大型马歇尔电动击实仪机械本体及控制系统设计论文.doc

1、南 京 工 程 学 院毕 业 设 计 说 明 书 (论 文 )作 者 ： 刘 震 学 号 ： 201110816 系 部 ： 机 械 工 程 学 院 专 业 ： 机 械 电 子 工 程 题 目 ： 大 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 机 械 本 体 及 控 制 系 统 设 计 指 导 者 ： 邵 秋 萍 副 教 授 评 阅 者 ： 2015 年 05 月 南 京南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要马 歇 尔 击 实 仪 是 制 作 沥 青 混 合 料 效 果 非 常 好 的 仪 器 ， 因 为 它 可 以 模 拟 公 路上 车 辆 所

2、 产 生 的 压 力 。 随 着 科 技 的 进 步 马 歇 尔 击 实 仪 也 向 着 智 能 化 方 向 发 展 。它 的 性 能 得 到 了 极 大 的 增 强 。 相 比 于 标 准 马 歇 尔 击 实 仪 ， 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 击打 试 件 可 以 让 试 件 更 加 紧 实 ， 可 以 改 善 试 件 的 高 温 稳 定 性 。 大 型 马 歇 尔 击 实 仪主 要 由 两 个 部 分 组 成 ： 机 械 部 分 和 控 制 部 分 。 机 械 部 分 的 运 动 过 程 是 ： 电 机 带动 减 速 器 运 动 ， 减 速 器 上 的 输 出 轴 带 动 链 条 上

3、 吊 钩 做 往 复 运 动 ， 吊 钩 在 上 升 过程 中 带 动 大 击 实 锤 向 上 运 动 ， 当 与 击 实 锤 相 连 的 滑 块 碰 到 拨 叉 时 ， 滑 块 与 吊 钩分 离 ， 大 击 实 锤 做 自 由 落 体 运 动 ， 击 打 压 块 ， 从 而 击 打 试 件 。 控 制 部 分 主 要 是通 过 单 片 机 控 制 电 机 的 转 停 和 显 示 击 实 次 数 。关 键 字 击 实 仪 单 片 机 机 械 部 分 控 制 部 分南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要title Large Electric

4、 Marshall Compaction Meter And Manipulator Control System Design AbstractMarshall compaction device is to produce asphalt is very good instrument, because it can simulate the pressure generated by the vehicles on the road. As technology advances Marshall Compactor also toward the intelligent directi

5、on. Its performance has been greatly enhanced. Compared to the standard Marshall Compactor, Compactor Marshall hit a large specimen can make the specimen firmer, can improve the high temperature stability of the specimen. Large-scale Marshall compaction device consists of two main parts: the mechani

6、cal part and the control part. Movement of the mechanical parts are: motor driven motion reducer, the output shaft gear drive chain on the hook reciprocating motion, driven by large compaction hammer hook upward movement during ascent, when the slider is connected with the compaction hammer when con

7、fronted fork, slide and compaction hammer separation, compaction hammer free fall, hitting the compact, thereby striking specimen. Control part is transferred through the microcontroller controlling the motor to stop and show the number of compaction.Keywords Compactor Microcontrolle Mechanical part

8、 Control section南京工程学院毕业设计说明书（论文）目 录前 言 .1第 一 章 国 内 外 沥 青 混 合 料 设 计 方 法 现 状 与 前 景 .21.1 国 内 外 研 究 现 状 .21.2.课 题 背 景 .31.3 课 题 内 容 .31.4 课 题 意 义 .4第 二 章 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 机 械 系 统 总 体 方 案 设 计 .52.1 机 械 部 分 的 总 体 思 路 .52.2.击 打 方 式 的 选 择 .52.3 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 传 动 部 分 的 选 择 与 计 算 .62.3.1 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 传

9、动 组 成 .62.3.2 传 动 方 式 的 选 择 .62.3.3.选 择 电 机 .92.3.4 选 择 减 速 器 .102.3.5 选 择 联 轴 器 .11第 三 章 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 的 各 个 零 件 设 计 与 使 用 .123.1 大 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 的 各 个 零 件 .123.1.1 制 作 试 模 组 .123.1.2 制 作 工 作 平 台 .133.1.3 制 作 防 震 方 木 .133.1.4 制 作 连 接 套 .133.1.5 制 作 大 击 实 锤 .143.1.6 制 作 滑 块 .143.1.7 制 作 吊 钩 .1

10、53.1.8 制 作 拨 叉 .163.1.9. 制 作 立 柱 .173.2 如 何 使 用 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 与 注 意 事 项 .17南京工程学院毕业设计说明书（论文）3.2.1 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 操 作 流 程 .173.2.2、 注 意 .18第 四 章 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 硬 件 的 设 计 .194.1 控 制 系 统 总 体 部 分 .194.2 控 制 系 统 的 主 要 器 件 简 介 与 选 择 .194.2.1 控 制 系 统 的 选 择 介 绍 .194.2.2 计 数 显 示 方 案 .204.2.3 传 感 器 .224.3

11、 硬 件 电 路 设 计 .244.3.1 硬 件 电 路 的 组 成 部 分 .244.3.2 单 片 机 时 钟 源 电 路 .244.3.3 复 位 电 路 .254.3.4 数 码 管 显 示 电 路 .254.3.5 电 机 的 驱 动 电 路 .264.3.6 选 择 绘 制 控 制 图 的 软 件 .27第 五 章 软 件 部 分 的 设 计 .285.1 简 述 .285.2 keil 的 使 用 方 法 .295.3.编 写 程 序 语 言 的 选 择 .295.4 控 制 系 统 程 序 的 编 制 .29第 六 章 控 制 系 统 仿 真 .326.1 概 述 .326.

12、2 仿 真 过 程 .32第 七 章 结 论 .34致 谢 .36参 考 文 献 .37附 录 机 械 系 统 装 配 图 和 零 件 图 .38附 录 控 制 系 统 硬 件 电 路 图 .39附 录 控 制 系 统 软 件 程 序 .40南京工程学院毕业设计说明书（论文）南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 0 页前 言我 国 经 过 改 革 开 放 三 十 多 年 的 发 展 ， 经 济 取 得 了 非 常 巨 大 的 进 步 ， 综 合 国 力得 到 了 极 大 的 增 强 ， 随 之 而 来 的 就 是 我 国 公 路 方 面 的 飞 速 发 展 ， 我 过 高 速 公 路经 过 一

13、 段 时 间 的 发 展 从 无 到 有 ， 如 雨 后 春 笋 般 一 个 个 冒 了 出 来 ， 以 前 有 句 俗 话 ：“要 想 富 ， 先 修 路 ”公 路 和 铁 路 是 国 民 经 济 发 展 的 动 脉 。 当 今 世 界 ， 随 着 全 球经 济 体 相 互 连 接 的 更 加 紧 密 ， 基 础 建 设 对 于 国 民 经 济 的 增 长 有 着 非 常 重 要 的 作用 ， 基 础 设 施 的 建 设 在 经 济 和 社 会 发 展 中 的 地 位 日 益 显 著 ， 带 给 高 速 公 路 的 发展 的 机 会 越 来 越 多 。 以 至 于 近 些 年 来 公 路 交

14、 通 发 展 的 速 度 让 全 世 界 震 惊 ， 在 这个 关 键 的 机 遇 前 ， 如 何 做 好 公 路 工 程 建 设 就 需 要 我 们 用 很 多 很 好 的 方 法 去 解 决它 。 然 而 公 路 的 增 加 ， 交 通 工 具 的 增 多 就 会 出 现 很 多 关 于 路 面 的 问 题 。 车 辆 的超 载 ， 吨 位 的 增 加 对 公 路 提 出 了 非 常 严 峻 的 挑 战 ， 公 路 上 面 的 车 辙 痕 迹 ， 鼓 起的 小 包 ， 裂 开 的 路 面 ， 许 多 公 路 在 通 车 非 常 短 的 时 间 内 就 会 大 面 积 的 裂 痕 ， 这样

15、公 路 的 使 用 寿 命 是 非 常 短 的 ， 而 且 也 容 易 出 现 很 多 的 安 全 隐 患 。 这 些 问 题 都在 要 求 我 们 要 增 加 公 路 的 使 用 寿 命 ， 要 研 究 出 更 加 先 进 的 仪 器 去 改 善 道 路 情 况 ，来 保 证 道 路 的 安 全 。 这 时 我 们 就 需 要 使 用 大 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 来 制 作 沥 青 混合 料 。 与 标 准 马 歇 尔 击 实 仪 相 比 ， 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 它 的 试 件 尺 寸 更 大 ， 击 实锤 质 量 更 大 。 这 样 它 可 以 更 好 地 击 打

16、试 件 使 得 试 件 更 加 的 紧 实 ， 而 且 它 使 沥 青的 高 温 稳 定 性 等 性 能 得 到 极 大 的 改 善 。 随 着 科 技 的 进 步 马 歇 尔 击 实 仪 也 向 着 智能 化 方 向 发 展 。 它 的 性 能 得 到 了 极 大 的 增 强 。 国 内 外 的 发 展 都 非 常 惊 人 。 本 次实 验 中 在 机 械 设 计 部 分 主 要 元 器 件 是 ： 单 项 异 步 电 机 、 减 速 器 、 链 轮 组 、 吊 钩 、滑 块 、 大 击 实 锤 、 拨 叉 、 连 接 套 、 压 块 。减 速 器 上 的 输 出 轴 带 动 链 条 转 动

17、 ， 链 条 上 嵌 入 一 个 吊 钩 ， 吊 钩 带 动 大 击 实 锤 向上 运 动 ， 当 滑 块 碰 到 拨 叉 时 ， 吊 钩 与 滑 块 分 离 做 自 由 落 体 运 动 击 打 连 接 套 上 的压 块 。控 制 部 分 则 是 ： AT89C51 单 片 机 、 LED 数 码 管 、 传 感 器 。 本 次 设 计 是 一 个机 电 产 品 ， 所 以 它 的 要 求 也 比 较 严 格 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 1 页第 一 章 国 内 外 沥 青 混 合 料 设 计 方 法 现 状 与 前 景1.1 国 内 外 研 究 现 状我 国 使 用 马 歇 尔

18、设 计 方 法 也 有 数 十 年 了 ， 相 关 的 经 验 非 常 的 丰 富 ， 并且 该 设 计 方 法 依 然 需 要 被 规 范 使 用 ， 在 此 后 很 长 的 一 段 时 间 内 ， 该 方 法 仍然 是 设 计 沥 青 混 合 料 的 主 流 ， 因 为 此 方 法 已 经 相 当 的 成 熟 ， 设 计 人 员 对 此 运 用更 是 得 心 应 手 。 新 的 设 计 方 法 如 superpave 还 不 是 非 常 的 完 备 和 成 熟 。近 二 十 多 年 来 ， 交 通 运 输 业 得 到 了 长 足 的 发 展 ， 道 路 的 级 数 在 一 直 提高 ， 对

19、 这 需 要 沥 青 混 合 料 的 压 实 程 度 和 质 量 能 够 得 到 很 好 的 解 决 ， 不 停 的去 深 入 研 究 沥 青 混 合 材 料 的 设 计 方 法 。 我 国 在 相 当 长 的 试 件 内 仍 然 会 使 用 马歇 尔 击 实 的 方 法 ， 与 标 准 马 歇 尔 击 实 仪 相 比 ， 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 更 加 具 有 优 势 ，它 可 以 更 好 地 击 打 试 件 使 得 试 件 更 加 的 紧 实 ， 而 且 它 使 沥 青 的 高 温 稳 定 性 等 性能 得 到 极 大 的 改 善 。黄 晓 明 ， 陆 长 兵 在 2004 年 通

20、 过 对 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 的 击 实 次 数 进 行 深 入系 统 的 研 究 ,通 过 各 项 参 数 和 数 据 的 产 生 ， 他 们 从 理 论 和 试 验 上 确 定 了 一 般情 况 下 112 次 是 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 的 标 准 次 数 。 112 次 可 以 是 试 件 得 到 更 加充 分 的 紧 实 ， 使 试 件 的 高 温 稳 定 性 得 到 了 极 大 的 改 善 。 经 过 多 次 的 对 比 与 研 究 , 可 以 证 明 出 大 型 马 歇 尔 击 实 112 次 成 型 试 件 的 稳 定 度 和 流 值 要 高 于 标 准 马

21、歇 尔 ， 因 此 我 们 可 以 确 定 大 型 马 歇 尔 击 实 最 佳 次 数 是 112 次 。国 外 的 发 展 是 ， 在 1920 年 有 科 学 家 研 究 出 了 哈 费 氏 法 ， 研 究 发 现 片 状 沥青 混 合 料 可 以 完 全 的 通 过 一 个 4 75ram 的 筛 子 ， 一 些 比 较 粗 的 沥 青 混 合 料 在次 之 后 就 可 以 被 很 好 的 设 计 制 造 出 来 ； 20 世 纪 30 年 代 在 加 州 运 输 部 道 路 材 料和 设 计 公 司 工 作 的 一 位 学 着 研 究 出 了 一 种 新 的 设 计 方 法 那 就 是

22、 维 姆 混 合 料 设 计方 法 ， 该 设 计 方 法 目 前 现 仍 在 美 国 广 大 的 地 区 进 行 应 用 ， 此 种 方 法 影 响 深 远 ，对 后 来 的 设 计 方 法 提 供 了 更 多 的 思 路 ； 密 西 西 比 州 的 一 个 公 路 部 工 程 师 他 研 究并 设 计 了 一 个 新 的 方 法 就 是 马 歇 尔 混 合 料 设 计 方 法 ， 到 了 20 世 纪 中 叶 由 负 责设 计 机 场 路 面 沥 青 混 合 料 的 美 国 陆 军 工 程 师 团 集 体 完 善 了 混 合 料 设 计 放 方 法 。马 歇 尔 混 合 料 的 密 度 、

23、 稳 定 度 、 流 值 试 验 是 其 主 要 的 特 点 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 2 页1.2.课 题 背 景国 民 经 济 的 提 高 ， 之 前 狭 窄 的 小 路 已 经 不 能 满 足 经 济 发 展 的 步 伐 ， 现 代 社会 ， 时 间 就 是 金 钱 。 贯 通 南 北 东 西 的 公 路 是 经 济 腾 飞 的 动 脉 。 我 国 的 高 等 级 公路 近 10 年 来 得 到 了 飞 速 的 发 展 ， 沥 青 则 被 大 规 模 的 使 用 ， 一 名 为 沥 青 路 面 具有 强 度 高 ， 平 整 性 好 、 耐 久 性 好 等 优 点 ， 而 得

24、 到 了 广 泛 使 用 ， 占 据 了 高 等 级 公路 路 面 的 80%以 上 ， 由 于 交 通 量 的 增 多 ， 车 辆 吨 位 的 提 高 ， 使 得 沥 青 路 面 的 抗车 辙 能 力 和 路 面 的 耐 久 性 变 差 【 1】 ， 公 路 上 出 现 了 大 量 的 车 辙 和 裂 缝 ， 极 大 的影 响 了 共 通 的 安 全 性 和 乘 客 的 舒 适 性 【 2】 ， 对 沥 青 路 面 的 材 料 、 结 构 以 及 各方 面 性 能 有 了 极 大 的 要 求 。 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 在 我 国 目 前 使 用 的 十 分 广 泛 。 它主 要 通

25、 过 击 实 锤 击 打 沥 青 混 合 料 来 使 其 紧 实 。 应 该 说 比 传 统 的 标 准 马 歇 尔 试 验有 很 大 进 步 , 它 能 使 沥 青 混 合 料 的 高 温 稳 定 性 得 到 极 大 的 增 强 。 它 使 试 件 有有 更 强 的 抗 变 形 能 力 。 所 以 需 要 我 们 来 好 好 研 究 一 下 大 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 。1.3 课 题 内 容本 课 题 所 设 计 的 大 小 两 用 型 马 歇 尔 电 动 击 实 仪 用 于 实 验 室 里 制 作 150mm 的 标 准 沥 青 圆 柱 试 样 。 试 样 的 成 型 过 程

26、 采 用 自 由 落 体 的 原 理 ， 利 用 重力 来 冲 击 沥 青 混 合 料 。 成 型 过 程 中 加 载 标 准 冲 击 压 力 。 整 个 工 作 过 程 由 单 片 机控 制 系 统 实 现 全 自 动 控 制 并 实 时 显 示 。机 械 本 体 的 设 计 方 案 是 利 用 电 机 带 动 减 速 器 ， 减 速 器 直 接 带 动 链 轮 转 动 ，使 链 轮 链 条 上 的 吊 钩 在 运 动 过 程 中 带 动 冲 击 锤 沿 着 导 杆 向 上 运 动 ， 当 冲 击 锤 碰到 拨 叉 时 ， 冲 击 锤 与 链 条 上 的 吊 钩 脱 离 ， 冲 击 锤 沿

27、导 杆 自 由 下 落 击 实 试 件 。 控制 系 统 设 计 是 采 用 AT89C51 单 片 机 进 行 控 制 。 实 现 的 主 要 功 能 是 驱 动 电 机 工作 ， 同 时 显 示 冲 击 锤 击 实 的 次 数 ， 达 到 100 次 自 动 清 零 ， 并 且 可 以 手 动 重 置 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 3 页1.4 课 题 意 义最 近 二 十 年 ， 我 国 公 路 建 设 得 到 了 极 大 的 发 展 ， 这 就 需 要 使 用 大 量 的 沥 青材 料 ， 但 是 一 般 公 路 的 沥 青 都 是 半 刚 性 沥 青 路 面 ， 它 的 使

28、 用 寿 命 非 常 的 短 暂 ，所 以 很 多 国 内 外 专 家 都 开 始 使 用 大 颗 粒 沥 青 稳 定 碎 石 （ 直 径 超 过 26.5mm） 。公 路 上 的 沥 青 容 易 产 生 塑 性 变 形 和 剪 性 变 形 , 承 受 重 载 差 ,而 经 大 型 马 歇 尔击 实 仪 击 实 过 的 沥 青 的 高 温 稳 定 性 得 到 了 极 大 的 提 升 。 沥 青 的 抗 车 辙 能 力 也 得到 了 非 常 大 的 提 高 。 在 低 速 、 重 车 路 段 , 经 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 加 工 过 的 沥青 明 显 比 标 准 的 沥 青 混 合 料 有 更 强 的 抗 变 形 能 力 。 因 此 这 就 需 要 使 用 大 型马 歇 尔 击 实 仪 ， 标 准 的 马 歇 尔 击 实 仪 无 法 击 实 大 颗 粒 沥 青 稳 定 碎 石 。 大 型 马 歇尔 击 目 前 正 在 朝 着 智 能 化 方 向 发 展 ， 它 的 发 展 前 景 非 常 好 。第 二 章 大 型 马 歇 尔 击 实 仪 机 械 系 统 总 体 方 案 设 计2.1 机 械 部 分 的 总 体 思 路 要 设 计 击 打 沥 青 混 合 料 的 过 程 ， 首 先 我 们 需 要 使 用 大 击 实 锤 ， 大 击 实 锤 做 自