煤炭運輸管帶機調(diào)偏裝置設(shè)計

張小珍，游嗣淮

（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，漳州 363105）

1 引言

煤炭是我國能源的主要來源之一，而煤炭開采的場所一般較偏遠，給煤炭的運輸帶來了麻煩[1]。隨著工業(yè)化生產(chǎn)能力的日益提高，輸送工具的技術(shù)水平也不斷地提升[2]。工業(yè)生產(chǎn)中借用了管帶式輸送機，代替了傳統(tǒng)的運輸方式，煤炭運輸管帶機的輔助運輸，為煤炭的開采和運輸提供了極大便利，不僅能夠提高運輸能力還能降低一定的經(jīng)濟支出，提高了效率[3]。

在實際生產(chǎn)過程中，管帶式輸送系統(tǒng)會因為輸送過程中的各種原因出現(xiàn)管帶跑偏，致使皮帶疊管或者造成管帶扭曲，給生產(chǎn)造成不利影響[4，5]。目前，管帶式輸送機最基本的調(diào)偏方式還是以人工加墊片的形式，實現(xiàn)成圓托輥的傾斜，此種調(diào)偏方式不僅是在人力物力上的浪費，而且不能完全提高有效的調(diào)偏[6，7]。

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤炭設(shè)備正逐步從機械化向自動化過渡。在管帶機的基礎(chǔ)上設(shè)計單片機控制的自動調(diào)偏裝置，是一種集自動檢測、自動調(diào)偏于一體的自動化調(diào)偏裝置。比起人工調(diào)偏，此設(shè)計的方式省時省力而且效率高。由于管帶式輸送機在實際生產(chǎn)輸送物料的過程中會產(chǎn)生圓管跑偏的問題，本文提出在其原有機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機控制系統(tǒng)，利用光電開關(guān)傳感器，發(fā)射紅外線到管狀膠帶上，再根據(jù)傳感器對顏色變化的檢測，判斷管帶是否跑偏，以實現(xiàn)一定程度上的糾正調(diào)整。采用自動調(diào)偏裝置合理改善解決管帶式輸送機的跑偏的問題，不僅可以有效提升工業(yè)設(shè)備的安全可靠性，且具有非?？捎^的經(jīng)濟效益。

2 管帶機跑偏分析

管帶式輸送機廣泛應(yīng)用于各種散狀物料的持續(xù)輸送，被輸送的物料包圍在圓管狀輸送帶內(nèi)輸送，物料不會輕易灑落，多數(shù)情況下也不會因外界環(huán)境因素而受到干擾[8]。管帶式輸送機由于具備高可靠性的優(yōu)勢，運作過程中維護成本較低，但其設(shè)計中需要注意以下幾點[9]。

管帶式輸送機整體設(shè)計：在工藝方面設(shè)計的合理性，保證輸送皮帶不發(fā)生大幅度的偏置扭轉(zhuǎn)，整體設(shè)備能夠降低功率和損耗，環(huán)保且經(jīng)濟性好。

輸送皮帶的選取：選擇能保證呈圓管狀且使用壽命長的皮帶。

動態(tài)分析：管帶式輸送機在整體運行過程中能夠適應(yīng)各種工況，輸送皮帶被要求不能發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，受料面始終在成圓管狀內(nèi)，且不與驅(qū)動滾筒發(fā)生接觸，在發(fā)生問題的源點上解決問題避免在設(shè)備設(shè)計中出現(xiàn)不可調(diào)試的失誤。

設(shè)備機構(gòu)的安裝調(diào)試：安裝調(diào)試的專業(yè)性是保證管帶機穩(wěn)定性的必要條件，同時可以減少設(shè)備運行過程中的維護。

普通帶式輸送機跑偏嚴重時，皮帶容易卡帶，造成皮帶機運行中的重大事故，皮帶跑偏是指皮帶機運轉(zhuǎn)過程中，膠帶中心線脫離皮帶機中心線[10]。為了防止造成意外事故，需要定期維護好設(shè)備，及時檢查，并在設(shè)備安裝過程中開展調(diào)試工作。從而確保普通帶式輸送機皮帶不會偏至一邊，具體調(diào)整方法是：當(dāng)皮帶偏向一側(cè)，則槽形托輥組的這一側(cè)朝皮帶機前進方向前移，或另外一側(cè)后移，如圖1 所示，當(dāng)膠帶向右側(cè)（朝皮帶前進方向看）跑偏，則托輥組的左側(cè)應(yīng)當(dāng)向后移動，或托輥組的右側(cè)向前移動。

圖1 普通帶式輸送機調(diào)偏方法

3 管帶機自動調(diào)偏裝置設(shè)計

根據(jù)調(diào)偏分析，本文提出了一種自動調(diào)偏的管帶機，如圖2 所示。由托輥組、框架和調(diào)偏組組成。檢測到管帶機跑偏后，通過安裝在框架上的調(diào)偏組進行調(diào)整，帶動輥輪組偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)安裝在輥輪組的管道調(diào)正。托輥組主要由輥輪和固定板組成，如圖3 所示，板連接件構(gòu)成，主要是調(diào)整管狀輸送帶。

圖2 管帶機自動調(diào)偏裝置

圖3 輥輪組

（1）膠帶處理階段，管帶機圓管部分自動調(diào)偏裝置。首先在管帶上部中間貼上白色反光膠帶，如圖4 所示。通過光電傳感器發(fā)射紅外線到成圓段管帶上，紅外線投射到成圓段管帶白色部分會時，會被反射回傳感器從而接收到信號。

圖4 管帶上貼白色反光膠帶

（2）檢測到成圓段管帶上部白色反光帶的偏移信號反饋到單片機上，單片機收到信號，如圖5 所示。利用光電開關(guān)傳感器發(fā)射紅外線到管狀膠帶，如果管帶發(fā)生偏移，即管帶上部的白色反光膠帶發(fā)生偏移，光電開關(guān)傳感器發(fā)射的紅外線會被白色反光膠帶發(fā)射回來，即檢測到管帶偏移，再把信號反饋到單片機上。若沒有反射強光，則膠帶處于偏移允許范圍內(nèi)。

（3）調(diào)偏控制。檢測到調(diào)偏信號后，通過單片機控制，使得步進電機轉(zhuǎn)動一定角度帶動齒輪扭轉(zhuǎn)，與輪輥架配合的齒輪嚙合，如圖6 所示。使其轉(zhuǎn)動一定角度以達到調(diào)偏的效果。例如膠帶左偏，左邊的光電傳感器反饋給單片機，再用單片機編程控制電機反轉(zhuǎn)，電機齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動輪輥架齒輪順時針旋轉(zhuǎn)；若膠帶右偏，則右邊的光電傳感器反饋給單片機，原理同上，以此確保膠帶的對中運行。

圖5 調(diào)偏裝置檢測裝置

圖6 調(diào)偏齒輪

管帶式輸送機在正常運輸狀態(tài)下，輸送帶在形成圓管輸送過程中允許一定范圍內(nèi)的偏移，一旦超過這個范圍就必須立即進行調(diào)整，當(dāng)成圓管輸送帶偏移一定值時，自動調(diào)偏裝置便會立即檢測到偏移信號。該功能是由跑偏檢測裝置、信號處理單元，紅外線傳感器以及小型電機共同實現(xiàn)的，將兩個紅外線傳感器檢測裝置安裝在由托輥組成的六邊形裝置上，分別檢測左側(cè)、右側(cè)是否存在跑偏現(xiàn)象，通過單片機程序控制，當(dāng)傳感器檢測到超出允許跑偏范圍時，會將跑偏信號傳給電機，使得電機運行相應(yīng)方向的調(diào)整皮帶機托輥，從而達到調(diào)節(jié)跑偏的目的。

首先在距離輸送帶形成圓管狀對接邊緣的5 厘米處貼上一條反光膠布，用于傳感器對輸送帶是否跑偏的檢測。在保證設(shè)備正常工作的前提下，對整體進行有效檢測，若發(fā)生跑偏，能夠及時調(diào)整回正。該裝置的主要結(jié)構(gòu)分為檢測裝置和傳動裝置。檢測裝置需在左、右、上三方向各放置一個光電傳感器。傳動裝置需為調(diào)偏齒輪加裝一個電機，當(dāng)圓管狀輸送帶工作中出現(xiàn)向左跑偏，且偏移到最大限度時，傳感器會馬上檢測到，并由單片機系統(tǒng)接收信號，使其控制電機轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。電機反轉(zhuǎn)角度與跑偏角度相同，借此使皮帶回到正常位置，從而達到調(diào)偏效果。當(dāng)輸送帶發(fā)生向右跑偏時，工作原理亦是如此。本設(shè)計方案中檢測裝置主要采用光電傳感器，它具有高精度、高效率等特點，傳動裝置則采用小型步進電機通過連接齒輪來調(diào)節(jié)跑偏的角度，設(shè)計精度高；電機直接驅(qū)動，效率高。

圓管式皮帶從機架上的六邊形托輥組通過時，傳感器可實時對輸送帶進行監(jiān)測，自動調(diào)偏裝置始終保證圓管輸送帶，在未發(fā)生跑偏時的位置，處在對接邊緣的正對上方。正常運行過程中，如果沒有發(fā)生機器抖動或者其他原因，輸送帶無跑偏現(xiàn)象，則可以順利輸送，調(diào)偏裝置不會啟動，一旦發(fā)生跑偏并且超過了跑偏限定值，傳感器檢測到了信號，并由發(fā)送器將信號傳送到電機，使電機啟動，這時電機的動力就會讓裝置上的齒輪轉(zhuǎn)動，進而達到調(diào)偏作用。

4 管帶機自動調(diào)偏控制系統(tǒng)設(shè)計

調(diào)偏裝置主要的核心部件有：單片機、步進電機和光電傳感器模塊。放置于機架的正上方兩側(cè)的光電傳感器，用于檢測輸送帶是否跑偏，根據(jù)光電傳感器對光線適應(yīng)能力強的優(yōu)點，在輸送帶上進行了一定的調(diào)整。在成圓管兩側(cè)距離邊緣位置5cm 處貼上白色的反光膠帶，由于光電傳感器由發(fā)射管和接收管組成，紅外線是由發(fā)射管發(fā)出一定的頻率而產(chǎn)生。當(dāng)輸送帶偏離一定位置時，傳感器檢測到紅外線信號，運行指示燈變亮，由于接收管接收到反射回來的紅外線，進而產(chǎn)生了一個低電平信號。光電傳感器具有安裝便捷，小而簡易，尤其是結(jié)合了黑白線循跡象等功能，加以利用，使其在自動調(diào)偏裝置上能夠更好地發(fā)揮檢測作用。此傳感器模塊電路如圖7 所示。模塊參數(shù)如下。

（1）傳感器檢測到跑偏時，隨即產(chǎn)生信號，同時OUT端口持續(xù)輸出低電平信號，其最佳檢測距離區(qū)間為2～30cm，最大角度為35°。

（2）傳感器模塊主要連接方式：VCC-VCC；GNDGND；OUT-IO。

（3）采用LM393，工作平穩(wěn)。

（4）光電傳感器才有3～5V 的電源。

（5）具有3mm 的螺絲孔，便于安裝固定。

采用紅外線傳感器來識別輸送帶黑白顏色，產(chǎn)生信號后傳送給單片機，由其控制電機；在傳感器檢測時，輸送帶為黑色，不宜反光。通過判斷光電傳感器檢測到的信號高低，可知輸送帶是否發(fā)生偏移，若發(fā)生了偏移，單片機就會根據(jù)信號，控制電機驅(qū)動調(diào)偏齒輪使得托輥盤轉(zhuǎn)動調(diào)整輸送帶，從而使輸送帶回到適當(dāng)?shù)膫鬏斘恢谩?/p>

5 結(jié)語

跑偏分析，確保普通帶式輸送機皮帶不會跑偏的調(diào)整方法，當(dāng)皮帶偏向一側(cè)，則槽形托輥組的那一側(cè)朝皮帶機前進方向前移，或另外一側(cè)后移。

根據(jù)調(diào)偏分析，提出了一種自動調(diào)偏的管帶機。由框架、托輥組和調(diào)偏組組成，檢測到管帶機跑偏時，通過安裝在框架上的調(diào)偏組進行調(diào)整，帶動輥輪組偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)安裝在輥輪組的管道調(diào)正。

控制系統(tǒng)上，通過光電傳感器對檢測到的信號高低，判斷輸送帶是否發(fā)生偏移。根據(jù)信號來控制電機從而驅(qū)動調(diào)偏齒輪，使托輥盤轉(zhuǎn)動調(diào)整輸送帶，從而使輸送帶回到適當(dāng)?shù)膫鬏斘恢谩?/p>

根據(jù)研究原理，做出實物，并進開展試運行，驗證設(shè)計產(chǎn)品的可行性。

圖7 傳感器模塊電路