高秀芳 朱鵬遠(yuǎn) 張晨晨 李世濤 姚云龍

（鄭州商學(xué)院，河南 鄭州 451200）

1 概述

目前，所涉及的檢測帶式輸送機(jī)的裝置有接觸式機(jī)械檢測法，但其結(jié)構(gòu)經(jīng)常受損，特別是運(yùn)用在運(yùn)輸大宗散貨的帶輸送機(jī)時，檢測偏移的立輥會被輸送帶邊緣的摩擦處破壞，從而不能準(zhǔn)確地檢測出輸送帶損壞位置；還有通過圖像或光電檢測的非接觸式檢測裝置，但非接觸式的檢測裝置對運(yùn)行環(huán)境要求較高，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣時，光感信號不能有效的傳輸，因此無法大規(guī)模應(yīng)用在礦山、石化等有大宗散料的帶式輸送機(jī)上。所以在這種情況下我們提出帶式輸送機(jī)全自動糾偏的方式。針對帶式輸送機(jī)在工作過程中的跑偏問題，主要受自身結(jié)構(gòu)和貨料參數(shù)的影響。因此就從兩個方向進(jìn)行分析，通過載貨情況下帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)的受力情況以及貨料參數(shù)所引起的原因來制定糾偏措施，然后再設(shè)計出帶式輸送機(jī)糾偏裝置，以達(dá)到動態(tài)糾偏的目的。除此之外，該裝置是全自動的，在結(jié)合當(dāng)前市場現(xiàn)有的理念的基礎(chǔ)上，本裝置加入了新的設(shè)計思路，能夠很好地減少資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、消防安全等，降低帶式輸送機(jī)糾偏對人力資源的依賴，從而形成各方面的良性循環(huán)。

2 輸送帶跑偏原因分析

經(jīng)驗(yàn)證，帶式輸送機(jī)在工作過程中的跑偏主要受自身結(jié)構(gòu)和貨料參數(shù)影響。從自身結(jié)構(gòu)分析，在物料運(yùn)行時，輸送帶會受到外力且需要一直向前運(yùn)動，若兩側(cè)的托輥受到的外力相差太大，會使輸送帶發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

3 糾偏裝置

本裝置主要由感應(yīng)托輥、旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、支撐托輥、角度傳感器、角度編碼器等組成。

在輸送帶運(yùn)行過程中，傳送帶會出現(xiàn)偏移情況，一旦偏移量過大，會對人員和物料造成影響，因此為了減少人員和物料損傷，設(shè)計一款糾偏裝置，但是，單單一個糾偏裝置不能滿足現(xiàn)有的需求，為了提高工作效率，需要外加一個自動調(diào)整的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的糾偏是通過操作人員對托輥進(jìn)行張緊，以此來達(dá)到糾偏的目的，但是此方法需要大量的人力，且糾偏難度較大?，F(xiàn)存在的糾偏有自動糾偏和機(jī)械糾偏，糾偏的方向也是不同的，如：左右糾偏，上下糾偏等，這兩種都是針對托輥的糾偏。左右糾偏是把托輥整體結(jié)構(gòu)加以扭矩，以桿的方式去促進(jìn)帶式輸送機(jī)的糾偏，此糾偏方式會造成托輥的損害，輸送帶的摩擦損失，所以通過對整個帶式輸送機(jī)的分析，選定上下糾偏，采用上下糾偏只需要依據(jù)托輥與物料構(gòu)成的角度進(jìn)行調(diào)整，減少托輥?zhàn)笥乙苿樱噍^于左右糾偏對帶式輸送機(jī)的托輥更加友好。

在設(shè)計糾偏裝置時，如：保持帶式輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定，且各個機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向的中線是一致的；糾偏裝置在貨料含水量大時也能發(fā)揮作用；預(yù)留出輸送帶跑偏的空間，避免在發(fā)生偏轉(zhuǎn)時輸送帶直接脫離托輥邊緣，造成物料墜落；帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，整個機(jī)構(gòu)的設(shè)計不容易被貨料卡死等這四點(diǎn)糾偏方法也需要被考慮到。當(dāng)輸送機(jī)空載運(yùn)行時，輸送帶通過兩個轉(zhuǎn)向滾筒、一個動力滾筒的多種組合進(jìn)行運(yùn)動，這三個滾筒間的輸送帶都是由托輥架支撐。輸送帶的運(yùn)行軌跡主要受重力、零部件摩擦力的影響。

因此在設(shè)計帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置之前，此影響因素也需要被考慮。當(dāng)輸送帶的中心線與滾筒的中心線和托輥架保持重合，這時輸送機(jī)處于理想狀態(tài)，此時帶式輸送機(jī)載重能力最強(qiáng)，工作更加平穩(wěn)。為了使輸送機(jī)達(dá)到上述理想狀態(tài)，輸送帶結(jié)構(gòu)需要滿足下列條件：運(yùn)行時輸送帶的重心要處于托輥架和滾筒中心線上，且與水平托輥的夾角保持為90°；運(yùn)行時動力滾筒對輸送帶所施加的力與滾筒中心線成平行狀態(tài)，且與托輥軸線夾角保持為90°；運(yùn)行時輸送帶所受到的阻力不會與托輥架相交。

全部達(dá)到以上三個條件時，輸送帶的受力分析如圖1 所示。當(dāng)輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，物料發(fā)生向左傾斜的趨勢，輸送帶將受右側(cè)推力影響，物料與輸送帶之間的靜摩擦力將會把輸送帶推出中線，如圖2 所示。輸送帶運(yùn)輸物料一段時間后，物料與輸送帶偏移中線部分的重力所產(chǎn)生的牽引力將會互相抵消，物料會滾落在輸送帶的中心線附近。這時，物料對輸送帶造成的沖擊力會使其偏出中心線。

圖1 抬高托輥與輸送帶夾角

圖2 抬高托輥與輸送帶夾角達(dá)到糾偏目的

綜上所述，帶式輸送機(jī)運(yùn)行時，如果帶式輸送機(jī)的中心線沒有與物料重心吻合，沒有與滾筒中線和托輥重合，輸送帶將會跑偏，反之則會居中運(yùn)行。

對兩側(cè)托輥與輸送帶夾角的調(diào)整能夠把輸送帶和貨料自身的重量分解出回正牽引力，即當(dāng)輸送帶向左跑偏時，加大左側(cè)托輥與輸送帶之間的夾角，從而使貨料下滑的重力轉(zhuǎn)變?yōu)閷斔蛶Щ卣牧?。反之加大右?cè)托輥與輸送帶之間的夾角，將角度編碼器與托輥架偏轉(zhuǎn)軸連接。當(dāng)輸送帶跑偏時會推動托輥架，從而觸發(fā)角度編碼器，角度編碼器將信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計算出偏移量。輸送帶邊緣被推移，進(jìn)而使傾角傳感器和托輥架發(fā)生擺動，傾角傳感器向控制器傳輸傾角變化信號，控制器據(jù)此計算偏移角度。輸送帶跑偏程度是通過計算托輥架偏移量得出，本裝置也具備下列特點(diǎn)：檢測托輥架被推動后，可以自行復(fù)位；檢測托輥架接觸位置處安裝墊塊；每個托輥的半徑都相同；檢測托輥與輸送帶的夾角＞90°；托輥既要重量輕，也要耐磨；運(yùn)行時輸送帶所受到的阻力不會與托輥架相交。帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置的安裝方式：在上層輸送帶邊緣安裝糾偏檢測機(jī)構(gòu)，在下層輸送帶末端處安裝糾偏托輥組。糾偏托輥支架末端用銷軸與電動推桿前端鉸接，推桿伸縮方向與輸送帶運(yùn)行方向平行。電動推桿底座固定在帶式輸送機(jī)機(jī)架上，推桿伸縮時尾部留有小幅擺動空間。糾偏檢測機(jī)構(gòu)和糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動推桿通過電線與控制機(jī)構(gòu)連接。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器由控制機(jī)構(gòu)管理。

由此，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就是物料向左傾斜，輸送帶將受右側(cè)推力影響，物料與輸送帶之間的靜摩擦力將會把輸送帶推出中線。輸送帶運(yùn)輸物料一段時間后，物料與輸送帶偏移中線部分的重力所產(chǎn)生的牽引力將會互相抵消，物料會滾落在輸送帶的中心線附近。這時，物料對輸送帶造成的沖擊力會使其偏出中心線。在輸送帶發(fā)生偏移時，要做到全自動，需要添加檢測裝置，本檢測裝置通過對物料掉落的臨界狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計，來調(diào)整物料在運(yùn)行時發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度范圍進(jìn)行糾偏，由于在運(yùn)行過程，只會發(fā)生某一側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以，本裝置在糾偏時會進(jìn)行兩側(cè)偏轉(zhuǎn)，因?yàn)橐粋?cè)糾偏會造成輸送帶歸正時間減少，故選擇同時糾偏。

通過糾偏裝置的實(shí)現(xiàn)，糾偏裝置滿足所設(shè)要求，在貨料含水量大時也能發(fā)揮作用。在自身結(jié)構(gòu)一定的情況下，能夠很好的實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能需求。

4 檢測裝置

由于目前工作環(huán)境以及人員需求的影響，帶式輸送機(jī)的糾偏方式的選擇傾向于全自動的形式，所以通過對帶式輸送機(jī)的糾偏裝置的進(jìn)一步分析，從而對糾偏裝置的優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全自動。初步糾偏裝置的模型主要是在輸送帶的中間加絕緣物質(zhì)，以此通過攝像頭的模式進(jìn)行糾偏。

通過糾偏裝置可以得出帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置的安裝方式：在上層輸送帶邊緣安裝糾偏檢測機(jī)構(gòu)，在下層輸送帶末端處安裝糾偏托輥組。糾偏托輥支架末端用銷軸與電動推桿前端鉸接，推桿伸縮方向與輸送帶運(yùn)行方向平行。電動推桿底座固定在帶式輸送機(jī)機(jī)架上，推桿伸縮時尾部留有小幅度的擺動空間，主要的擺動方式是上下擺動，也是兩側(cè)托棍的擺動。糾偏檢測機(jī)構(gòu)和糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動推桿通過電線與控制機(jī)構(gòu)連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器由控制機(jī)構(gòu)管理。檢測裝置主要進(jìn)行預(yù)測輸送帶是否有跑偏趨勢進(jìn)行提前調(diào)整以及通過檢測當(dāng)前輸送帶位置進(jìn)行滯后糾偏。由于輸送帶的檢測發(fā)出命令時，會設(shè)置兩側(cè)同時糾偏，因此，需要進(jìn)一步的計算兩側(cè)糾偏的位移量，以免造成其發(fā)生過度糾偏，發(fā)生不必要的危害。這樣，能夠以最低的成本控制輸送帶運(yùn)行位置。關(guān)于輸送帶運(yùn)行趨勢的預(yù)測，是對輸送帶近期的軌跡分析，判定輸送帶偏移時間，并向驅(qū)動裝置下達(dá)調(diào)整命令。

圖3 跑偏量檢測裝置

帶式輸送機(jī)全自動糾偏的檢測裝置主要要求對檢測到的信號進(jìn)行降噪處理，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境相對聒噪，所以通過此影響設(shè)計并計算出能夠預(yù)測輸送帶運(yùn)行趨勢的自動控制邏輯，并根據(jù)輸送帶的跑偏位移量作出不同的糾偏反應(yīng)。但檢測裝置的安裝主要分為以下四種安裝方式：正面檢測、回程檢測、單面檢測和雙面檢測，分別是回程檢測安裝在輸送帶之間；在安裝在單面時，要把感應(yīng)托輥向輸送帶中線挪動，用單面的偏移量來判定輸送帶位置；雙面都安裝時，兩個托輥架信號相互檢測，獲取的輸送帶位置信息更準(zhǔn)確；正面檢測安裝在輸送帶的上端，進(jìn)行俯視檢測。

將角度編碼器與托輥架的旋轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)輸送帶跑偏時會推動托輥架，從而觸發(fā)角度編碼器，角度編碼器將信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計算出跑偏量。輸送帶邊緣被推移而使傾角傳感器和托輥架擺動，傾角傳感器向控制器傳輸傾角變化信號，控制器據(jù)此計算偏移角度。該裝置會確定輸送帶當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行軌跡，及時向控制系統(tǒng)反饋信號使系統(tǒng)作出對應(yīng)的糾偏調(diào)整，安裝檢測裝置的位置需要擁有正面檢測、回程檢測、單面檢測和雙面檢測四個位置的檢測。安裝在單面時，要把感應(yīng)托輥向輸送帶中線挪動，用單面的偏移量來判定輸送帶位置；雙面都安裝時，兩個托輥架信號相互檢測，獲取的輸送帶位置信息更準(zhǔn)確。帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置需要調(diào)整好托輥架與輸送帶運(yùn)行方向的總體設(shè)計，從而確定該裝置可以在輸送帶發(fā)生糾偏是時能夠及時做出反應(yīng)并做出相應(yīng)的調(diào)整。在一開始的時候，主要選用對每個物品的整體進(jìn)行大概輪廓預(yù)測然后設(shè)計適合大概尺寸，是兩側(cè)傾斜固定的單一裝置，此時裝置不會偏轉(zhuǎn)，但是物料會出現(xiàn)掉落和卡機(jī)的現(xiàn)象，所以此方法與全自動相悖，不可行，因此，我們采用力學(xué)的反饋進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)力學(xué)傳感器檢測偏轉(zhuǎn)后推動托輥架與原有的傳送帶速度進(jìn)行相應(yīng)地改變，并設(shè)計了一種跑偏量檢測裝置來實(shí)時監(jiān)控輸送帶跑偏量以及運(yùn)行狀態(tài)。本裝置所采用的糾偏方案主要取決于托輥與輸送帶運(yùn)行方向的夾角精度，而驅(qū)動系統(tǒng)的精度影響了夾角的調(diào)整精度。由于工作中輸送帶位于托輥上方，托輥容易受物料重量和輸送帶重量影響。而推桿是通過前后運(yùn)動控制托輥，這兩項(xiàng)因素對推桿的影響可忽略不計，推桿的執(zhí)行元件選用滾珠絲杠，滾珠絲杠能夠把直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動互相轉(zhuǎn)化，且具有高效率、損耗小、耐久度高、傳動精密高等優(yōu)點(diǎn)。所以本裝置將使用推桿來控制托輥角度變化，減少了不必要的影響，根據(jù)輸送帶的跑偏程度來作出不同的糾偏反應(yīng)，全自動糾偏系統(tǒng)設(shè)計全部完工。

圖4 檢測裝置安裝示意圖

當(dāng)物料在輸送帶運(yùn)行時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時的力學(xué)傳感器會發(fā)生響應(yīng)，如果帶式輸送機(jī)的中心線設(shè)有與物料重心吻合，沒有與滾筒中線和托輥重合，輸送帶將會跑偏，反之則會居中運(yùn)行。所以，當(dāng)物料向左傾斜，輸送帶將被受右側(cè)推力影響，物料與輸送帶之間的靜摩擦力將會把輸送帶推出中線。輸送帶運(yùn)輸物料一段時間后，物料與輸送帶偏移中線部分的重力所產(chǎn)生的牽引力將會互相抵消，物料會滾落在輸送帶的中心線附近。這時，物料對輸送帶造成的沖擊力會使其偏出中心線。但是單單考慮這些因素還不夠，其中需要保持輸送機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)穩(wěn)定，且各個機(jī)構(gòu)的中線是一致的；帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置模型在做了許多現(xiàn)場操作的基礎(chǔ)上，分析了影響輸送帶跑偏的因素，設(shè)計了全自動糾偏系統(tǒng)。此系統(tǒng)不用人為干預(yù)，將會大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

本裝置的主要成果如下：找出傳送帶在不同受力狀態(tài)下，運(yùn)載不同物料時的跑偏原因；制定了動態(tài)輸送帶糾偏措施，得出使用托輥進(jìn)行糾偏的方案；設(shè)計一款跑偏量檢測裝置。用檢測托輥架的移動幅度算出輸送帶跑偏量，分析托輥架移動幅度與跑偏量關(guān)系的計算式的檢測方法；進(jìn)行去噪處理，對跑偏量檢測信號進(jìn)行過濾；設(shè)計出了帶式輸送機(jī)全自動糾偏系統(tǒng)、系統(tǒng)自動控制邏輯。帶式輸送機(jī)的全自動糾偏裝置設(shè)計全部結(jié)束。

通過慧魚工具的搭建，本裝置的初步模型見圖5。

圖5

5 結(jié)論

帶式輸送機(jī)跑偏不僅僅造成生產(chǎn)停工、損壞設(shè)備等經(jīng)濟(jì)損失的直觀危害，而且?guī)捷斔蜋C(jī)的輸送帶跑偏更會造成浪費(fèi)資源、污染環(huán)境、安全問題等潛在的危害，比如貨料會從輸送機(jī)邊緣掉落，掉落貨料的清理又是一項(xiàng)浪費(fèi)大量物力、人力的活動，甚至在這一過程中嚴(yán)重污染環(huán)境，損害人體健康，故基于目前分析的糾偏原因，對帶式輸送機(jī)進(jìn)行研究，此次的帶式輸送機(jī)全自動糾偏裝置相較于以往的糾偏方式做出調(diào)整，其更加的節(jié)省時間，降低人工成本，提高工藝要求。