一種自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

皮 梁 陳愛(ài)華

（江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 新余 338000）

0 引言

自動(dòng)化履帶傳送機(jī)主要用于鋼鐵、煤炭、水泥、港口和電力等工廠中型、重型散狀物料的輸送，由于履帶傳送貨物具有輸送機(jī)動(dòng)力消耗低、輸送量大、運(yùn)行可靠、質(zhì)量輕，便于移動(dòng)、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多中小型企業(yè)及物流企業(yè)的中大型物料輸送過(guò)程中也開(kāi)始廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前工廠車(chē)間散狀物料輸送的主要方式[1-3]。輸送機(jī)在輸送物料的同時(shí)，還須設(shè)置計(jì)數(shù)器，對(duì)輸送的物料進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。部分中小型企業(yè)，特別是小型企業(yè)在對(duì)中大型物料進(jìn)行傳送過(guò)程中，并不要求物料傳送機(jī)的計(jì)數(shù)器具有很高的控制性能，更多的是考慮成本控制，要求物料傳送機(jī)具有工作穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉及易于維護(hù)等特點(diǎn)。針對(duì)以上應(yīng)用場(chǎng)景，該文設(shè)計(jì)研究了一種自動(dòng)化履帶傳送機(jī)模型及其計(jì)數(shù)器樣機(jī)，該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器由機(jī)架、履帶、簡(jiǎn)述馬達(dá)、傳送輥、皮帶輪、遙控器、對(duì)襯式紅外傳感器和數(shù)碼管等組成。通過(guò)遙控器控制傳送履帶的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸履帶輸送物料的功能，在履帶輸送物料的過(guò)程中，由紅外傳感器及計(jì)數(shù)器電路對(duì)自動(dòng)履帶上的物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)由數(shù)碼管顯示物料數(shù)值。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求

1.1 功能要求

該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器模型由機(jī)架、履帶、簡(jiǎn)述馬達(dá)、傳送輥、皮帶輪、遙控器及計(jì)數(shù)硬件電路等組成。手動(dòng)或遙控器控制簡(jiǎn)述馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)，依靠履帶和皮帶輪張緊時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，帶動(dòng)傳送輥轉(zhuǎn)運(yùn)，傳送輥再帶動(dòng)履帶移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的傳送，在履帶傳送物料的過(guò)程中，每個(gè)物料依次在同一方向穿過(guò)紅外發(fā)射、接收系統(tǒng)，形成計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)過(guò)邏輯電路的加工、計(jì)數(shù)，再通過(guò)數(shù)碼管顯示輸送物料的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)計(jì)數(shù)功能。同時(shí)，該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器具有手動(dòng)復(fù)位、清零、自動(dòng)計(jì)數(shù)、達(dá)到設(shè)置計(jì)數(shù)值后自動(dòng)停車(chē)、緊急停車(chē)等功能。

1.2 系統(tǒng)工作原理及流程

該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器模型通過(guò)變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓4 個(gè)環(huán)節(jié)，將220 V 交流電降為交流12 V，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路將12 V 交流電整流為直流12 V，使用瓷片電容進(jìn)行濾波，同時(shí)由穩(wěn)壓芯片LM7809 進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定12 V 直流電。系統(tǒng)模型工作時(shí)綠色LED 發(fā)光，當(dāng)物料經(jīng)過(guò)紅外發(fā)射與接收系統(tǒng)時(shí)，555 計(jì)數(shù)脈沖電路啟動(dòng)工作開(kāi)始計(jì)數(shù)，物料計(jì)數(shù)以先進(jìn)后出的形式，通過(guò)紅外裝置形成一個(gè)計(jì)數(shù)單位。同時(shí)，計(jì)數(shù)器顯示電路通過(guò)2 個(gè)數(shù)碼管顯示物料通過(guò)的數(shù)量，可顯示“00～99”的數(shù)值。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 元器件選擇

該文所述的自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器由機(jī)械部分和硬件電路部分組成，機(jī)械部分由機(jī)架、履帶、簡(jiǎn)述馬達(dá)、傳送輥及皮帶輪等組成，電路部分主要由三端正電源穩(wěn)壓模塊IC1（LM7809）、555 定時(shí)器IC2（NE555）、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器IC3、IC4（CD40110）、晶體三極管VT1（9014）、對(duì)襯式紅外發(fā)射器及接收管VDT、共陰極數(shù)碼管DSH1、DSH2、發(fā)光二極管LED1、綠色發(fā)光二極管（電源指示燈）及相關(guān)電阻按鈕等元器件組成。主要電氣元器件如下。

2.1.1 三端正電源穩(wěn)壓模塊（LM7809）

三端正電源穩(wěn)壓模塊主要用于穩(wěn)定直流電壓，穩(wěn)定輸出電壓為正9 V，最大輸出電流1.5 A。

2.1.2 555定時(shí)器（NE555）

555 定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，它將模擬與邏輯功能巧妙地組合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用電壓范圍寬、工作速度快、定時(shí)精度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。

2.1.3 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（CD40110）

十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（CD40110）具有加減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼等功能。

2.1.4 對(duì)襯式紅外發(fā)射器及接收管

對(duì)襯式紅外發(fā)射器及接收管是利用紅外線作為介質(zhì)的一種測(cè)量工具，通過(guò)紅外線發(fā)射管在一定范圍內(nèi)向外發(fā)射光線，從而達(dá)到控制信號(hào)的作用。

2.1.5 共陰極數(shù)碼管

共陰極數(shù)碼管由8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其他管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。

2.2 系統(tǒng)電路原理圖

根據(jù)電路擬實(shí)現(xiàn)的功能，選擇電氣元器件并確定其參數(shù)值，繪制電路原理圖，使用Protel DXP2004 電子設(shè)計(jì)軟件搭建自動(dòng)化履帶及其計(jì)數(shù)器電路原理圖模型，如圖1 所示。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 自動(dòng)化履帶及其計(jì)數(shù)器實(shí)物模型

使用電子仿真軟件Proteus 對(duì)該自動(dòng)化履帶及其計(jì)數(shù)器進(jìn)行電子仿真，結(jié)果顯示簡(jiǎn)述馬達(dá)及計(jì)數(shù)器電路可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。組裝機(jī)架、履帶、簡(jiǎn)述馬達(dá)、傳送輥及皮帶輪等機(jī)械部件，應(yīng)用Protel DXP2004電子設(shè)計(jì)軟件制作PCB電路印制電路板模型，完成電子電氣元器件選型并參照PCB 印制電路板模型，使用單層板完成計(jì)數(shù)器電路焊接組裝，制作自動(dòng)化履帶及其計(jì)數(shù)器實(shí)物模型。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)工作時(shí)，按下手動(dòng)啟動(dòng)按鍵或遙控啟動(dòng)按鈕，馬達(dá)啟動(dòng)并帶動(dòng)履帶傳動(dòng)，進(jìn)而輸送物料移動(dòng)，同時(shí)計(jì)數(shù)器IC3、IC4的5 腳高電平復(fù)位，兩個(gè)數(shù)碼管顯示“00”。物料經(jīng)過(guò)紅外傳感器VDT 時(shí)，555 定時(shí)器的2、6 腳為低電平，3 腳輸出高電平，發(fā)光二極管LED1 得電發(fā)亮，脈沖輸入，反映物料到達(dá)。同時(shí)，晶體三極管VT1 導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，當(dāng)物料從紅外傳感器VDT 中抽出，晶體三極管VT1 的集電極恢復(fù)高電平，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，代表檢測(cè)物料一次，該脈沖加至計(jì)數(shù)器IC3 的CP 端，數(shù)碼管顯示數(shù)值“01”，物料依次送入送出，數(shù)碼管累加顯示，直至計(jì)數(shù)器設(shè)定值已計(jì)滿(mǎn)，不再接受計(jì)數(shù)，設(shè)定計(jì)數(shù)值范圍為“0～99”。若需重復(fù)計(jì)數(shù)，須手按復(fù)位鍵清零，方可繼續(xù)計(jì)數(shù)。

圖1 自動(dòng)化履帶及其計(jì)數(shù)器電路原理圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)電子仿真，搭建履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及其計(jì)數(shù)器能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)物料的輸送并實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的計(jì)數(shù)，具有手動(dòng)復(fù)位、清零、達(dá)到計(jì)數(shù)值后自動(dòng)停車(chē)、緊急停車(chē)等功能，滿(mǎn)足了預(yù)期的功能要求。同時(shí)，該自動(dòng)化履帶傳送機(jī)及計(jì)數(shù)器系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)數(shù)器電路部分所選用電氣元器件技術(shù)成熟、制造成本低廉，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。適用于中小型工廠自動(dòng)化履帶傳送物料及物料計(jì)數(shù)工作，可有效替代部分人工，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)率。同時(shí)，該自動(dòng)化履帶計(jì)數(shù)器存在一定的改進(jìn)潛力，如增大數(shù)顯范圍、與可編程控制器或其他控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等，使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。