范愛軍
河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心,鄭州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)經(jīng)開第三大街9號(hào) 450016
在卷煙制絲生產(chǎn)過程中通常采用電子皮帶秤對(duì)原材料進(jìn)行稱重和配比,電子皮帶秤的計(jì)量和配比精度會(huì)直接影響卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性[1-2]。在實(shí)際生產(chǎn)中,傳輸帶偏移是影響電子皮帶秤計(jì)量精度的重要因素之一[3-4],目前常用的糾偏技術(shù)有兩種:一是機(jī)械式無級(jí)自動(dòng)糾偏技術(shù),采用機(jī)械導(dǎo)輪跟蹤傳輸帶,同時(shí)帶動(dòng)糾偏輥偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生糾偏力,由于糾偏力與傳輸帶的跑偏力成正比,故傳輸帶可以在平衡點(diǎn)處自動(dòng)實(shí)現(xiàn)左右調(diào)整;二是使用4個(gè)接近開關(guān)與電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)糾偏輥共同組成糾偏機(jī)構(gòu),通過調(diào)整傳輸帶兩邊的張力以解決傳輸帶偏移問題,可實(shí)現(xiàn)水平或垂直調(diào)整[5]。由于電子皮帶秤的張緊輥和糾偏輥是同一部件,當(dāng)糾偏機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)糾偏時(shí),傳輸帶的張力會(huì)發(fā)生明顯改變,進(jìn)而影響電子皮帶秤的計(jì)量精度,只有通過增加校秤頻次才能降低計(jì)量精度波動(dòng)產(chǎn)生的影響[6]。針對(duì)此問題,高文杰等[7]設(shè)計(jì)了一種偏移延時(shí)控制系統(tǒng),采用電動(dòng)推桿與接近開關(guān)配合控制糾偏;楊守臣[8]分析了煙草專用電子皮帶秤的校準(zhǔn)方法及技術(shù)要求;李春光等[9]研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量傳感器和速度傳感器是造成電子皮帶秤瞬時(shí)流量波動(dòng)大和校準(zhǔn)重復(fù)性差的主要原因;曹仲瑩[10]分析發(fā)現(xiàn)速度傳感器中轉(zhuǎn)子齒輪磨損和缺齒會(huì)造成電子皮帶秤輸出數(shù)值波動(dòng)。但對(duì)于解決傳輸帶雙向、大范圍糾偏以及糾偏過程中對(duì)計(jì)量精度的影響等研究則鮮見報(bào)道。為此,利用摩擦原理設(shè)計(jì)了一種電子皮帶秤恒張力自動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu),以期減少校秤次數(shù),提高制絲生產(chǎn)過程控制精度。
改進(jìn)前電子皮帶秤張緊和糾偏機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、電機(jī)減速機(jī)、主動(dòng)輥、從動(dòng)輥、從動(dòng)輥張緊裝置、張緊糾偏輥、電動(dòng)推桿、負(fù)荷傳感器等部件組成,見圖1。傳輸帶速度由帶有變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)減速機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),通過安裝在從動(dòng)輥上的光電編碼器測量傳輸帶速度,同時(shí)消除由于傳輸帶打滑而產(chǎn)生的誤差。
圖1 改進(jìn)前電子皮帶秤張緊和糾偏機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of tension and adjustment mechanism of electronic belt weigher before modification
由圖1可見,電子皮帶秤傳輸帶1的張緊主要由從動(dòng)輥張緊裝置7、前張緊輥2和后張緊糾偏輥4控制,后張緊糾偏輥的一端與電動(dòng)推桿9采用關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行鉸鏈連接,用于張緊和糾偏。在電子皮帶秤投入使用前通常需要校秤,以消除傳輸帶張力對(duì)稱重輥的影響。但經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后,傳輸帶會(huì)產(chǎn)生左右偏移,此時(shí)自動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu)投入運(yùn)行。當(dāng)電子皮帶秤傳輸帶偏向電動(dòng)推桿一側(cè)時(shí),電動(dòng)推桿可以拉緊傳輸帶,使傳輸帶偏向另一側(cè),但是當(dāng)傳輸帶偏向沒有電動(dòng)推桿一側(cè)時(shí),電動(dòng)推桿只能放松傳輸帶,使傳輸帶偏向電動(dòng)推桿對(duì)側(cè),由此容易造成傳輸帶在主動(dòng)輥11、從動(dòng)輥6上打滑??梢姡F(xiàn)有電子皮帶秤糾偏機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)單方向糾偏,從而影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
基于摩擦原理[11]設(shè)計(jì)了一種電子皮帶秤恒張力自動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu),主要由前張緊輥3和糾偏輥支撐架(3和11)、后張緊輥支撐架(6和9)、糾偏輥組件4、電動(dòng)推桿10等部件組成,見圖2。改進(jìn)后將糾偏輥支撐架與前張緊輥支撐架設(shè)計(jì)為一體,并將后張緊輥與糾偏輥的張緊和糾偏功能分開,以避免相互影響。
圖2 改進(jìn)后電子皮帶秤張緊和糾偏機(jī)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of tension and adjustment mechanism of electronic belt weigher after modification
前張緊輥支撐架主要用于安裝和調(diào)整前張緊輥,前張緊輥與糾偏輥支撐架合為一體,見圖3。其中,雙長孔2用于調(diào)整前張緊輥的高低,長孔1用于安裝和限定前張緊輥,凸臺(tái)5用于安裝和限定關(guān)節(jié)軸承組件,長孔4用于安裝和限定糾偏輥調(diào)整架。在機(jī)架上加工出與孔3對(duì)應(yīng)的孔并安裝螺栓,用于增加前張緊輥和糾偏輥支撐架的剛度。
后張緊輥支撐架主要用于安裝和調(diào)整后張緊輥,見圖4。其中,雙長孔1用于調(diào)整后張緊輥的高低,長孔2用于安裝和限定后張緊輥,凸臺(tái)3用于安裝和限定關(guān)節(jié)軸承組件。
圖3 前張緊輥和糾偏輥支撐架示意圖Fig.3 Schematic diagram of support frame for front tension roller and adjusting roller
圖4 后張緊輥支撐架示意圖Fig.4 Schematic diagram of support frame for rear tension roller
糾偏輥組件由兩個(gè)糾偏輥(3和5)、兩個(gè)糾偏輥調(diào)整架2、關(guān)節(jié)軸承4和電動(dòng)推桿1等部件組成,見圖5。前張緊輥支撐架、糾偏輥以及糾偏輥調(diào)整架同時(shí)組裝,再將前張緊輥支撐架用螺栓固定在機(jī)架上;通過調(diào)整下糾偏輥調(diào)節(jié)螺栓8,使下糾偏輥5與傳輸帶輕輕接觸,并將下糾偏輥緊定螺栓7擰緊;上糾偏輥3在重力作用下壓在傳輸帶上方,并鎖緊上糾偏輥緊定螺栓6;最后安裝關(guān)節(jié)軸承4和電動(dòng)推桿1。
圖5 糾偏輥組件示意圖Fig.5 Schematic diagram of adjusting roller component
由圖6可見,軸頭1用于安裝關(guān)節(jié)軸承,其長度大于關(guān)節(jié)軸承寬度,當(dāng)傳輸帶偏移時(shí)有活動(dòng)間隙。糾偏輥調(diào)整架支撐滑動(dòng)面2位于安裝和限定糾偏輥調(diào)整架的長孔(圖3)中,由于滑動(dòng)面2與長孔是平面與平面相配合,由此提高了糾偏組件的穩(wěn)定性。
圖6 糾偏輥調(diào)整架示意圖Fig.6 Schematic diagram of adjusting rack of adjusting roller
糾偏輥受力分析見圖7。其中,F(xiàn)是傳輸帶對(duì)糾偏輥的摩擦力;F1是傳輸帶對(duì)糾偏輥的摩擦力在糾偏輥上的徑向分力;F2是傳輸帶對(duì)糾偏輥的摩擦力在糾偏輥上的軸向分力;f是糾偏輥對(duì)傳輸帶的摩擦力;f1是糾偏輥對(duì)傳輸帶的摩擦力在糾偏輥方向的徑向分力;f2是糾偏輥對(duì)傳輸帶的摩擦力在糾偏輥方向的軸向分力。F、F1、F2分別與f、f1、f2大小相等方向相反。由圖7可見,當(dāng)傳輸帶向左偏移時(shí),糾偏輥?zhàn)稣嵌绕保瑐鬏攷?duì)糾偏輥的摩擦力F可以分解為F1和F2,F(xiàn)1用于轉(zhuǎn)動(dòng)糾偏輥;根據(jù)作用力與反作用力原理,F(xiàn)2產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的反作用力f2,用于推動(dòng)傳輸帶向偏移的反方向移動(dòng),即推動(dòng)傳輸帶向右移動(dòng)。反之,當(dāng)傳輸帶向右偏移時(shí),糾偏輥?zhàn)鲐?fù)角度偏斜,產(chǎn)生推動(dòng)傳輸帶向左移動(dòng)的作用力f2。
圖7 糾偏輥受力分析圖Fig.7 Diagram of mechanical analysis of adjusting roller
設(shè)備:CK63E型電子皮帶秤(昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司)。其中,傳輸帶寬度為1 000 mm,主動(dòng)輥到從動(dòng)輥的距離約為2 800 mm,從動(dòng)輥的有效長度為1 060 mm。當(dāng)傳輸帶正常運(yùn)行時(shí),傳輸帶邊緣到從動(dòng)輥邊緣的距離各為30 mm。
測試方法:①由于傳輸帶是環(huán)形結(jié)構(gòu),無法直接測量糾偏量與傳輸帶張力值之間的關(guān)系。改進(jìn)前通過調(diào)整與后張緊糾偏輥連接的關(guān)節(jié)軸承的調(diào)節(jié)螺栓(螺距為1.5 mm),將螺栓的螺紋伸出量作為糾偏量,考察糾偏量與電子皮帶秤稱重值的變化,重復(fù)測量8次。②改進(jìn)后將糾偏輥組件安裝于CK63E型電子皮帶秤上,電動(dòng)推桿與糾偏輥調(diào)整架通過關(guān)節(jié)軸承相連接,通過修改PLC程序調(diào)整電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。為驗(yàn)證改進(jìn)效果,通過調(diào)整關(guān)節(jié)軸承的調(diào)節(jié)螺栓,改變糾偏輥與傳輸帶之間的傾斜度,根據(jù)調(diào)節(jié)螺栓伸出量或縮回量測試傳輸帶邊緣到從動(dòng)輥邊緣的距離。根據(jù)圖7,當(dāng)傳輸帶正常運(yùn)行時(shí),傳輸帶邊緣到從動(dòng)輥邊緣的距離為30 mm,此時(shí)設(shè)定調(diào)節(jié)螺栓伸出量為0;當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓伸出時(shí),伸出量設(shè)定為正值(+),此時(shí)傳輸帶向左偏移;反之,當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓縮回時(shí),縮回量設(shè)定為負(fù)值(-),傳輸帶向右偏移。重復(fù)測試8次。
由表1可見,改進(jìn)前隨著后張緊糾偏輥糾偏量的增加,傳輸帶張力隨之增加,進(jìn)而導(dǎo)致傳輸帶對(duì)稱重輥的壓力也增加??梢姡倪M(jìn)前采用后張緊輥與糾偏輥合二為一的設(shè)計(jì)方式,當(dāng)糾偏機(jī)構(gòu)運(yùn)行后會(huì)造成傳輸帶張力發(fā)生變化,進(jìn)而影響到電子皮帶秤的計(jì)量精度。
表1 改進(jìn)前糾偏量與電子皮帶秤稱重值的變化Tab.1 Variation of measurement value of electronic belt weigher along with adjustment distance before modification
由表2可見,改進(jìn)后后張緊輥與糾偏輥功能獨(dú)立,當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓伸出時(shí),傳輸帶邊緣到從動(dòng)輥邊緣的距離增加,此時(shí)傳輸帶在糾偏輥軸向分力的作用下,推著傳輸帶向?qū)?cè)偏移;反之,傳輸帶向另一側(cè)偏移。無論傳輸帶如何偏移,稱重值始終為0,說明傳輸帶張力沒有因糾偏機(jī)構(gòu)運(yùn)行而發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)了恒張力傳輸帶糾偏,保證了電子皮帶秤的計(jì)量精度。
表2 改進(jìn)后調(diào)節(jié)螺栓伸出量或縮回量與傳輸帶偏移量的變化①Tab.2 Variation of adjustment distance of conveying belt along with outstretching/retracting distance of adjusting bolt after modification
通過對(duì)現(xiàn)有電子皮帶秤張緊和糾偏工作原理進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了一種恒張力自動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu),將張緊輥與糾偏輥獨(dú)立設(shè)計(jì),以消除兩者之間的影響,當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓伸出時(shí),傳輸帶到從動(dòng)輥的距離增加,傳輸帶在糾偏輥軸向分力的作用下向?qū)?cè)偏移;反之,傳輸帶向另一側(cè)偏移,由此實(shí)現(xiàn)了恒張力傳輸帶糾偏。以河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心使用的CK63E型電子皮帶秤為對(duì)象進(jìn)行測試,結(jié)果表明:改進(jìn)后傳輸帶張力不會(huì)因糾偏機(jī)構(gòu)運(yùn)行而發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)了傳輸帶雙向、大范圍糾偏,有效提高了計(jì)量精度和生產(chǎn)過程控制能力。