一种高速皮带机的自动纠偏装置

一种高速皮带机的自动纠偏装置【摘要】对于带速较高的高速皮带机来说，一旦皮带出现跑偏而又没有及时查觉并纠正，由此导致皮带损坏，其造成的后果是非常严重的。本自动纠偏装置首先增设一套检测装置对皮带的位置实行实时监控；其次在原螺纹杆上加装一个同步带轮并配套相应的传动装置形成纠偏的执行机构，模拟并替代手工调节螺纹杆的动作过程；最后再将检测装置和执行机构纳入电控系统进行自动控制。关键词：高速皮带机；自动纠偏；光纤传感1引言带式输送机广泛应用于工业领域，如烟草、物流、化工等行业。皮带的平稳、可靠运行至为关键，但在皮带运行过程中由于设备制造、安装及皮带带宽方向物料分布不均等原因难免会出现皮带跑偏现象，跑偏严重时可直接导致皮带损坏而使设备工作瘫痪。普通低速带式输送机一般都设有手动张紧装置，该装置兼有一定的纠偏作用，但实时性较差，且效果欠佳，尤其是对于高速运行的皮带跑偏现象几乎束手无策。因此高速皮带机通常都设有皮带自动纠偏装置，纠偏装置主要由检测装置和执行机构组成。检测装置用来检测皮带边缘偏离中间位置的位移量，执行机构有机械式、气动伺服式等，用于执行对皮带辊的调节从而矫正皮带的跑偏。根据高速皮带机允许跑偏量的要求而选择相应的执行机构，如要求跑偏量小控制精度高时就应该选用气动伺服式的执行机构。异物剔除机是一种采图像识别处理技术去除烟草异物的一种光机电气一体化设备，以替代原来的人工异物分拣方式。国内外均有厂家生产这种设备，目前在烟厂或复烤厂得到了越来越广泛的使用。异物剔除机主要由高速皮带机和剔除系统组成，本文以异物剔除机的高速皮带机为例，介绍了一种简单、经济、有效的自动纠偏装置，可有效避免皮带损坏和皮带机因故障停机。其设计思路和工作原理可以作为设计其他类型的高速皮带机自动纠偏装置时的参考甚至直接推广采用2.1结构组成皮带机主要由机架、进料斗、驱动组件、辅助风压系统、主动辊支撑、被动辊组件等组成。皮带机的主要功能是输送物料并对其进行单层化处理，使摊薄后的物料贴着皮带高速向出料口方向运行，在被动辊处离开皮带作水平抛物状下落，以便后续剔除工作能够顺利展开。皮带的张紧或放松依靠两端的气缸的伸缩来完成，皮带机结构图见图1。机架是整个皮带机的支撑部件，由不锈钢异形管和不锈钢板组焊而成，皮带机的其余部件均在机架上安装。机架的顶部为槽形结构，槽帮的设计符合流体力学的设计要求，其与皮带、压风门一起形成一个楔形通道，用来输送物料。进料斗是物料与压风的导入装置，为不锈钢板组焊而成的腔体结构，上部由一分隔板将腔体一分为二，一侧为风腔，另一侧为进料腔；物料与压风在底部并流进入机架上的楔形通道,在压风的作用下，物料在楔形通道内紧贴皮带快速平稳的朝出料口方向运行。驱动组件由传动装置、带座轴承、主动辊组成。传动装置由主传动电机、主(被)动同步带轮、张紧同步带轮、同步带、带轮罩等组成，是皮带机的动力装置。主动辊的两端轴头上安装带座轴承，传动装置直接与主动辊联接。辅助风压系统由风机、风管、蝶阀、压风门等组成，用下压气流使物料平整地紧贴在皮带上与皮带一起运动；避免物料出现翻滚、跳动、跑斜等不稳定现象。主动辊支撑由一组气缸、支撑轴及一组平面推杆机构组成，气缸一端安装在机架上，另一端与驱动组件轴承座通过销联接，起传递气缸推力或拉力的作用。被动辊组件由一组气缸、被动辊支架及被动辊组成，三者依次联接，拆卸或安装环形皮带时主动辊支撑及被动辊组件在气缸的作用下可进行伸缩。2.2纠偏机理到目前为止，国内外其他厂家制作的异物剔除机高速皮带机结构如图1所示，为防止皮带跑偏，均设置有手动纠偏装置，有的还设有一组光电传感器用于跑偏报警，但都没有自动控制的执行机构，皮带跑偏时依靠人工进行手动调节。其纠偏装置结构图如图2所示，将皮带的手动纠偏与气动张紧融合在一起：在皮带机上靠近主动辊1这端沿皮带2横向设置有支撑辊3和推杆4，两侧推杆的一端均与皮带机主动辊中心轴的轴承座5通过销轴6铰接，两个推杆均套接在皮带机两边侧板之间横梁7的套孔内，而推杆的另一端与支撑辊的联接方式在两侧是有区别的，传动电机一侧是通过连杆8联接，操作面一侧是通过连接块9、螺纹杆10、关节轴承11联接，螺纹杆两端的螺纹是反向的。气缸12则通过推块13与支撑辊相连，这样就可将气缸的推力最终传至主动辊。气缸的活塞杆伸出或缩回时推杆也随之来回运动，皮带的张紧、放松过程为：先将被动辊气缸伸出到位并将被动辊支架锁定在机架上，然后将主动辊气缸伸出到位，此时皮带处于张紧状态即工作状态；而皮带放松时只要将两组气缸都缩回即可，并无先后顺序要求。皮带张紧后，刚性联接的推杆(传动电机侧的推杆)是无法移动的，而在操作面一侧，旋转螺纹杆，与其联接的推杆(操作面侧的推杆)便可移动，从而迫使主动辊绕着刚性推杆与主动辊的铰接点(销轴6)偏摆。皮带的纠偏便是通过调整皮带机主动辊1与被动辊14之间的相互位置来实现的。工作时，由于被动辊位置是固定的，而主动辊在外力作用下可实现微小角度的偏摆。当皮带跑偏时，人工通过扳手旋转螺纹杆，使两端带旋向相反螺纹的螺纹杆在轴向作小距离的移动，再带动与推杆相连的主动辊轻微偏摆，从而达到纠偏的目的。螺纹杆的旋转方向根据皮带跑偏情况而定。3自动纠偏方案设计国内外各厂家生产的异物剔除机高速皮带机的结构、原理基本一致，因为国产异物剔除机的开发设计走的基本还是研仿加创新的模式，只是国内外其他厂家的到目前为止没有设皮带自动纠偏装置。对于带速达到5m/s以上的此类高速皮带机来说，一旦皮带出现跑偏而又没有及时查觉并纠正，由此导致皮带损坏，其造成的后果是非常严重的。自动纠偏装置由检测装置和执行机构组成，通过电控实现实时动态纠偏。检测元件为一套带信号放大器的光纤传感器，执行机构主要由微型减速机和同步带传动装置组成。通过微调主、被动辊的相互位置关系达到校正皮带跑偏的目的，确保皮带的平稳、可靠运行。本自动纠偏装置的设计思路为：在原高速皮带机的基础上首先增设一套检测装置对皮带的位置实行实时监控；其次在原螺纹杆上加装一个同步带轮并配套相应的传动装置形成纠偏的执行机构，模拟并替代手工调节螺纹杆的动作过程；最后再将检测装置和执行机构纳入电控系统进行自动控制。皮带机自动纠偏装置结构图见图3。3.1机械方案描述如图3所示，在皮带机操作面一侧的侧板上安装有一套可沿皮带宽度方向往复移动的检测装置，检测装置包括有支架1、安装于支架上的光纤传感器2以及与光纤传感器配套使用的信号放大器3，对皮带4的边缘实施区域检测。光纤传感器是一组实行区域检测的对射式光纤单元，与光纤传感器相对应的信号放大器是一个数字光纤放大器。初始安装状态(即皮带最佳位置)为皮带的边缘位于光纤传感器检测区域的中心位置。光纤传感器的选择要考虑皮带的最大允许跑偏量。与检测装置相对应，在皮带机上连接有一套由纠偏电机控制的执行机构，执行机构包括减速机5和传动装置6，传动装置主要由主、被动带轮及传动带组成，被动带轮7安装在原螺纹杆上。减速机的选型和传动装置的设计要综合考虑转速、扭矩、安装空间等因素，检测装置和纠偏电机均与控制系统连接。与原手动纠偏的高速皮带机一样，皮带的纠偏是通过调整皮带机主动辊与被动辊之间的相互位置来实现的。当皮带跑偏时，检测装置发出信号传输到控制系统，控制系统及时启动纠偏电机，带动执行机构工作，通过同步带传动使两端带旋向相反螺纹的螺纹杆在轴向作小距离的移动，再带动与推杆相连的主动辊轻微偏摆，从而达到纠偏的目的。纠偏电机的旋转方向和运行时间由程序自动控制。3.2控制方案描述当皮带机运行的时候，皮带会发生跑偏现象，因此采用一个单闭环的控制方式对皮带实行自动纠偏。操作面一侧安装的光纤传感器将皮带位置以1VDC～5VDC的模拟量信号反馈到主控器，主控器根据此反馈量的大小判断皮带的跑偏程度，然后输出相应的数字量信号驱动纠偏电机的正、反转，以达到纠偏的目的。当处于左、右跑偏位置的时候，即皮带的边缘偏离中心位置左或右L1时，自动纠偏装置启动；当处于左右跑偏报警位置的时候，即皮带的边缘偏离中心位置左或右L2时，蜂鸣器开始鸣叫同时报警灯点亮，自动纠偏装置仍然保持功能。当超过一定的时间仍然保持报警时，皮带机将被强制停机。当皮带机停止运行的时候，可以手动启动纠偏装置。此处L1为皮带的允许跑偏量，L2为皮带的最大允许跑偏量。在具体的实施中，针对实际的情况，采取了以下的措施：(1)软件滤波。由于皮带边缘不是完全整齐和光滑的，光纤传感器检测到的模拟量信号呈现出有规律地波动，因此，每次从每段最小值到最大值之间的数据取其平均值，得到一个实际的检测值参与到控制中去；(2)为了避免皮带频繁跑偏，因此纠偏的过程不能太快，一般来说，当发现偏差的时候，启动一次纠偏，等待一段时间以后看目前的跑偏趋势，根据跑偏的趋势再确定下次的纠偏方式，如果跑偏的幅度较大，在相同时间里纠偏的次数多一些，如果幅度较小，则纠偏的次数少一些，直到皮带不再跑偏。采取了以上的措施以后，能够达到自动纠偏的目的。可以看出，单次纠偏时间和纠偏间隔时间是调试的关键参数，需要调试人员现场试验确定4实际运行效果及结论本自动纠偏装置由一般的手动纠偏演变而来，通过控制程序实现从检测到纠偏一系列连续动作的自动处理，现场实际应用证明该装置能够实时有效地纠正皮带跑偏现象，保证皮带的平稳、可靠运行。而且结构简单、经济实用，许多烟厂在提及异物剔除机时都非常关注皮带的自动纠偏问题，该装置已被国家知识产权局授权实用新型专利，其设计思路和工作原理可以作为设计其他类型的高速皮带机自动纠偏装置时的参考甚至直接推广采用。