徐劍雄 曹其紅

摘要：就提升機(jī)輸送帶在輸送過程中跑偏的機(jī)理進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出輸送帶運(yùn)動(dòng)糾偏的機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，其控制算法采用模糊控制。

關(guān)鍵詞：模糊控制;提升機(jī);輸送帶;糾偏

1 引言

帶式提升機(jī)在農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，其主要功能是被用于物料的運(yùn)輸，其功能主要是依靠輸送帶的料斗運(yùn)動(dòng)來完成。因此要提高帶式提升機(jī)工作的穩(wěn)定性和效率，就必須保證輸送帶的平穩(wěn)性。實(shí)際上由于輸送帶具備粘彈性的特征，再加之料斗裝料屬于脈動(dòng)過程，導(dǎo)致帶式提升機(jī)在實(shí)際工作時(shí)，輸送帶往往出現(xiàn)偏離、抖動(dòng)等不利于保持平穩(wěn)性的情況。

2 結(jié)構(gòu)分析

帶式提升機(jī)在不同生產(chǎn)中的應(yīng)用所采取的安裝方式存在差異，復(fù)合肥生產(chǎn)中通常采用垂直安裝方式，通過電動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)帶式提升機(jī)的輸送功能。帶式提升機(jī)上下輥軸之間的距離為8000mm，發(fā)動(dòng)機(jī)工作后為輸送帶提供動(dòng)能，然后利用料斗來完成對(duì)物料的提升工作。料斗參數(shù)為：長(zhǎng)100mm，寬200mm，深200mm，在帶上間距為200mm，帶速1.65m/s，設(shè)計(jì)輸送能力9t/h。

帶式提升機(jī)在復(fù)合肥生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)，由于復(fù)合肥物料本身具有吸水性的特點(diǎn)，導(dǎo)致粘結(jié)、料斗裝載不均勻等不良情況發(fā)生，進(jìn)而阻礙傳送帶的運(yùn)輸工作，使輸送帶在工作時(shí)出現(xiàn)跑偏問題。

3 力學(xué)研究以及分析

輸送帶在工作時(shí)具有一定的動(dòng)力，容易產(chǎn)生較為明顯的粘彈性特征，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變具備蠕變、熱粘、非線性等一系列明顯特點(diǎn)。本文所研究的帶式提升機(jī)，在工作中受到結(jié)構(gòu)、機(jī)械加工及負(fù)荷變化等一系列因素的影響，導(dǎo)致輸送帶產(chǎn)生抖動(dòng)的情況，影響帶式提升機(jī)的正常工作。理想狀態(tài)下，料斗所裝運(yùn)的物料是均勻的，輸送帶產(chǎn)生均勻拉應(yīng)力S，此時(shí)屬于正常工作情況，不會(huì)出現(xiàn)輸送帶跑偏的問題。但是，由于受到物料不均勻以及其他一系列因素的影響，導(dǎo)致拉應(yīng)力不會(huì)像正常情況下均勻分布，就會(huì)產(chǎn)生力矩M，讓輸送帶額外承受一個(gè)沿帶寬方向的力，若該力的取值較大，甚至大于帶寬方向的摩擦力時(shí)，輸送帶將無法保持正常的工作狀態(tài)，而是會(huì)出現(xiàn)一個(gè)偏離，導(dǎo)致輸送帶跑偏的不良情況出現(xiàn)。

4 控制原理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為有效解決輸送帶的跑偏問題，基于上述分析可以發(fā)現(xiàn)，只要給輸送帶額外增加一個(gè)與M反向的力矩就可以抵消M，讓輸送帶保持正常工作，可通過調(diào)整運(yùn)動(dòng)輥的軸向距離的偏移量來實(shí)現(xiàn)。具體操作是步進(jìn)電機(jī)通過電能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，能夠促使絲桿螺母產(chǎn)生相應(yīng)的副運(yùn)動(dòng)，就可以帶動(dòng)輥軸產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到改變偏移量的重要目的。復(fù)合肥提升機(jī)的帶輪張緊糾偏機(jī)構(gòu)位于提升機(jī)的下部，上部為驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪，通過對(duì)下部從動(dòng)輥軸位置的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)輸送帶的張弛以及運(yùn)行過程中的糾偏。從動(dòng)輥張緊糾偏機(jī)構(gòu)采用驅(qū)動(dòng)絲桿螺母副通過力傳感器實(shí)現(xiàn)其從動(dòng)輥支撐的位置調(diào)整。

如圖1所示。驅(qū)動(dòng)部件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)部件為滑動(dòng)絲桿螺母副，利用滑動(dòng)絲桿螺母副自鎖功能保證調(diào)整位置的可靠性。從動(dòng)輥支撐與驅(qū)動(dòng)部件間安裝的力傳感器用于檢測(cè)活動(dòng)帶的張力，通過檢測(cè)2個(gè)從動(dòng)輥支撐上活動(dòng)帶張力的平衡狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶偏擺狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。張緊糾偏機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從動(dòng)輥狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，亦可采用點(diǎn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

4.1 參數(shù)

元器件的基本參數(shù)如下：糾偏機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)選用步進(jìn)電機(jī)86BYG250FB，其保持轉(zhuǎn)矩為6Nm;絲桿的外徑40mm、導(dǎo)程為6mm;以運(yùn)動(dòng)速度24mm/s計(jì)，2個(gè)糾偏裝置采用LC0501測(cè)力傳感器分別安裝在從動(dòng)輥的兩側(cè)，可承受負(fù)載為1000N。

4.2 控制算法

基于上文分析，研究顯示如果要達(dá)到解決輸送帶跑偏問題的目的，調(diào)整主從動(dòng)輥的軸間距離能夠有效地保證輸送帶按正常軌道運(yùn)行。本文假設(shè)螺桿所增加的軸向支撐力為DN，電機(jī)輸入脈沖數(shù)量為n，基于應(yīng)力應(yīng)變的基本分析及原理能夠得到如下公式：DN=Kn，其中K為系數(shù)，與螺桿的螺距、步進(jìn)電機(jī)的系數(shù)、彈性模量以及輸送帶受力面積有關(guān)，而輸送帶為粘彈性體，其應(yīng)力應(yīng)變滿足。利用步進(jìn)電機(jī)來調(diào)整軸向支撐力DN，能夠使實(shí)際的摩擦力發(fā)生變化，有效地解決輸送帶跑偏的問題。整個(gè)過程的分析需要構(gòu)建復(fù)雜精細(xì)的數(shù)學(xué)模型，才能將眾多影響因素一并考慮在內(nèi)，在實(shí)際操作時(shí)具有較大的困難，因而可利用模糊控制來進(jìn)行控制算法設(shè)計(jì)。

4.3 為了驗(yàn)證模糊控制規(guī)則的正確性

本文基于MATLAB工具來進(jìn)行仿真模擬，分析模糊控制規(guī)則是否有效，得到仿真模擬圖如圖2所示。由圖可知，模糊規(guī)則具有較高的合理性和可行性。

測(cè)力傳感器LC0501具有良好的線性，基本電壓輸出為0-5V，但其承載的荷載是有限的，通常情況下為1000N，若加大荷載將導(dǎo)致測(cè)力傳感器無法正常工作。由于測(cè)力傳感器測(cè)定的信號(hào)較小，必須采用LM324這樣的放大器來對(duì)測(cè)定信號(hào)進(jìn)行有效的放大處理。此外在經(jīng)過放大處理后的信號(hào)均是模擬信號(hào)，必要步驟是通過ADC0809（A/D轉(zhuǎn)換器）來實(shí)現(xiàn)將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程。在完成模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換后，采用單片機(jī)AT89S51進(jìn)行處理，在完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理工作后，就可基于模糊控制算法來得到脈沖控制信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，達(dá)到解決輸送帶偏離問題的目的。

5 提高提升機(jī)輸送使用壽命的策略

5.1 對(duì)提升機(jī)接料板進(jìn)行合理設(shè)改造

提升機(jī)接料板初始狀態(tài)為傳統(tǒng)的“一”字形，通過將該形態(tài)改為“槽”字形來實(shí)現(xiàn)對(duì)形態(tài)的改造，并在材質(zhì)方面也做出了相應(yīng)改變，用10mm耐磨鋼板替換普通鋼板。為避免出現(xiàn)磨通返料的不良情況出現(xiàn)，在具體改造時(shí)可以在背面增加40*50*20mm的背包，將能有效解決該問題。若出現(xiàn)接料板磨通返料情況，通過增加該背包，能夠避免再次磨通返料的情況出現(xiàn)，在背包形成料層。此外還對(duì)安裝方式進(jìn)了改進(jìn)，傳統(tǒng)方式是由單一螺絲來進(jìn)行相互連接，本次改進(jìn)對(duì)側(cè)面和工作面進(jìn)行了區(qū)分，側(cè)面仍采用螺絲連接，但是工作面則基于焊接齊用來進(jìn)行連接。由此有利于增加接料板的牢固性，提高安裝位置的傾斜程度，由最初的30度上升到45度，并且位移向后了50mm。通過上述改進(jìn)，有利于降低物料與接料板二者之間的角度，即降低了二者之間的摩擦力，同時(shí)加大了接料板間距，能夠很好地避免出現(xiàn)接料板卡的情況出現(xiàn)。

5.2 更換螺絲墊片型號(hào)

連接螺絲帶抓墊片由原來的1mm的沖壓鐵皮帶抓墊片更換成了鑄鐵型帶抓墊片，通過上述操作能夠有效提高帶抓墊片強(qiáng)度，由此為輸送帶提供一定的保護(hù)功能，使用沖壓鐵皮或鑄鐵型帶抓墊片來替換。

6 結(jié)語

通過對(duì)本文的帶式提升機(jī)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)輸送帶跑偏的不良情況，說明本文所提出的方法完全是有效、合理的，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于其他系列因素的外在影響，輸送帶在實(shí)際運(yùn)行中仍會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)和左右運(yùn)動(dòng)，但是這種跑偏是可以恢復(fù)的，不會(huì)對(duì)帶式提升機(jī)的正常工作產(chǎn)生較大影響，后續(xù)研究可深入分析如何避免這種情況。

參考文獻(xiàn)

[1]宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

[2]周廣林，陳健，羅鳳利等.輸送帶的粘彈力學(xué)特性.煤礦機(jī)械，2001（12）

作者簡(jiǎn)介：徐劍雄（1989年12月），男，漢族，籍貫：江蘇省揚(yáng)州市，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械工程-輸送設(shè)備

曹其紅（1986年09月），女，漢族，籍貫：江蘇省泰興市，大學(xué)專科，助理工程師，研究方向：機(jī)械工程-輸送設(shè)備

（作者單位：江蘇豐尚智能科技有限公司）