皮带输送机跑偏监测并纠偏装置及方法

309 编辑：中冶有色技术网来源：中国矿业大学

2023-11-09 14:39:34

权利要求书： 1.一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，其特征在于，采用的皮带输送机跑偏监测并纠偏装置包括左调节电机、左离合器、左旋变传感器、左滚筒、右调节电机、右离合器、右旋变传感器、右滚筒和计算机；所述左滚筒和右滚筒同轴设置组成改向滚筒，并安装在皮带输送机一端，且左滚筒和右滚筒能随着皮带转动；左滚筒和右滚筒两者靠近的一端之间留有间隙；左旋变传感器和右旋变传感器分别装在左滚筒和右滚筒上，用于采集左滚筒和右滚筒各自的旋转状态数据，左调节电机和右调节电机对称装在改向滚筒两侧的机架上，其中左调节电机通过左离合器与左滚筒另一端同轴连接，当左离合器处于结合状态时，左调节电机能带动左滚筒同步转动；右调节电机通过右离合器与右滚筒另一端同轴连接，当右离合器处于结合状态时，右调节电机能带动右滚筒同步转动；所述计算机装在机架上，计算机分别与左调节电机、左离合器、左旋变传感器、右调节电机、右离合器和右旋变传感器连接，用于获取左旋变传感器和右旋变传感器采集的旋转状态数据并进行分析处理后，分别控制左离合器和右离合器的结合或分离状态；同时对左调节电机和右调节电机的转速分别进行控制，具体步骤为：

步骤一、皮带输送机开始工作之前，将左离合器和右离合器的初始状态设置为分离状态；然后皮带输送机开始工作，进而皮带传动使左滚筒和右滚筒随着皮带转动，左旋变传感器和右旋变传感器分别按照采集间隔获取左滚筒和右滚筒各自的旋转状态数据并将数据实时反馈给计算机；

步骤二、计算机接收一组左旋变传感器和右旋变传感器反馈的实时数据后，分析处理后分别获得左滚筒的转角θ1及转速ω1，右滚筒的转角θ2及转速为ω2；将左滚筒的转角及转速与右滚筒的转角以及转速分别相减并取绝对值，得到左右滚筒的转角差值Δθ和转速差值Δω，设定转角阈值θ0和转速阈值ω0，若左右滚筒的转角的差值大于设定的阈值θ0，或速度差值大于阈值ω0时，则认定皮带输送机的皮带发生跑偏，进入步骤三；若否，则计算机继续接收下一组数据并重复本步骤的过程；

步骤三、若ω1小于ω2，或者θ1小于θ2时，则认为皮带向左跑偏，若ω1大于ω2，或者θ1大于θ2时，则认为皮带向右跑偏；

步骤四、当确定皮带发生跑偏时，计算机控制左离合器和右离合器均处于结合状态，同时控制左调节电机和右调节电机启动，进而左调节电机通过左离合器带动左滚筒同步转动，右调节电机通过右离合器带动右滚筒同步转动，并进入步骤五；

步骤五、根据步骤三的判断情况，当皮带向左跑偏时，使左调节电机带动左滚筒的转速大于皮带带动时的转速，使得皮带与左滚筒的附着力增大，并且左滚筒给皮带的左侧一个向上的力；同时使右调节电机带动右滚筒的转速小于皮带带动时的转速，使得皮带与右滚筒的附着力增大，并且右滚筒给皮带的右侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带的力形成一个顺时针的力矩，最终驱使皮带传动过程中向右偏移回正；

当皮带向右跑偏时，使右调节电机带动右滚筒的转速大于皮带带动时的转速，使得皮带与右滚筒的附着力增大，并且右滚筒给皮带的右侧一个向上的力；同时使左调节电机带动左滚筒的转速小于皮带带动时的转速，使得皮带与左滚筒的附着力增大，并且左滚筒给皮带的左侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带的力形成一个逆时针的力矩，最终驱使皮带传动过程中向左偏移回正；

步骤六、在纠偏期间，左旋变传感器和右旋变传感器持续检测左右滚筒的旋转状态，并将数据持续传递给计算机，计算机分析处理后得到左右滚筒的实时转速以及左右滚筒的实时转角，通过获得的实时转速来控制左右调节电机的转速以及计算左右滚筒的转角差值Δθ；当左右滚筒的转角差值Δθ小于设定阈值θ0时，则确定本次皮带纠偏过程完成，此时计算机控制左右调节电机的转速与皮带带动时的转速一致，并保持一段时间；

步骤八、保持同步转速一段时间后，计算机控制左右离合器处于分离状态，然后停止左右调节电机工作，接着计算机继续接收下一组左旋变传感器和右旋变传感器反馈的实时数据，并重复步骤二至八，如此持续，从而实现对皮带输送机工作中的跑偏监测及实时纠偏过程。

2.根据权利要求1所述皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，其特征在于，所述左调节电机和右调节电机均为伺服电机。

3.根据权利要求1所述皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，其特征在于，所述计算机为PLC控制器或单片机。

4.根据权利要求1所述皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，其特征在于，将计算机通过线缆与集控中心连接，当计算机确定皮带发生跑偏时，计算机将跑偏信号传递给集控中心，使工作人员及时知晓并前去检查跑偏情况。

说明书：一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置及方法技术领域

本发明涉及一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置及方法，属于皮带输送机传输技术领域。

背景技术

皮带输送机是大多数工业企业中会用到的机器，但在使用时会出现各种状况，比如跑偏、纵向撕裂和边缘磨损，其中，跑偏是最常见的问题。因为托辊支架不正，或者改向滚筒/传动滚筒的两端松紧不一致，又或者张紧装置调整不均等都会导致跑偏。当发生跑偏问题时，不仅会影响生产效率，严重的还会影响人身安全，所以需要对皮带运输机的跑偏进行控制，或者当皮带发生跑偏时能及时进行纠偏的技术。

目前行业内对于跑偏的问题，会采用以下方法纠偏：一是采用调整承载托辊组的方法实现纠偏，输送带在运输过程中偏向哪一侧，则停机后通过人工将托辊组那一侧朝向输送带前进方向前移；二是安装特制的调心托辊组，使托辊组在水平面内可以沿一定方向转动，当皮带发生跑偏时阻挡或产生横向推力，来对皮带实现纠偏；还有一些是通过停机后调整各滚筒位置或通过调节张紧装置的张紧力来实现纠偏；上述方法都可以在一定程度上实现纠偏，但上述方法还存在以下缺点：1、目前皮带输送机跑偏监测还是依靠人工观察，若未及时发现跑偏并进行纠偏则造成皮带边缘磨损或物料洒落；2、现有的纠偏方式对托辊组、滚筒和机架等的安装精度和加工制造要求较高，增加了制造成本；3、现有的纠偏方式均需要将皮带输送机停机后再进行纠偏的工作，且有些调整方法需要进行手动调节，这样不仅费时费力，还会影响皮带输送机的工作效率。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置及方法，能持续对皮带输送机跑偏情况进行监测，并无需人工且无需皮带输送机停机即能对皮带自动进行纠偏处理，从而有效保证皮带输送机的工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置，包括左调节电机、左离合器、左旋变传感器、左滚筒、右调节电机、右离合器、右旋变传感器、右滚筒和计算机；

所述左滚筒和右滚筒同轴设置组成改向滚筒，并安装在皮带输送机一端，且左滚筒和右滚筒能随着皮带转动；左滚筒和右滚筒两者靠近的一端之间留有间隙；左旋变传感器和右旋变传感器分别装在左滚筒和右滚筒上，用于采集左滚筒和右滚筒各自的旋转状态数据，左调节电机和右调节电机对称装在改向滚筒两侧的机架上，其中左调节电机通过左离合器与左滚筒另一端同轴连接，当左离合器处于结合状态时，左调节电机能带动左滚筒同步转动；右调节电机通过右离合器与右滚筒另一端同轴连接，当右离合器处于结合状态时，右调节电机能带动右滚筒同步转动；

所述计算机装在机架上，计算机分别与左调节电机、左离合器、左旋变传感器、右调节电机、右离合器和右旋变传感器连接，用于获取左旋变传感器和右旋变传感器采集的旋转状态数据并进行分析处理后，分别控制左离合器和右离合器的结合或分离状态；同时对左调节电机和右调节电机的转速分别进行控制。

进一步，所述左调节电机和右调节电机均为伺服电机。采用伺服电机，便于对其转速进行控制。

进一步，所述计算机为PLC控制器或单片机。采用上述控制器因其不仅体积小巧，而且工作时较为稳定。

上述皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，具体步骤为：

步骤一、皮带输送机开始工作之前，将左离合器和右离合器的初始状态设置为分离状态；然后皮带输送机开始工作，进而皮带传动使左滚筒和右滚筒随着皮带转动，左旋变传感器和右旋变传感器分别按照采集间隔获取左滚筒和右滚筒各自的旋转状态数据并将数据实时反馈给计算机；

步骤二、计算机接收一组左旋变传感器和右旋变传感器反馈的实时数据后，分析处理后分别获得左滚筒的转角θ1及转速ω1，右滚筒的转角θ2及转速为ω2；将左滚筒的转角及转速与右滚筒的转角以及转速分别相减并取绝对值，得到左右滚筒的转角差值Δθ和转速差值Δω，设定转角阈值θ0和转速阈值ω0，若左右滚筒的转角的差值大于设定的阈值θ0，或速度差值大于阈值ω0时，则认定皮带输送机的皮带发生跑偏，进入步骤三；若否，则计算机继续接收下一组数据并重复本步骤的过程；

步骤三、若ω1小于ω2，或者θ1小于θ2时，则认为皮带向左跑偏，若ω1大于ω2，或者θ1大于θ2时，则认为皮带向右跑偏；

步骤四、当确定皮带发生跑偏时，计算机控制左离合器和右离合器均处于结合状态，同时控制左调节电机和右调节电机启动，进而左调节电机通过左离合器带动左滚筒同步转动，右调节电机通过右离合器带动右滚筒同步转动，并进入步骤五；。

步骤五、根据步骤三的判断情况，当皮带向左跑偏时，使左调节电机带动左滚筒的转速大于皮带带动时的转速，使得皮带与左滚筒的附着力增大，并且左滚筒给皮带的左侧一个向上的力；同时使右调节电机带动右滚筒的转速小于皮带带动时的转速，使得皮带与右滚筒的附着力增大，并且右滚筒给皮带的右侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带的力形成一个顺时针的力矩，最终驱使皮带传动过程中向右偏移回正；

当皮带向右跑偏时，使右调节电机带动右滚筒的转速大于皮带带动时的转速，使得皮带与右滚筒的附着力增大，并且右滚筒给皮带的右侧一个向上的力；同时使左调节电机带动左滚筒的转速小于皮带带动时的转速，使得皮带与左滚筒的附着力增大，并且左滚筒给皮带的左侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带的力形成一个逆时针的力矩，最终驱使皮带传动过程中向左偏移回正；

上述纠偏的具体原理是：在皮带正常传输过程中，皮带带动左右滚筒转动时皮带与滚筒之间的转速一致此时附着力小于两者转速不一致的情况，通过改变左右滚筒与皮带之间的转速，使左右滚筒分别大于或小于皮带传动速度，在保持皮带传动速度不变的情况下，使左右滚筒分别与皮带之间的滑移率调节增大，由于滑移率的大小与附着力的大小成正相关，进而左右滚筒分别与皮带之间的附着力增大，对皮带施加不同方向的力矩，最终实现对皮带跑偏方向的纠偏过程。

步骤六、在整个纠偏期间皮带传动速度保持不变，且左旋变传感器和右旋变传感器持续检测左右滚筒的旋转状态，并将数据持续传递给计算机，计算机分析处理后得到左右滚筒的实时转速以及左右滚筒的实时转角，通过获得的实时转速来控制左右调节电机的转速以及计算左右滚筒的转角差值Δθ；当左右滚筒的转角差值Δθ小于设定阈值θ0时，则确定本次皮带纠偏过程完成，此时计算机控制左右调节电机的转速与皮带带动时的转速一致，并保持一段时间；

步骤八、保持同步转速一段时间后，计算机控制左右离合器处于分离状态，然后停止左右调节电机工作，接着计算机继续接收下一组左旋变传感器和右旋变传感器反馈的实时数据，并重复步骤二至八，如此持续，从而实现对皮带输送机工作中的跑偏监测及实时纠偏过程。

进一步，将计算机通过线缆与集控中心连接，当计算机确定皮带发生跑偏时，计算机将跑偏信号传递给集控中心，使工作人员及时知晓并前去检查跑偏情况。这样能及时查看跑偏对对运输的影响情况，如发生紧急情况能及时通过集控中心停止皮带传输机的工作。

与现有技术相比，本发明采用左右滚筒组成改向滚筒，替换原本整体式滚筒，并结合左右调节电机、左右离合器、左右旋变传感器和计算机的方式，通过在左右滚筒上分别安装旋变传感器，能够精确的感知左右滚筒的旋转状态，在皮带正常传输时，左右离合器均处于分离状态，此时皮带能带动左右滚筒同步转动进行传送工作，计算机实时接收左右旋变传感器反馈的数据，通过分析处理获得左右滚筒的旋转速度和转角，并根据两者的差值绝对值是否大于阈值来判断是否跑偏，若判断发生跑偏时，计算机能迅速的控制左右调节电机启动以及左右离合器处于结合状态，此时通过改变左右滚筒与皮带之间的转速不一致，进而控制左右滚筒与皮带之间的附着力走向，给皮带一个扭矩，让皮带纠偏回正，防止跑偏进一步严重。整个纠偏过程既不需要停机调整，也不需要人工操作，能够实现自动化的跑偏监测和回正。另外本发明的整个装置均在现有皮带输送机的基础上加装完成，仅将原有改向滚筒去除，因此无需提高原有设备的安装精度和加工制造要求，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置中各个部件的电原理图；

图3是本发明方法的工作流程图。

图中：1-左调节电机，2-左离合器，3-左旋变传感器，4-左滚筒，5-皮带，6-右滚筒，7-右旋变传感器，8-右离合器，9-右调节电机，10-机架，11-计算机。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种皮带输送机跑偏监测并纠偏装置，包括左调节电机1、左离合器2、左旋变传感器3、左滚筒4、右调节电机9、右离合器8、右旋变传感器7、右滚筒6和计算机11；所述左调节电机1和右调节电机9均为伺服电机。采用伺服电机，便于对其转速进行控制。

所述左滚筒4和右滚筒6同轴设置组成改向滚筒，并安装在皮带输送机一端，且左滚筒4和右滚筒6能随着皮带5转动；左滚筒4和右滚筒6两者靠近的一端之间留有间隙；左旋变传感器3和右旋变传感器7分别装在左滚筒4和右滚筒6上，用于采集左滚筒4和右滚筒6各自的旋转状态数据，左调节电机1和右调节电机9对称装在改向滚筒两侧的机架10上，其中左调节电机1通过左离合器2与左滚筒4另一端同轴连接，当左离合器2处于结合状态时，左调节电机1能带动左滚筒4同步转动；右调节电机9通过右离合器8与右滚筒6另一端同轴连接，当右离合器8处于结合状态时，右调节电机9能带动右滚筒6同步转动；

所述计算机11装在机架10上，所述计算机11为PLC控制器或单片机。采用上述控制器因其不仅体积小巧，而且工作时较为稳定。如图2所示，计算机11分别与左调节电机1、左离合器2、左旋变传感器3、右调节电机6、右离合器7和右旋变传感器8连接，用于获取左旋变传感器3和右旋变传感器7采集的旋转状态数据并进行分析处理后，分别控制左离合器2和右离合器8的结合或分离状态；同时对左调节电机1和右调节电机9的转速分别进行控制。

如图3所示，上述皮带输送机跑偏监测并纠偏装置的工作方法，具体步骤为：

步骤一、皮带输送机开始工作之前，将左离合器2和右离合器8的初始状态设置为分离状态；然后皮带输送机开始工作，进而皮带5传动使左滚筒4和右滚筒6随着皮带5转动，左旋变传感器3和右旋变传感器7分别按照采集间隔获取左滚筒4和右滚筒6各自的旋转状态数据并将数据实时反馈给计算机11；

步骤二、计算机11接收一组左旋变传感器3和右旋变传感器6反馈的实时数据后，分析处理后分别获得左滚筒4的转角θ1及转速ω1，右滚筒6的转角θ2及转速为ω2；将左滚筒4的转角及转速与右滚筒6的转角以及转速分别相减并取绝对值，得到左右滚筒的转角差值Δθ和转速差值Δω，设定转角阈值θ0和转速阈值ω0(具体的阈值设定根据安装到所需皮带输送机后，先进行试验测定获得)，若左右滚筒的转角的差值大于设定的阈值θ0，或速度差值大于阈值ω0时，则认定皮带输送机的皮带发生跑偏，进入步骤三；若否，则计算机继续接收下一组数据并重复本步骤的过程；

步骤三、若ω1小于ω2，或者θ1小于θ2时，则认为皮带向左跑偏，若ω1大于ω2，或者θ1大于θ2时，则认为皮带向右跑偏；

步骤四、当确定皮带5发生跑偏时，计算机11控制左离合器2和右离合器8均处于结合状态，同时控制左调节电机1和右调节电机9启动，进而左调节电机1通过左离合器2带动左滚筒4同步转动，右调节电机9通过右离合器8带动右滚筒6同步转动，并进入步骤五；。

步骤五、根据步骤三的判断情况，当皮带5向左跑偏时，使左调节电机1带动左滚筒4的转速大于皮带5带动时的转速，使得皮带5与左滚筒4的附着力增大，并且左滚筒4给皮带5的左侧一个向上的力；同时使右调节电机9带动右滚筒6的转速小于皮带5带动时的转速，使得皮带5与右滚筒6的附着力增大，并且右滚筒6给皮带5的右侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带5的力形成一个顺时针的力矩，最终驱使皮带5传动过程中向右偏移回正；

当皮带5向右跑偏时，使右调节电机9带动右滚筒6的转速大于皮带5带动时的转速，使得皮带5与右滚筒6的附着力增大，并且右滚筒6给皮带5的右侧一个向上的力；同时使左调节电机1带动左滚筒4的转速小于皮带5带动时的转速，使得皮带5与左滚筒4的附着力增大，并且左滚筒4给皮带5的左侧一个向下的力，此时左右滚筒给皮带5的力形成一个逆时针的力矩，最终驱使皮带5传动过程中向左偏移回正；上述纠偏时左右滚筒调节后的转速，可以根据所安装皮带输送机采用的皮带材质、皮带带动时转速及皮带张紧度，提前试验确定，这样在后续纠偏时直接使左右调节电机至试验确定的转速值，即能实现皮带纠偏过程。

上述纠偏的具体原理是：在皮带正常传输过程中，皮带5带动左右滚筒转动时皮带5与滚筒之间的转速一致此时附着力小于两者转速不一致的情况，通过改变左右滚筒与皮带5之间的转速，使左右滚筒分别大于或小于皮带5传动速度，在保持皮带5传动速度不变的情况下，使左右滚筒分别与皮带5之间的滑移率调节增大，由于滑移率的大小与附着力的大小成正相关，进而左右滚筒分别与皮带5之间的附着力增大，对皮带5施加不同方向的力矩，最终实现对皮带跑偏方向的纠偏过程。

步骤六、在整个纠偏期间皮带5传动速度保持不变，且左旋变传感器3和右旋变传感器7持续检测左右滚筒的旋转状态，并将数据持续传递给计算机11，计算机11分析处理后得到左右滚筒的实时转速以及左右滚筒的实时转角，通过获得的实时转速来控制左右调节电机的转速以及计算左右滚筒的转角差值Δθ；当左右滚筒的转角差值Δθ小于设定阈值θ0时，则确定本次皮带纠偏过程完成，此时计算机11控制左右调节电机的转速与皮带5带动时的转速一致，并保持10～15s时间；

步骤八、完成保持时间后，计算机11控制左右离合器处于分离状态，然后停止左右调节电机工作，接着计算机11继续接收下一组左旋变传感器3和右旋变传感器8反馈的实时数据，并重复步骤二至八，如此持续，从而实现对皮带输送机工作中的跑偏监测及实时纠偏过程。

作为本发明的一种改进，如图2所示，将计算机11通过线缆与集控中心连接，当计算机11确定皮带5发生跑偏时，计算机11将跑偏信号传递给集控中心，使工作人员及时知晓并前去检查跑偏情况。这样能及时查看跑偏对对运输的影响情况，如发生紧急情况能及时通过集控中心停止皮带传输机的工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。