖擊 ,動荷系數為 5)減速機齒輪及軸承采用噴油浸油潤滑 (6)壽命 :＞ 50000 小時 根據設計條件的參數加上上面計算所得的公比選擇了一個標準的減速機。 壓系統的設計 根據選定的設計方案，設計了具有液壓加壓、緩沖吸振以及安全保障功能的液壓系統。該系統有電動機、油泵、濾油器、溢流閥、電磁換向閥、液控單向閥、電接點壓力表、壓力變送器、油缸、蓄能器、球心截止閥等組成。在 磨機啟動時，可利用液壓系統對油缸左腔沖油，使磨輥抬起，以便磨機輕載起動。磨機起動完畢后，開動油泵電機給油缸腔充油，對物料施加粉磨壓力，一旦達到所要求的壓力，則油泵電機停止工作，液控單向閥對系統保壓，蓄能器起緩沖、吸振作用使油泵以及系統不會因過載而造成損壞。 需檢修、更換磨輥輥套時，可對油缸左腔沖油，使磨輥翻出機外達到所需要的檢修位置，然后關閉球芯截止閥，磨輥就會停留在該位置上，即可進行檢修、更換。檢修、更換完畢后。檢修、維護十分方便。 由于立式磨加壓系統對加壓速度、翻滾速度沒有要求，且工作時間短，所以就選擇了高壓、低流量齒輪油泵。根據磨輥的質量和其在翻滾過程中的幾何位置關系、以及行程，確定了其安裝位置。液壓系統的一些元件均采用標準件，以利于保證質量、降低造價以及維護、保養(yǎng)。 機械工程系畢業(yè)設計說明書 11 為使立式磨能夠安全、可靠的運行，除立式磨粉磨系統需要檢測、控制系統外，該立式磨主機設置了以下檢測、控制內容。 （ 1）振動指示、記錄、報警、停機。立式磨在工作過程中可能發(fā)生斷料和喂料過多引起磨機振動速度應限制在一定范圍內，當超過一定值時則報警，超過允許振動的最大值時停主電機。采用廁振傳感器配帶上下觸點的顯示 儀表則可實現該功能。 （ 2）加壓壓力指示、報警。為使立式磨經濟、可靠的運行，磨輥加壓壓力必須控制在一定的范圍內。當發(fā)生意外情況該壓力超過允許的最高壓力時，則報警，提示操作者處理。 （ 3）入磨熱風溫度指示、報警。入磨熱風溫度必須控制，以保證設備零、部件正常工作，當超過允許的上限值時則報警。 （ 4）減速機供油壓力指示、報警、停機。減速機的齒輪采用噴油潤滑，供油必須具有一定才能保證齒輪副潤滑良好，因此設計該檢測系數，當壓力低于設定壓力時，發(fā)出報警信號。當壓力低于保證潤滑最低壓力時，發(fā)出停機信號，使主電機停機，確保 減速機的安全。 （ 5）潤滑油供油溫度指示、報警、停機。為了使減速機的軸承和齒輪副得到良好的潤滑和冷卻，除要求有一定的供油壓力外，還必須將供油的溫度控制在一定范圍內，當供油溫度超過設定的控制值時，發(fā)出報警信號。達危險油時發(fā)出停機信號。 （ 6）主電機電流指示。主電機電流反映了立式磨的工作狀況，操作者能夠根據主電機電流調節(jié)加壓系統壓力，使立式磨在經濟狀態(tài)下運行。 （ 7）分離器轉子轉速指示、控制。分離器轉子轉速是保證產品細度的重要參數之一，為使立式磨能夠生產出合格的產品，分離器轉子轉速必須具有顯示和控制裝置。采用調 速電機、調速器即可實現。 立式磨的研磨元件是磨輥輥套和磨盤襯板，特別是輥套不僅受到高速氣流和物流的沖刷作用。因此不僅要求材料具有很高的硬度以防表面接觸磨損，同時要求具有一定的沖擊韌性，防止表面受到的剪切力使材料呈微粒狀剝落。 國外立式磨制造長曾經使用過高錳鋼、冷激白口鑄鐵、制造立式磨輥套和磨盤襯板。特別是鎳硬的材料耐磨性能比較好，在各種立式磨上應用廣泛。近幾年，國外又研制出一種新的耐磨材料 — 高鉻鑄鐵，起耐磨性能是鎳硬 左實驗室立磨及數據采集控制系統設計 12 右，從而得到了廣泛 的應用。經過大量的調查和研究，并隊其各種材料的價格等多方面的比較分析，選擇了性能較好，價格適中，供貨渠道較廣的高鉻鑄鐵作耐磨材料。同時在加工的同時采用了新的加工方法，以保證制造質量，縮短更換時間、延長使用壽命，提高設備的運轉率 在現在的控制的系統中單片機控制的應用越來越廣泛，它的整個系統包括：A/據存儲器、程序存儲器、 盤、復位電路、8255框圖如下： 圖 4 控制系統總框圖 單片機是以 51 系列 單片機為主。 在眾多的 51系列單片機中，要算 司的 實用，因 為它 不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K 程序存儲器是 藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用 電的方式 瞬間 擦除、改寫 ，一般專為 的 編程器 均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保 護了你的勞動成果 。 A/D、 D/備等檢測與控制裝 置中應用比較廣泛的器件。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，各種高精度、低功耗、可編程、低成本的 A/得微機控制系統的電路更加簡潔，可靠性更高。 外圍電路的連線簡單，三個控制輸入端為 選 )、輸入 /輸出時鐘 (I/O 及串行數據輸入端 (片內的 14通道多路器可以選擇 11 個輸入中的任何一個或 3 個內部自測試電壓中的一個，采樣－保持是自動的，轉換結束， ●11 個模擬輸入通道； 機械工程系畢業(yè)設計說明書 13 ●66 ● 最大轉換時間為 10μs ； ●行接口； ● 線性度誤差最大為 ±1 ● 低供電電流 (1； ● 掉電模式電流為 4μA 。 擬輸入端，由內部多路器選擇。對 ，驅動源阻抗必須小于或等于 50Ω ； 選端， 高到低變化將復位內部計數器，并控制和使能 I/O 低到高的變化將在一個設置時間內禁止 ； 行數據輸入端，串行數據以 ，用來選擇下一個要轉換的模擬輸入信號或測試電壓，之后 I/O A/D 轉換結果三態(tài)輸出端，在 引腳處于高阻狀態(tài)；當 引腳由前一次轉換結果的 換結束端。在最后的 I/O 源正端、地； 正、負基準電壓端。通常 大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差； I/O 鐘輸入 /輸出端。 次轉換和數據傳送使用 16 個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 在 S 變低時開始轉換和傳送過程， I/O 個上升沿將8 個輸入數據位鍵入輸入數據寄存器，同時它將前一次轉換的數據的其余 11 位移出 I/O 變化。當 I/O 由于 51系列單片機不具有 了便于與 用軟件合成 減少數據傳送速受微處理器的時鐘頻率的影響，盡可能選用較高時鐘頻率。。 I/O 時鐘、數據輸入、片選信號由 供，轉換結果由 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 14 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得 到越來越廣泛的應用。 字符型液晶模塊是一種用 5陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為1行 16個字、 2行 16個字、 2行 20個字等等，這里以常用的 2行 16個字的 此處 采用標準的 14腳接口，其中 地電源， 5V 正電源， 液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 讀寫信號線， 高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 低電平 晶模塊執(zhí)行命令。 7 為 8位雙向數據線 8255A 具有 24 條輸入 /輸出引腳、可編程的通用并行輸入 /輸出接口電路。它是一片使用單一 +50腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。 8255A 的通用性強，使用靈活，通過它 8255輸出通道：通道 A、通道 B、通道 C。 8255 數據端口 A、 B、 C； 組控制；讀 /寫控制邏輯電路；數據總線緩沖器。 端口 A： 包括一個 8 位的數據輸出鎖存 /緩沖器和一個 8 位的數據輸入鎖存器，可作為數據輸入或輸出端口， 并工作于三種方式中的任何一種。 端口 B： 包括一個 8 位的數據輸出鎖存 /緩沖器和一個 8 位的數據輸入緩沖器，可作為數據輸入或輸出端口， 但不能工作于方式 2。 端口 C： 包括一個 8 位的數據輸出鎖存 /緩沖器和一個 8 位的數據輸入緩沖器， 可在方式字控制下分為兩個 4位的端口（ 每個 4位端口都有 4 位的鎖存器， 用來配合端口 A 與端口 B 鎖存輸出控制信號和輸入狀態(tài)信號，不能工作于方式 1或 2。 在單片機控制系統中，單片機由于受到各種干擾而不能可靠上電復位，甚至在程序運行過程中出現死機是普遍存在的問題。目前單片機廣泛應用于家用電器、汽車電控、工業(yè)自動化控制等系統中，單片機能否可靠上電復位和如何有效對程序運行進行監(jiān)控，關系到單片機系統設計的成敗。 菱、東芝等許多公司為提高單片機運行的可靠性，相繼開發(fā)了內置有電壓檢測和看門狗定時器功 能的單片機。但在我們實際使用過程中，發(fā)現這些內置的功能并不理想。尤其在電源電壓波動比較大和電源開關比較頻繁的場合，往往不能可靠上電復位甚至出現死機。保證單片機可靠上電復位，以及對程序運行進行監(jiān)控，機械工程系畢業(yè)設計說明書 15 特別是對 51 系列內部沒有看門狗定時器的單片機顯得尤為重要。復位電路，它既能保證單片機系統在上電時產生可靠的復位脈沖，又能在單片機死機時對其進行自動復位。 門狗定時器，電壓監(jiān)控和 合在單 封裝之內。這種組合降低了系統成本并 減少了對電路板空間的要求。 看門狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統。當系統鼓掌時，在可選的超時周期之后， 門狗將以 號作出響應。用戶可從三個預制的植中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。 利用 測電路，可以保護系統使之免受低電壓狀況的影響。當 統復位。復位一直確保到 它的引腳包括以下幾個： 1 串行輸出（ 是推動串行數據輸出引腳。在讀周期內，數據在此引腳上移出，數據由串行 時鐘的下降沿同步輸出。 2 串行輸入（ 是串行數據輸入引腳。所有操作碼，字節(jié)地址以及寫入存儲器的數據在此引腳上輸入。數據由串行時鐘上升沿鎖存。 3 串行時鐘（ 它的控制用于數據輸入和數據輸出的串行總線定時。操作碼，地址或出現 腳上的數據在時鐘輸入的下降沿之后發(fā)生改變。 4 芯片選擇（ 當 高電平時， 被選擇， 出引腳處于高電阻狀態(tài)，除非內部寫操作正在進行，負則 處于備用電源方式。 25045 工作， 把它置于工作電源方式 . 5 寫保護 (當 低電平時 ,非易失性寫操作被禁止 ,但是器件的其它功能仍正常 所有的功能都正常 . 6 復位 ( 高電平有效。只要 降至低于最小變?yōu)楦唠娖健? 工作原理： 括一個 8位指令寄存器。它可以通過 據在 上升沿由時鐘同步輸入。在整個工作期內， 須是低電平且 視總線，如果在預置的時間周期內沒有總線的活動，那么它將提供 鍵盤是一組按鍵的集合。按鍵是一種按壓式或接觸式常開型按紐開關。平時按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)為按壓式或接觸式按鍵時，兩個觸點才處于閉合連接狀態(tài)。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是哪個位置的鍵？這個鍵的鍵值是多少？為了讓 常將按鍵開關的一個觸點通過一個電阻接 +5一個觸點接地或低電平。 獨立式鍵盤的特點：各按鍵相互獨立，有個按鍵的“按零端”均接地，每個實驗室立磨及數據采集控制系統設計 16 按鍵的“測試端”各接一根入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其 它輸入線上的工作狀態(tài)。這樣，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個按鍵被按下了，因此操作速度高，而且軟件結構很簡單，所以，此處就采用了獨立式中斷鍵盤。 89 I/O 接口直接接口 ,它的內部有復位電路 ,能進行上電復位 F 為 1,在電源電壓 后 ,此狀態(tài)可維持 10位執(zhí)行以下命令 : 1， 清除顯示 2， 功能位置， ，為 8位數據長度接口； N=0，單位顯示； F=0，為 5× 7電陣字符等； 3， 開 /關顯示， D=0，關顯示， C=0，關光標； B=0，關閉爍功能； 4， 進入方式設置， I/的 ，地址采用遞增方式； S=0，關顯示移動功能。 各個模塊的程序設計如下： A/ 設通道 /方式控制字存放在 序在讀出前一次轉換結果的同時，將該通道/方式控制字發(fā)送到 去，轉換結果存放在相鄰地址的存儲器中。存儲器地址從 30H～ 45H，且高字節(jié)在前，低字節(jié)在后。 00H P，＃ 50H ；堆棧指針初始化 1，＃ 04H ； ， B ；如果 為 1，先做低字節(jié) 5，＃ 08 ， ；數據位讀入進位位 C ；輸出方式 /通道位 ；產生 I/5， ；輸入 /輸出另一位 2， A ；高字節(jié)送入 械工程系畢業(yè)設計說明書 17 ， B 5，＃ 08 ， C 5， 3， A ， B ， ，＃ 0 ，＃ 02 B ，＃ 030H 1， A ， A 1 ， A 位電路（可編程看門狗）的程序： I O 0000H 1,#0P,#60H 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 18 A,#1 A,#08 A,#45 A,#06 4 4 1R ,#00H 機械工程系畢業(yè)設計說明書 19 30H S ， 1R 2 ＠003R， 3R， #10H 1R ， #0 0R， #30H A， #02 A， A， ＠00020 3R， R #4/#10H 0R， #40H ， #03H A， #00 ＠0R， A 04R ， R ， #8 A 2R ， #8000H A， #0H ＠ A 械工程系畢業(yè)設計說明書 21 A， #0A#30H ＠ A A， #0＠ A A， #06H ＠ A #A， #43H ＠ A A， #53H ＠ A A#26H ＠ A A， #53H ＠ A #8000H A， #0＠ A #A， #39H ＠ A A， #32H ＠ A A， #32H 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 22 ＠ A A #8000H A， ＠ B A 盤的程序清單： A,#0 00 0: 1 A,30H A,#04H,30H,#0 30H 1: 2 A,#1 2: 3 A,#2 3: ,#3 機械工程系畢業(yè)設計說明書 23 3 A,30H 9 30H C A,#12 @A # 5: 0A,A A,#06: 0A,A A,#0驗室立磨及數據采集控制系統設計 24 4 結論 本文主要研究了 壓系統以及它的測控位置。經過此次的改進和完善， 立式磨具有效力高、電耗低、烘干能力大，產品細度易于調節(jié)、粒度均勻、化學成份容易控制、噪音 低、磨損小、揚塵少、系統工藝流程簡單、占地面積小、投資省等優(yōu)點 1. 將四個排渣口改為一個，便于用戶處理吐渣。 2. 將動臂和搖臂改為體整鑄造，減少機械加工難度。確保加工制造質量。 3. 提高傳動功率、充分發(fā)揮設備潛力。 控制系統不僅滿足此立式磨的要求，同時也可對多路模擬量和開關量信號采集和控制。具有廣普的應用性。 當然 ,設計過程中也有一些考慮欠缺的地方 ,我們會在今后的設計中不斷改進和完善 ,進一步提高產品的性能 . 機械工程系畢業(yè)設計說明書 25 致 謝 從三月底我們就進入畢業(yè) 設計階段 ,首先的一段時間 ,我們熟悉了課題 ,并收集了一些必要的參考資料 ,后來又分別到江動集團、紅旗機床廠、鹽城機床廠進行了畢業(yè)實習。四月二十日左右我們便正式開始了我們的畢業(yè)課題設計。經過兩個多月的艱苦工作，畢業(yè)設計即將順利完成。 回顧整個過程，我覺得受益匪淺，在設計過程中，我深刻領悟到“溫故而知新”的道理，重新學到了很多的知識，更加系統的掌握了畫圖的技能和技巧。學會了有關的資料手冊，而且也深刻地體會到了設計人員在設計過程中必須考慮周全細致，謹慎小心，循序漸進的原則，耐心計算，及時查閱資料，隨時向老師請教。只有這樣才能設計得到一個圓滿的結果，同時在設計過程中滲進一些創(chuàng)新思想，隨時對設計的方案進行優(yōu)化，這樣在設計過程中遇到的困難是可想而知的?！皶接脮r方恨少”，在設計的過程中我們也深刻的感受到了自己掌握知識有限，我們必須在今后的學習和工作中不斷地學習知識，充實大腦，才能適應今后的工作生活。 在設計的過程中得到了倪文龍和盧文華老師的悉心指導。以及系領導和其他老師的關心和幫助，在此致以深深的謝意！同時，設計小組其他成員在設計中團結合作、互相幫助，這也是設計得以順利完成的可靠的保證。在此，我也向他們致謝。 短暫 的畢業(yè)設計即將結束了，大學生活也畫上了圓滿的句號。離別之時，既感傷又高興，感傷的即將和生活多年的同學、老師分別。值得高興的是，雖然畢業(yè)設計不夠完美，但畢竟是自己的心血完成的任務。并掌握鞏固了知識，我想這次設計必將給我留下深刻的記憶，對我今后的工作將產生深遠的影響。 實驗室立磨及數據采集控制系統設計 26 參考文獻 水泥廠破碎粉磨系統新技術文集 水泥工業(yè)粉磨工業(yè)技術 國建材工業(yè)出版社 水泥粉磨工藝新技術文集 2002 民 北京：北航出版社 北京：北航出版社 單片機微機原理及應用 械工業(yè)出版社 . 徐灝 機械工業(yè)出版社 國家建材局技術情報研究所 朱福元 寧夏人民出版社 許林發(fā) 武漢工業(yè)大學出版社 國家建 材局合肥水泥研究設計院