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高速皮带机自动纠偏系统设计
发布时间：2013-09-02 07:56 来源：未知
1、引言
带式输送机广泛应用于烟草、物流、化工等工业领域，它的稳定性和可靠性十分关键。但由于在其加工制造、安装及运行中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生产线瘫痪。普通低速带式输送机一般设有手动张紧装置，该装置兼具纠偏作用，但调整困难，实时性差，效果欠佳。而高速皮带机通常都需设置皮带自动纠偏装置，常见的有机械式、伺服式等。
异物剔除机是一种基于机器视觉和图像处理技术来去除烟草异物的一种光机电一体化设备，用它来替代传统的人工异物分拣，目前在烟草企业得到了广泛应用。它主要由高速皮带机和识别剔除系统组成。本文就是针对其中的高速皮带机，设计了一种简单、可靠的自动纠偏系统，它实时跟踪皮带的位置，自动进行回纠，保证皮带机能长期稳定运行。
2、高速皮带机简介
2.1结构组成
高速皮带机主要由机架、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。它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，以便后续的摄像检测和异物剔除处理。皮带的张紧或放松依靠两端的气缸的伸缩来完成。其结构图如图1所示。
2.2纠偏机理
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连接方式在两侧是有区别的，见图2的C-C和B-B剖视图。传动电机一侧是通过连杆8联接，而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。皮带张紧后，传动电机侧的推杆是无法移动的，而在操作面一侧，通过转动螺纹杆，与其联接的推杆便可移动，从而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，而主动辊在钋力作用下可实现微小角度的偏摆。当皮带跑偏时，转动螺纹杆，使两端带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。
我们模拟人工手动纠偏的过程，设计了一种自动纠偏系统，下面就设计方案进行详细讨论。
3、自动纠偏系统设计
自动纠偏系统由皮带位置检测传感器、控制器和执行机构组成。检测传感器选用OMRON公司的带信号放大器的光纤传感器，该传感器输出的是1～5VDC模拟量，经过与之配套的信号放大器转换后输出为0-4000的数字量。执行机构由SEW微型减速机和同步带传动装置组成。控制器选用Siemens的S7-300。
3.1机械设计(Design of Mechanical Part)
该自动纠偏系统的结构图如图3所示。在皮带机操作面一侧的侧板上安装一套皮带位置检测装置，检测装置包括有支架l、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，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。执行机构中的被动同步带轮是安装在图2中的螺纹杆10上，以驱动其按控制要求转动。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。
3.2控制设计（Design of Control Part）
为了更好动说明皮带的位置和讨论控制的方法，选取了四个点来确定皮带的位置，如图4所示。皮带正常平稳运行都有一个范围，即皮带边缘处于A~A1之间，当皮带边缘没有遮住A点为左跑偏，没有遮住B点为左跑偏严重；当皮带边缘遮住Al．点为右跑偏。遮住Bl点为右跑偏严重。
当皮带处于中间位置A~A1时，纠偏不动作。当皮带处于左跑偏或者是右跑偏位置时，纠偏开始动作，在这两个区域，纠偏程序等待时间Ti较长，纠偏电机动作时间f．较短，是微量纠偏阶段；当皮带处于左跑偏严重或者是右跑偏严重位置时，在这两个区域，纠偏程序等待时间T2较短，纠偏电机动作时间t2较长，是大动作纠偏阶段。程序在开始纠偏运行后就适时取点，检测皮带位置是继续跑偏还是已经在往中间位置跑，如果已经纠回，皮带在往中间位置跑，则停止纠偏，否则继续纠偏。自动纠偏程序的流程图如图5所示。
在具体应用中，针对现场实际情况，还采取了以下的措施：
(1)软件滤波。由于皮带边缘不是完全整齐和光滑的，光纤传感器的输出会在一定范围为有规律地波动，因此每次从每段最小值到最大值之间的数据取平均值作为皮带当前位置的检测值；
(2)为了避免系统振荡造成皮带频繁跑偏，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。
所以，时间参数T1、T2、t1、t2是调试的关键，需要技术人员根据设备的实际情况予以调整。
4、结论
该高速皮带机自动纠偏系统已经在多台设备应用，使用效果良好，运行稳定，很好地保证了高速皮带机的平稳可靠运行。该系统的最大优点是结构简单、价格低廉、调整方便、运行稳定、免维护。较好地解决了大流量高速皮带输送机的皮带跑偏难题，具有很好的推广应用价值。
