毕业设计（论文）-复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计（全套图纸） .doc

第1章 绪论1.1 前 言随着我国工业生产自动化程度的不断提高，配料皮带秤已广泛地应用在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的配料皮带秤的控制部分还比较落后，直接影响了产品的质量。过去传统配料皮带秤多采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行速度控制，由于滑差电机调速方式在低速时特性差、效率低；使用现场外部工作环境又很恶劣，工业粉尘很多，这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产；另外由于采用模拟电路控制方式，控制不稳定，精度低，调试烦琐，使用极不方便。我们可结合现代先进控制技术，采用可编程序控制器控制矢量型变频器拖动密封式鼠笼电机方案，以数字处理技术取代传统的模拟控制方式，以无级变速的矢量型变频器控制封闭式鼠笼电机，取代老式的滑差式调速方式。本章主要介绍了散状物料的配料混合自动化运输的发展状况,电子皮带秤运行过程的配料以及混合设计的方案。1.2 选题背景在复合肥的生产特别是对原料配比控制系统总存在一定的不足，有的成本高，不易推广；有的精度与可靠性差，无法在环境恶劣、现场干扰大的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统，因而成本高、靠干扰能力差。在工业生产中，很多情况下是通过现场操作人员按照配比，人工调节给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操作人员的经验或"人工跑盘"的结果来决定，配比精度较差，操作人员劳动强度大，自动化水平极低。配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力，近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善，但仍然存在运行维护量较大，精度校核工作繁重、程序多等问题，远未能达到如静态电子衡器所能达到的使用精度和使用效果。1.3 配料混合系统研究意义在化工以及冶金、建材、饲料、加工等行业，配料工段一般都是整条生产线非常重要的一环。配料工段直接关系到生产效率以及产品质量。如今，配料工段的自动化越来越普遍，作为实现配料工段自动化手段的可编程控制配料系统必将会得到更为广泛的应用。在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及现场技术的要求愈来愈高，现代的称重计量仪器,不仅要给出重量或质量,也要作为过程检测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能,它们已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少的组成部分,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。配料工序是复合化肥生产过程中非常重要的环节，其配料精度直接影响着化肥产品的质量，落后的配料设备不仅效率低而且配料不准,手工操作又将人的因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有着极为重要的意义。1.4 配料混合系统的发展前景1.配料系统皮带秤由最初的纯机械式（滚轮式）皮带秤开始，已经发展四代产品，第二代是传感器电子仪表皮带秤，第三代是传感器微机式皮带秤，第四代是微机智能化皮带秤。电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，其特点是无需人员的干预就可以完成称重操作。国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大部分组成，在实际应用过程中，要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度。其检定过程非常重要，所以首先将从以下几个方面介绍电子皮带秤的发展现状：传感器、秤架、二次仪表、检定。（1）传感器电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测量皮带速度的测速传感器（又称测量皮带行程的位移传感器），该系统涉及到了其中的测速传感器。测速传感器主要分模拟式和数字式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器，用模拟式测速传感器来检测速发电机输出电压的方式已不再使用。非接触式测速传感器尽管从理论上讲是优越的，能消除“打滑”，直接检测输送带的线速度，但在实际使用任然存在许多实际问题，有待解决，故未得到广泛的工程应用。实际广泛使用的是接触式测速传感器，其结构简单，安装维修方便，有些厂家的产品将测速元件直接装到尾轮或托辊上，以尾轮或托辊代替摩擦轮。接触式测速传感器正常条件下能比较好地测得输送带运行速度，缺点是摩擦轮粘上泥灰，使直径变大或者“打滑”，产生测速误差，不能准确地反映输送带线速度。（2）秤架秤架是电子皮带秤的负荷承受部分，即称重装置。为了减轻“皮带效应”对称重结构的影响，研究、设计出各种各样的秤架，典型的秤架结构形式有单托辊式、多托辊双杠杆式、多托辊悬浮式、平行板簧式、悬臂式、整体式等几种。其中杠杆系统的支点结构，早期采用刀口和一般轴承，这类支点结构因传递力的效果不佳基本上被淘汰。现在大多数采用弹簧片作弹性支撑，秤架上目前采用的支撑簧片有X型、十字型和单吊片型三种。此外少数厂用特殊橡胶轴承或无摩擦耳轴作秤架的支撑点。（3）二次仪表二次仪表分模拟式、数字式、电脑式和集散式。从上世纪八十年代起，微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外，功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能，而采用微机数字式皮带秤后，多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随时调用，这些功能包括：自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补偿、温度补偿、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输入（如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等）、公制英制单位（如 t/h、lb/s）选择、输入参数及中间计算参数显示、总运行时间显示、各种调整（调零、调满值）次数显示、多个称重传感器平衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID 控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现的，所以二次仪表的成本并不增加。2.混合系统螺旋输送机是化工企业中用途较广的一种连续混料输送设备，与其它输送设备相比较，它在输送过程中同时完成搅拌、混合等工序，即实现连续性混合。特别地，具有结构简单、紧凑，制造成本低，维修方便。对封闭的料槽可减少对环境的污染。螺杆计量配重方式则具有较多的技术优势。采用螺杆计量装置，其计量精度较高，在输送过程中不会出现堵塞物料的现象，是食品、精细化工行业运用比较普遍的一种计量输送方式。1.5 本文的结构本文在现有的配料混合系统进行分析的基础上，根据配料混合系统的总体结构，从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了详细的介绍。第2章 配料混合机械执行系统设计2.1 设计方案在化工生产中，采用带式输送机连续输送，而皮带秤是一种能解决带式运输机散装物料连续自动称量和自动配料的衡器。本系统设计的:三台带式输送机作为配料系统运载复合肥的设备,其基本参数为：每台输送机的额定输送能力为Q=30t/h，带宽B=650mm，复合肥的粒度25mm，松散密度，安息角，机长L=5m，配料过程中输送机的额定线速度为0.8m/s。完成配料后的复合肥通过混合系统对其进行混合，混合系统选择过程中关键是要能够进行混合的同时完成输送的连续性设备。其中，选型的时候，要注意其输送能力要与配料系统相匹配。，再将混合后的物料通过输送带运送到下一个生产线上。2.2 配料系统设计2.2.1 结构选择电子皮带秤在输送状态下利用测速传感器将输送带运送复合肥式的速度转换成电信号。再通过S200-7中的模拟量扩展模块进行A/D转换成数字信号，通过PLC对变频器来实现配料输送带的速度的调节。从而实现自动配料控制。其工作原理图见图2-1。输送机输送物料式，PLC连续测量输送带在某时刻的速度（m/s），由于下料的阀门口始终保持不变，即输送带上每单位长度的物料质量q（kg/m）为恒值，二者相乘所得结果为物料的瞬时质量流量（kg/s）。因带速随时间变化，所以在T时间间隔的累积质量可用以下积分式表示：式中 时间间隔内的物料累计质量，kg；物料通过秤的时间，s； 输送带单位长度上的物料质量，kg/s； 物料的运行速度（取输送带速），m/s。 图2-1 皮带秤工作原理输送机组成部件由下面几部分构成。1.输送带输送带是输送机中的曳引构件。本系列带式输送机采用普通型输送带。抗拉体（芯层）有棉帆布、聚酯帆布和钢丝绳芯。（1）覆盖胶层厚度根据所输送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性确定。（2）输送带的安全系数应根据安全、可靠、寿命及制造质量、经济成本、接头效率、起动系数、现场条件、使用经验等综合考虑确定。2.驱动装置带式输送机的动力部分，由安装在驱动架上的Y系列鼠笼型电机、凸缘联轴器、减速器等组成。（1）按带宽、带速、电机功率确定所需驱动单元。（2）减速器。优先采用圆柱齿轮减速器。一般采用渐开线齿轮传动。其优点是：效率高、结构紧凑、传动比稳定。根据齿轮的密封情况可分为开式、半开式及闭式。在运输机械方面多采用闭式齿轮传动（齿轮箱）。它与开式或半开式相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。表示减速箱减速能力的技术参数为传动比，即 式中 大齿轮齿数； 小齿轮齿数。在本设计中采用先进的圆柱直齿轮传动，使传动效率有了很大的提高。（3）轴之间是根据轴的直径选用不同型号的凸缘式联轴器进行联接。3.传动滚筒传动滚筒是传递动力的主要部件。根据承载能力分轻型、中型和重型三种。滚筒直径为500、630、800、1000mm。同一种滚筒直径又有不同的轴径和中心跨距。传动滚筒表面有裸露光钢面，人字型和菱形花纹橡胶覆面。最小传动滚筒直径D按下式选取： （mm）式中 芯层厚度或钢绳直径，mm； 系数，棉织物，尼龙，聚酯，钢绳芯。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑脂润滑。4.改向滚筒用于改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角。5.托辊托辊是用于支撑输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。（1）托辊分为槽行托辊、平行托辊、调心托辊、缓冲托辊、回程托辊、梳形托辊、螺旋托辊、过渡托辊等。（2）托辊间距应满足两个条件：辊子轴承的承载能力及输送带的下垂度，托辊间距应配合考虑该处的输送带张力，使输送带获得合适的垂度。最大下垂度：式中 两组托辊间输送带的最大下垂度，m； 重力加速度，； 托辊间距，m； 物料质量，kg/m； 输送带质量，kg/m； 该处输送带张力，N。6.拉紧装置使输送带具有足够的张力，保证输送带和传动滚筒间产生摩擦力使输送带不打滑，并限制输送带在各托辊间的垂度，使输送机正常运行。螺旋拉紧装置适用于长度较短（小于100mm），对功率较小的输送机，可按机长的的1%1.5%选取拉紧行程。7.清扫器清扫器用于清扫输送带上粘附的物料，又有头部及空段清扫器两种。8.卸料装置及导料槽卸料装置用于输送机中部任意点卸料。导料槽可使从漏斗落下的物料在达到带速之前集中到输送带的中部。导料槽的底边宽为2/31/2带宽。9.机架机架是支撑滚筒及承受输送带张力的装置。其中机架四种结构中的01机架用于倾角的头部传动及头部卸料滚筒。选用时应标注角度。10.头部漏斗头部漏斗用于导料、控制料流方向的装置。也可起防尘作用。11.电气及安全保护装置安全保护装置（输送带跑偏监测、打滑监测、超速监测等根据需要进行选择）是在输送机工作中出现故障能进行检测和报警的设备，可使输送机系统安全生产，正常运行，预防机械部分的损坏，保护操作人员的安全。此外，还便于集中控制和提高自动化水平。2.2.2 结构设计1.设计选型计算（1）原始参数及物料特性复合肥的配料系统带长5-7米，宽B=650mm，带速0.8m/s，输送能力Q=30t/h，粒度25mm，松散密度，安息角，机长L=5m。（2）初定设计参数带宽B=650mm，带速v=0.8m/s，上托辊槽角，下托辊槽角，上下托滚辊径89mm，承载分支托辊间距1.2m。（3）由带宽、带速验算输送能力由式 (2-1)得 由得，取，得S=0.0362m²。1）确定k值输送机倾角=0°。2）由式（1-1）得 （kg/s） （t/h） （）能满足t/h的输送能力要求。（4） 驱动力及所需传动功率计算1）圆周驱动力由式 （2-2）其中=0.02，查得上托辊mm，轴承4G204。且单个上辊转动部分质量kg 查得下托辊mm，轴承4G204。且单个下辊转动部分质量得（kg） 计算初选输送带NN100，Z=5层，查表输送带每层质量1.02kg/m²，上胶厚mm，下胶厚mm，每毫米厚胶料质量1.19kg/m²。=5×1.02+（3+4.5）×1.19× 650×0.001=6.7958 （kg/m）计算输送带清扫器的摩擦阻力 （2-3）带入数据得 计算，计算公式为 （2-4）带入数据有 计算。 （2-5） （N）计算，无前倾 则 =0 （N）由表得导料槽阻力 （2-6） （N）式中，l=1.5m ，m 。 （N）计算 （2-7） （N）式中 清扫器接触面积。一个头部清扫器和两个空段清扫器=0.650.012+0.6520.012=0.039（m²）无卸料器， 代值进式中有 （N）2）传动功率计算 其中 传动滚筒及联轴器效率0.98，电动机功率P=22KW，选转速的电机。（5）输送带张力计算1）限制输送带下垂度的最小张力由 （N）按回程分支（=2.4m） （N）2）输送带工作时不打滑需保持最小张力 （2-8）得 （N）按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力 （2-9）取 （N）得，则 （N）由N，计算输送机各点张力不忽略附加阻力得点张力（N）（N）则取，可得稳定工况下 （N）3）输送带层数计算 取5层，与初选相同。（6）校核辊子载荷1）静载计算承载分支 （2-10），m，m/s，kg/m，kg/s （N）上辊L=250mm，轴承4G204，承载能力2950N，满足要求。回程分支 （N）下辊；轴承4G204，承载能力813N，满足要求。2）动载计算承载分支 （2-11）每天大于16h，；粒径小，取NN均满足要求。2.2.3 配料系统精度分析在对像复合肥这种散状物料的连续累计计量中，电子皮带秤具有动态计量速度快、占用空间小、安装方便等优势，但在实际使用时，由于皮带张力、环境、温度及湿度、托辊轴承摩擦力等诸多外界因素的影响，导致皮带秤的计量误差较大。 影响皮带秤计量准确度的主要因素有：1.皮带秤计量误差产生的原因根据皮带秤的结构原理及重量累计值的计算方法可知,皮带秤的计量准确度有单位长度皮带上的物料重量以及皮带的运行速度决定的。在实际称量过程中,物料的重量是通过皮带作用于复合传感器,而皮带又是依靠托辊来支撑,托辊在运输带上每1.2m一组。皮带所承受的负荷是随着物料的端面形状,流量大小而改变,因而,皮带与托辊的贴合程度也随时在改变,这就使得皮带秤具有由其组成结构决定的、不可避免的计量误差。同时，皮带秤计量数据准确度还与皮带秤的技术指标及运行状态关系密切。2.皮带秤计量误差的表现皮带秤的综合计量性能主要体现在零点和量程这两个指标上。在实际生产过程中，皮带秤计量误差的表现形式是：(1) 零点误差；(2) 量程发生变化；(3) 测量速度的误差。3.影响皮带秤准确度的主要因素(1) 机架和皮带上积料，皮带表面水分所造成的皮带秤零点的波动；(2) 放大电路零点和增益的变化；(3) 运输皮带张力的变化，张力的变化是随着运输带上物料的多少、气温、倾角等而变化。这就使得作用在称重传感器的力发生变化，从而引起零点和量程发生变化；(4) 运输皮带弹性的变化也会影响到零点和量程的准确性；(5) 秤框及称重托辊的非准确直度引起的零点偏差。4.提高电子皮带秤计量准确度的途径为了提高皮带秤的计量准确度，减小及克服计量误差。在实际工作中，我们首先要保证系统的安装技术指标及运行稳定性；同时对皮带秤进行正确的维护；另外要选择切实可行的校准方法对皮带秤进行定期校准。（1）提高系统的安装精度在安装皮带秤框时，我们首先要严格按照皮带秤的安装技术指标对其进行精确的安装。另外保证秤架范围内托辊倾角的一致性，减少皮带在运输物料过程中的形变。取得了良好的效果。（2）正确使用和维护多年的工作实践证明，皮带秤的实用经济价值与现场维护、小准工作关系甚大。因而，在日常的使用中，需对皮带秤进行正确的使用和技术维护。（3）校准皮带秤是在动态下对物料进行连续累计称量，因而，严格按照校准周期及生产工艺的实际需要对其进行校准，是保证其称量准确度的必要条件。2.3 混和系统设计2.3.1 混合设备选择针对复合肥要实现的是在运输过程中完成配料过程，针对此需求，选择螺旋输送机实现此工序。混合复合化肥生产过程中，混合工序是将按预先所需的已通过电子皮带秤进行一定比例输送的原料进行混合。为了给混合过程创造一个良好的物态条件，更有利于均匀。对混合过程中的要求都满足：1.各种成分能均匀分散；2.混合后的物料温度不能太高，以防物料结块；3.混合时间要短，要能满足生产过程中连续出料的要求；4.混合过程要在密封状态下进行，应能防止粉尘的逸出；5.便于清洁，混合工序是在干燥状态下进行的，在整个过程中应注意粉尘飞扬，要实现密封下操作。根据颗粒生产工艺的特点，螺旋输送机作为混料设备具有高效的混合效率，特别是在输送过程中能同时完成搅拌、混合等工序是该设备特有的优点。螺旋输送机是一种不带挠性牵引的输送设备，见图2-2，因结构简单、横截面尺寸小、密封性能好、便于中间装料和卸料，操作安全方便，制造成本低而使用广泛。它利用螺旋形状的旋转面推移物料来完成输送工作。工作中，物料像不旋转的螺母沿轴杆平移，使物料不与螺旋叶片一起旋转的力是物料本身的重量和机壳与物料的摩擦及物料间的摩擦。它主要用来输送各种粉尘状、颗粒状、小块状的物料，如化工原料、面粉、煤粉、烟尘、水泥、粮食等，在输送过程中还可对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等工艺。螺旋输送机是根据机械力学原理工作的，图2-2是其原理图，由螺旋机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成。螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等组成。螺旋杆由电机驱动旋转，带动复合肥沿着机壳内壁向前运动，实现连续混合运输的要求。图2-2 螺旋输送机结构示意图2.3.2 结构设计1.应用范围及特点螺旋输送机是在化工、建材、粮食等部门中广泛应用的一种输送设备，主要用于输送粉状、颗粒状和小块状物料。螺旋输送与其他输送设备相比较，具有结构简单、横截面尺寸小、密封性能好、可以中间多点装料和卸料、操作安全方便以及制造成本低等优点。它的缺点是机件磨损较严重、输送量较低、消耗功率大以及物料在运输过程易被破碎。2.分类及结构特征螺旋输送机分为水平固定式螺旋输送机、垂直式螺旋输送机。对于复合肥的运输生产线中用水平固定式螺旋输送机进行物料运送。螺旋输送机由螺旋机本体、进出料及驱动装置三大部分组成。其中螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等组成。驱动装置由电动机、减速器、联轴器及底座所组成。3.设计计算（1） 原始选料1被输送物料的名称及特性1> 物料松散密度()=0.9。2>物料最大粒度（mm）及比率。3>一般物料粒度（mm）(25mm)，温度（°C），含水率、粘度、磨琢性及腐蚀性等。2选型要求1>需要的输送能力（t/h）；2>布置简图中输送长度L（m），倾角（°C），投影高度H（m）。（2）GX型螺旋输送机的计算1螺旋直径及螺旋轴转速计算1>螺旋直径计算 （m） （2-12）式中 输送能力，t/h； 物料特性系数； 填充系数； 倾角系数。见表2-1所示。表2-1 倾角系数表 倾斜角0°5°10°15°20°螺旋输送机倾斜布置时的输送量校正系数1.00.90.80.7 0.65按上式计算得由式（2-12）得mm；值应圆整为mm。2>螺旋轴转速计算 （2-13）（mm）取 （r/min）螺距 mm用螺旋直径及转速圆整后的数值，还必须对填充系数进行验算： （2-14）式中 螺旋节距，m。带入相关数值进（2-14）式得 ，满足 。2功率计算1>螺旋输送机所需轴功率可由下式确定： (KW) （2-15）式中 螺旋输送机倾斜布置是在垂直平面上的投影高度；螺旋输送机水平投影长度，m；物料阻力系数。带入相关数值进式（2-15）得 （mm） 2>电动机功率 (KW) （2-16）式中 功率备用系数，对Y系列电动机取1.0；驱动装置总效率，一般取0.90.94。带相关数值进式（2-16）得 (KW)根据实际对螺旋输送机的使用测定结果，实际轴功率要比理论计算功率大35倍。则 (KW)取电动机功率22KW。在选择螺旋输送机驱动装置时，应维持如下关系：式中 当螺旋输送机不采用联轴器与驱动装置相联，而采用传动带或链条等传动时，在螺旋轴轴端上所加的总作用力，N；许用悬臂载荷，N。GX型螺旋输送机，其许用的功率转速比及许用悬梁载荷列于表2-2中。表2-2 GX型螺旋输送机许用功率转速比与许用悬臂载荷 螺旋直径1502002503004005006000.0130.030.060.100.250.480.852100370058008000150002400035000其中，螺旋直径，mm；，；，N。对GX型螺旋输送机而言，许用功率转速比，r/min， 则 (KW)，许用悬臂载荷 （N），通过上面计算的相关数值，反过来再对所选定的螺旋输送机进行输送能力的验算。求输送能力Q，有 得 总结以上数据得=600mm，=480mm，=60r/min，=90t/h。选择尺寸代号为GX600的螺旋输送机符合要求。4.在对螺旋输送机设计过程中最重要的是对已经确定的螺杆进行刚度和强度的校核，当然就包括其中涉及的轴承强度、寿命的计算。2.3.3 螺杆强度校核下面先对螺杆进行校核。1.按扭转强度条件计算在作轴的结构设计时，通常采用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为 （2-17）式中：扭转切应力，单位为MPa； 轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗扭截面系数，单位为mm³； 轴的转速，单位为r/min； 轴转速的功率，单位为KW； 计算截面处轴的直径，单位为mm； 许用扭转切应力，单位为MPa 空心轴的内径与外径之比，取=0.5，见表2-3。表2-3 轴常用几种材料的及值轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35Ci、Mn、38SiMnMo、3Cr13/MPa152520352545355514912613511212610311297对于空心轴符合45钢时=2545MPa的要求。2.按弯扭合成强度条件计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。其计算步骤如下：1）作出弯矩，如图2-3所示。图2-3 轴的载荷分析图其中有： （N）N接着再对轴的强度进行校核。已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 （2-18）式中： 轴的计算应力，单位为MPa； 轴所受的弯矩，单位为Nmm； 轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗弯截面系数，单位为。 3.按疲劳强度计算进行校核这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上，即可通过分析确定出一个或几个危险截面（这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且要考虑应力集中和绝对尺寸等因素影响的程度），按式计算安全系数并应使其稍大于或至少等于设计安全系数S，即 （2-19）其中仅有法向应力时，应满足 （2-20）带数据进（2-20）得 仅有扭转切应力时，应满足 （2-21） 由数据进（2-19）得 则=9.82S=1.31.5，满足其轴的安全程度。4.按静强度条件进行校核轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。静强度校核时的强度条件是 （2-22）其中 （2-23） 带数据进（2-23）得 （2-24）带数据进式（2-24） 带数据入式（2-22）得 式中 材料的抗弯和抗扭屈服极限，单位为MPa，其中；轴的危险截面上所受的最大弯矩，单位为Nmm；轴的危险截面上所受的最大轴向力，单位为N；轴的危险截面的面积，单位为mm²；分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数，单位为mm³。满足其要求。5.轴的刚度校核计算（1）轴的弯曲刚度校核计算把阶梯轴看成是当量直径，然后按照材料力学中的公式计算。当量直径（单位为mm）为 （2-25）式中： 阶梯轴第i段的长度，单位为mm； 阶梯轴第i段的直径，单位为mm； L阶梯轴的计算长度，单位为mm； Z阶梯轴计算长度内的轴段数。代入式得（2）轴的扭转刚度校核计算圆轴扭转角单位为（°）/m的计算公式为：阶梯轴 （2-26）式中 轴所受的扭矩，单位为Nmm；轴的材料的剪切弹性模量，单位为MPa，对于钢材，MPa；轴截面的极惯性矩，单位为，对于圆轴，；阶梯轴受扭矩作用的长度，单位为mm；分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前；阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为1（°）/m代入相关值进式（2-26）得 满足对轴的扭转刚度条件。2.3.4 轴承校核根据工作条件选用=140mm的推力球轴承，轴承受径向力N，转速=60r/min，运转条件正常，要求寿命=20000h。根据式 （2-27）式中 C基本额定动载荷计算值，N；当量动载荷，其中，N； 轴承转速，r/min；轴承寿命，h。计算：所选推力球轴承，则P= （N）由=122.3 （KN）验算7328B型推力球轴承的寿命可知计算所得的寿命值要大于其额定寿命，即=20002 （h）所以7328B型推力球轴承满足其要求。第3章 配料混合系统控制电路与选型3.1 控制电路设计该系统是针对室内生产设计的，相配套的还有微机自动控制系统。集控系统由隔爆可编程控制箱、本安现场操作箱、集控操作台、上位机、测速传感器构成。带式输送机设置了速度传感器，信号接入PLC由PLC进行运算处理，参加设备的联动和闭锁。包括电流过载保护、急停、报警、调速等。整个配料、混合系统由PLC进行自动控制。原料分别由三种型号相同的输送带运输，下料的阀门口一定，即出料截面相恒定，可以按照任意比例进行配料、混合。开始工作时，首先通过PLC来启动这个配料系统的三个电机，同时闭合变频器的电源开关，变频器得电正向启转动，系统通过测速传感器测得三台皮带分别的速度，由PLC的模拟扩展模块进行A/D信号转换，由PLC进行处理，变频器就可以通过变频来实现降压，从而实现变频调速，从而实现系统的配料需求。同时，控制部分还对系统设有保护功能。当生产过程中，由于皮带打滑、电流过大、过载等意外的时候，PLC又起到了自动报警的功能，这个时候会自动复位。其配料原理图如3-1所示。图3-1 配料原理图由于是实现系统的自动化控制，所以除了通过PLC来实现复合肥的自动配料，还实现对混合、配好料的复合肥输送的自动化。速度信号传送给PLC的模拟量输入单元和计数PLC将现声采集的数据加以计算处理，求出瞬时流量和积累重量。将流量与设定值比较，由PLC的输出单元来控制变频器，改变给料机电机转速。3.2 PLC的选择可编程序控制器应用于控制系统中，其主要的特点：1.可靠性高。2.控制功能强。3.编程方便，易于应用。4.适用于恶劣的工业环境抗干扰能力强。5.具有各种接口，与外部设备联结非常方便。6.采用积木式结构或者模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。7.维修方便8.可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适用性强。在对PLC选型过程中，S7-200能满足高级自动化标准和各种需求，具有各种尽寸以适应所有的应用场合，有适用于运输机械和各种气候条件的坚固型，有适用于狭小空间而且具有高处理性能的密集型，有运行速度块而且具有良好的扩展能力。它可以配置种类繁多的输入输出模块、编程器、软件、过程通信和显示部件，电话诊断设备等。我选择的S7-200CPU224I/O接口是14个输入点，10个输出点，与系统的I/O接口相吻合。S7-200 系列PLC的主要特点:1.快速（1）指令处理周期短减少了循环时间。（2）高速计数器开辟了新的应用领域。（3）高速中断处理可以分别响应过程事件。2.灵活（1）模块式结构可用于各种性能的扩展。（2）脉冲输出可控制步进电机和直流电机。（3）丰富的指令集可以快速方便的解决最复杂的任务。3.多功能（1）点对点接口（PPI）可连接编程设备，操作员界面和串行设备接口。（2）用户有好的STEP 7 Micro/DOS编程软件和功能极强的编程器方便了编程。（3）用户程序三级口令保护。（4）TD 200和COROS OPs操作面板（OPs）为用户提供了方便人机界面。由于系统中有测速传感器，这就涉及怎样将模拟量转换成数字量，由于S7-200CPU224自带了模拟量扩展模块，我选用EM235模拟量扩展模块进行A/D信号处理，其中我还选用了EM223数字量扩展模块与变频器相连接。3.3 变频器的选用3.3.1 异步电动机的调速原理三相交流电动机的同步转速n0为式中 电动机定子电源频率； 电动机的极对数。由上式可知，若连续改变电源频率，则可平滑地改变电动机的同步转速n0。而三相异步电动机定子每相感应电动势有效值为 式中 定子每相绕组串联匝数； 基波绕组系数； 每极气隙磁通量。有上式可见，在一定时，若电源频率发生变化，则必然引起磁通变化。当变