基于帶式輸送機(jī)自動糾偏設(shè)備控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析

蘭建功

（山西工程職業(yè)學(xué)院 山西省太原市 030032）

改革開放后，中國工業(yè)迅速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的運輸成為一個問題，比如煤礦生產(chǎn)中煤炭的運輸，帶式輸送機(jī)的設(shè)計初衷是為了滿足煤炭從工作面運輸?shù)矫簜}的需求，但是隨著產(chǎn)量的增長，運輸路線的增長，帶式輸送機(jī)的運行漸漸出現(xiàn)了許多問題。一個主要問題就是皮帶的跑偏。于是運輸機(jī)皮帶的糾偏系統(tǒng)應(yīng)用而生。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展自動糾偏系統(tǒng)逐漸取代了手動糾偏系統(tǒng)。

1 自動糾偏設(shè)備的組成、原理及其優(yōu)點分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成分析

自動糾偏校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、糾偏輥子和調(diào)節(jié)檢測器組成。驅(qū)動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動源和支座組成。驅(qū)動源可以是電動或氣動推動器。傳送帶檢測器可分為左右兩組。每個組由兩個光電開關(guān)組成。在物流系統(tǒng)中使用自動糾偏的機(jī)制，該系統(tǒng)可用于自動調(diào)整“長距離傳送帶”以達(dá)到良好的效果。

1.2 工作原理分析

自動糾偏裝置用于在皮帶機(jī)皮帶出現(xiàn)偏差的情況下自動實行糾偏的一種設(shè)備。該校正機(jī)制應(yīng)與控制系統(tǒng)緊密配合使用。當(dāng)傳送帶運動時，如果傳送帶發(fā)生偏差，光電開關(guān)將收集信號并通過電子控制系統(tǒng)發(fā)送正確的機(jī)構(gòu)指令，驅(qū)動源啟動，拉動糾偏棍子，向右或向左運動，以實施自動糾偏，驅(qū)動源是電動或氣動推動器。傳送帶偏轉(zhuǎn)傳感器可分為兩組：每個組有2 個開關(guān)。每個開關(guān)組中只有一個開關(guān)有信號。傳送帶向左偏轉(zhuǎn)時，它會檢測到信號，光電開關(guān)隨后響應(yīng)來自電子控制系統(tǒng)的信息。控制系統(tǒng)激活糾偏機(jī)制，以實施自動糾偏確保輸送機(jī)的正常運行。

1.3 優(yōu)點分析

自動糾偏組織最重要的技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)如下：

（1）高度的自動化提高了設(shè)備使用效率。它用于完成人工難以完成的工作。如果傳送帶移位，光電開關(guān)對電氣控制系統(tǒng)做出反應(yīng)，電氣控制系統(tǒng)向自動糾偏機(jī)構(gòu)發(fā)送命令，并且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)自動調(diào)節(jié)傳送帶。

（2）出色的調(diào)偏量。以前，手動調(diào)節(jié)機(jī)制由于調(diào)偏量小，但是由于高速輸送機(jī)的運行，有時無法滿足調(diào)節(jié)的要求。該自動糾偏機(jī)制適用于“窄型傳送帶”，“長型傳送帶”和“高速傳送帶”自動糾偏帶式輸送機(jī)傳送帶。

2 帶式輸送機(jī)自動糾偏對策分析

2.1 將改向滾筒設(shè)計成鼓形

傳送帶裝載并運行時，滾筒的使用更順暢，標(biāo)準(zhǔn)換向滾筒通常是圓柱形的，并且滾筒的表面是鼓形的。鑄膠時，中間部分的直徑比兩側(cè)都大5-10mm。因此，當(dāng)膠帶在滾筒上壓著時，應(yīng)力分布在中心處變大而在兩個方向上變小，并且從兩側(cè)向下移動的力的一部分從兩側(cè)移位，增大滾筒中央的輸送帶直徑，以消除偏差的可能性。

2.2 糾偏托輥架

圖1：基于ADAMS 軟件的控制系統(tǒng)仿真分析模型

圖2：控制系統(tǒng)作用下輸送帶偏位量變化曲線

圖3：2 小時內(nèi)輸送速度與跑偏次數(shù)測試結(jié)果圖

結(jié)合結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)件的分布條件和其他因素，輥架僅允許物料和皮帶施加壓力。設(shè)計簡單易調(diào)節(jié)，位置可調(diào)。因此，托輥架是糾正偏差時的理想選擇。可以通過調(diào)節(jié)托輥的高低或行進(jìn)方向之間的角度來調(diào)節(jié)幅差。可以通過調(diào)整輥子的高度在皮帶和物料之間拉動，或者可以通過調(diào)節(jié)托輥角度和皮帶方向來調(diào)整牽引力，從而確定皮帶的重量和物料。 因為后者易于實施且不會引起其他問題，后者通常用于校正現(xiàn)場偏差。因此，建議調(diào)整輥和皮帶方向角度作為校正步驟，以調(diào)整生產(chǎn)過程中的的偏差。同時，調(diào)整當(dāng)前位置偏差時，經(jīng)常會同時使用兩個糾偏托輥，從而摩擦面積變大，并且可以增強(qiáng)效果，帶來雙重功效。

2.3 重視帶式輸送機(jī)安裝工作,避免跑偏

（1）安裝滾筒，皮帶和機(jī)架等安裝時要以皮帶運行方向的中心線為基準(zhǔn)；

（2）確保皮帶平直并且皮帶高度正確；

表1：帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

（3）確保架和托輥的水平和垂直都適合安裝要求；

（4）確保皮帶質(zhì)量良好并均勻受力；

（5）確保進(jìn)料口平行于行進(jìn)方向，并且可使皮帶的中心線正好是給料的落放處，以減小橫向力。為了確保安裝質(zhì)量，可以從源頭上解決這個問題。

2.4 在下部加反壓托輥

反壓托輥通常對應(yīng)于反向托輥中的“反向V 形輥”。如果膠帶發(fā)生偏移時，兩側(cè)的拖輥會在皮帶上產(chǎn)生側(cè)向壓力，并使皮帶回到中央位置。調(diào)整傳送帶偏移的一般想法是使傳送帶上的總力等于零，并在兩個方向上均勻分布輸送帶的張力。此問題可受各種環(huán)節(jié)影響，例如上料，承載，傳動，拉緊，清潔，改向等。通過改善傳送帶的運動，在許多情況下，額外的摩擦?xí)黾觿恿ο囊约吧a(chǎn)成本。

2.5 盡量掌握跑偏的規(guī)律,從而好指導(dǎo)糾偏工作

觀察傳送帶的偏差規(guī)則，在沒有負(fù)載的情況下，皮帶的兩側(cè)張力是均勻的，這意味著傳送帶松動，請調(diào)整張緊器，需要通過調(diào)節(jié)傳送帶的張力來達(dá)到目標(biāo)，以增加張緊度[1]。

3 自動糾偏設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計分析

在分析帶式輸送機(jī)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種自動糾偏裝置。輸送帶自動糾偏系統(tǒng)由三部分組成：位置信息檢索模塊，智能控制系統(tǒng)和執(zhí)行模塊。需要輥架作為控制對象，因為它是直接控制滾筒輸送帶的。帶式輸送機(jī)自動糾偏系統(tǒng)的工作原理如下。圖像傳感器用于收集有關(guān)傳送帶橫向運動的數(shù)據(jù)，并將此信息傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎?jīng)過處理控制和計算，最后通過滾珠絲杠控制電動機(jī)上螺母移動托輥架角度，使旋轉(zhuǎn)的傳送帶以適當(dāng)?shù)慕嵌确祷氐狡湓嘉恢谩Ｕ９ぷ鲿r，將托輥架和滾筒旋轉(zhuǎn)一定角度，驅(qū)動器與滾珠絲杠驅(qū)動器連接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠上的螺母和拖輥架的中部部分連接到導(dǎo)桿，螺母上的鎖定銷插入導(dǎo)向桿末端的長孔中。推力導(dǎo)桿連接托輥架中間部分比連接一側(cè)的部分更加穩(wěn)定，這是因為在校準(zhǔn)過程中將連桿附接到一側(cè)會增加滾子的承載能力，即新的沖擊力。

4 仿真分析

為了分析自動糾偏控制系統(tǒng)的效果，使用3D 建模軟件創(chuàng)建了帶式自動糾偏設(shè)備的3D 結(jié)構(gòu)模型，并將其導(dǎo)入ADAMS 分析模擬程序，建立控制系統(tǒng)的聯(lián)合控制模型。該控制模型的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

向控制系統(tǒng)輸入恒定的信號以更改傳送帶輸送機(jī)的操作運行情況，系統(tǒng)會自動開始調(diào)整皮帶角度和傳送帶角度觸發(fā)量。控制系統(tǒng)開始將傳送帶的觸發(fā)量調(diào)節(jié)到最大25 mm，在調(diào)整過程中傳送帶的位置狀態(tài)發(fā)生了變化，如圖2 所示。

實際的模擬測試結(jié)果表明，當(dāng)控制系統(tǒng)的偏差為100mm 時，系統(tǒng)可以自動開始正確的校準(zhǔn)，并在開始的2 秒鐘內(nèi)立即開始從最初的100mm 調(diào)整到48mm 的偏差。為避免快速調(diào)整對托輥調(diào)整的影響，傳送帶校正值的調(diào)整速度會在5 秒鐘后自動降低，調(diào)整為10毫米。可以看出，皮帶校正系統(tǒng)具有高速運行，高的控制精度和穩(wěn)定性來響應(yīng)傳送帶的運動。重要的是要注意，可以實時自動檢測和糾正偏差，而無需人工干預(yù)，從而提高了運輸操作的穩(wěn)定性和可靠性，并且它提高了運輸系統(tǒng)中運輸材料的效率和經(jīng)濟(jì)性[2]。

5 應(yīng)用分析與比較

帶式輸送機(jī)糾偏系統(tǒng)在物料運輸系統(tǒng)設(shè)計時提供了兩種方法：第一種方法：使用機(jī)構(gòu)人工糾偏，另一個是使用自動偏差校正機(jī)制，兩個方法都使用相同的輸送機(jī)進(jìn)行了測試，表1 顯示了帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。

從實驗觀察中可以得出結(jié)論，傳送帶偏斜的原因很多：

（1）設(shè)計或制造的原因。由于傳送帶本身彎曲或接頭不平直，因此傳送帶的張力不均勻。當(dāng)傳送帶一起移動時，傳送帶就會發(fā)生偏差。

（2）安裝原因。a 安裝的傳送帶可能運動緩慢或張力過高，導(dǎo)致傳送帶在運動過程中發(fā)生跑偏現(xiàn)在。b 由于一側(cè)較高，而另一側(cè)則較低，因此，輥的安裝不正確，并且水平方向的誤差也增加。滾筒本身的旋轉(zhuǎn)軸不垂直于輸送機(jī)的縱向中心線，這樣會對一側(cè)的傳送帶造成損壞。

（3）輸送機(jī)運行原因。由于被輸送的物料不在輸送帶的中心，因此物料沿著輸送帶不均勻分布，并且不均勻的力作用在輸送帶上，從而導(dǎo)致輸送帶產(chǎn)生偏差。

（4）輸送速度的原因。傳輸速率越高，傳送帶的偏離的可能性就越大。

通過檢查傳送帶發(fā)生偏差的原因，可以看到傳送帶發(fā)生偏差的原因非常復(fù)雜。因此，在連接到制造，安裝，調(diào)試和使用時，應(yīng)格外小心。

以不同的速度測試傳送帶。圖3 顯示了傳送帶的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)（2小時內(nèi)）。該圖顯示了一種理想情況，其中帶式輸送機(jī)從根本上排除了可能導(dǎo)致運輸部門發(fā)生偏差的其他因素。

從測試數(shù)據(jù)表中可以看出，如果傳送帶以低速運動，則傳送帶在每2 小時內(nèi)不會發(fā)生跑偏。隨著速度的增加偏轉(zhuǎn)逐漸增加，并且速度越高，旋轉(zhuǎn)越快。輸送的速度極大地影響了傳送帶發(fā)生跑偏現(xiàn)象，手動調(diào)節(jié)機(jī)制不能滿足調(diào)節(jié)要求，因為調(diào)節(jié)量很小且響應(yīng)速度很慢，這會影響設(shè)備的效率。本文介紹的自動糾偏設(shè)備，可以快速響應(yīng)和進(jìn)行準(zhǔn)確的糾偏，提高了設(shè)備的運行效率。

6 結(jié)語

本文分析了帶式輸送機(jī)跑偏的原因以及通過對帶式輸送機(jī)的調(diào)整提出了糾偏改進(jìn)措施，糾偏裝置的設(shè)計、自動糾偏設(shè)備控制系統(tǒng)的仿真分析以及自動糾偏機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究與比較等方面對本課題進(jìn)行了分析。傳送帶如果發(fā)生偏差可以通過自動糾偏裝置自動檢測出來，這是增加傳送帶朝著大容量，距離長和速度快方向發(fā)展的重要保證之一，這無疑有助于在更完善的方向上開發(fā)帶式輸送機(jī)，并做出了重大貢獻(xiàn)。