输送带托辊结构及其监测系统

权利要求书： 1.一种输送带托辊结构，其包括托辊、与所述托辊转动连接的托辊轴，输送带转动安装于所述托辊，所述托辊在所述输送带的驱动作用下转动，其特征在于，所述托辊的两侧端分别通过轴承、卡件与所述托辊轴转动连接。

2.根据权利要求1所述的输送带托辊结构，其特征在于，所述卡件为凸状，包括套管、与所述套管垂直固定的挡板，所述套管为中空的柱状，所述挡板为圆形，所述套管套装于所述托辊轴，且与所述托辊轴同轴布置，所述挡板的外缘面与所述托辊的一侧固定。

3.一种用于权利要求1或2所述输送带托辊结构运行状况监测的托辊监测系统，其特征在于，该监测系统布置于所述轴承与所述卡件之间的腔体内，且所述监测系统通过固定板与所述托辊固定，所述监测系统包括控制器、传感器单元、RFID标签、自供电装置，所述控制器、传感器单元、RFID标签分布于PCB板的一端，所述PCB板的另一端与所述固定板固定；所述传感器单元与所述控制器电连接，所述自供电装置用于给所述控制器、传感器单元、RFID标签提供电源，所述控制器通过无线通信模块与外部服务器或网关通信连接。

4.根据权利要求3所述的托辊监测系统，其特征在于，所述自供电装置包括定子、定子线圈、套装于所述定子外部的转子，所述转子包括若干均匀周向分布的磁铁，所述磁铁的一侧端均与套管的内侧壁固定。

5.根据权利要求4所述的托辊监测系统，其特征在于，所述定子为H形，所述定子线圈缠绕于所述定子的中部凹陷部位，所述定子的一侧端与所述固定板的另一侧端垂直固定。

6.根据权利要求5所述的托辊监测系统，其特征在于，所述传感器单元包括两种及两种以上的传感器。

7.根据权利要求6所述的托辊监测系统，其特征在于，所述自供电装置包括电源管理模块，所述电源管理模块包括电压调整器U5，所述电压调整器U5的1管脚分别连接所述电压调整器U5的3管脚、电压CC、电容C4一端、电阻R17一端，所述电容C4另一端、所述电压调整器U5的16管脚接地，所述电压调整器U5的5管脚分别连接电容C1、C5一端、保险丝L1一端、第二电压源CC3.0，所述保险丝L1的另一端分别连接电容C2一端、第三电压源，所述电容C2、C5、C2另一端接地，所述电阻R17另一端分别连接连接器JP1的1管脚、蓄电池CC_BATT或超级电容，所述定子线圈与所述蓄电池CC_BATT或超级电容连接。

说明书： 一种输送带托辊结构及其监测系统技术领域[0001] 本实用新型涉及托辊技术领域，具体为一种输送带托辊结构及其监测系统。背景技术[0002] 托辊是带式输送机的重要部件，普通托辊一般采用无缝钢管加工而成，这种托辊由于成本较低，容易加工，所以被广泛用于各类输送机械上，但钢铁的材质决定了这类产品

存在一些缺点，如重量重、易生锈、易损坏、运转噪声大、供电线路不易连接等，且现有的托

辊缺少实时自动监测系统，无法对托辊的运行状况进行实时监测，托辊运行状况包括转速、

温度等，托辊长期运转时，其转速易发生变化，其与输送带之间的摩擦力也易使托辊和输送

带温度升高，这不仅易影响其运行稳定性，而且降低了输送带的使用寿命，提高了输送机设

备投入成本。

实用新型内容

[0003] 针对现有技术中存在的托辊缺少实时自动监测系统，无法对托辊的运行状况进行实时监测，托辊运行状况的变化影响其运行稳定性和使用寿命的问题，本实用新型提供了

一种输送带托辊结构及其监测系统，其可实现托辊运行状况的实时自动监测，可提高托辊

运行稳定性和使用寿命。

[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：[0005] 一种输送带托辊结构，其包括托辊、与所述托辊转动连接的托辊轴，输送带转动安装于所述托辊，所述托辊在所述输送带的驱动作用下转动，其特征在于，所述托辊的两侧端

分别通过轴承、卡件与所述托辊轴转动连接。

[0006] 其进一步特征在于，[0007] 所述卡件为凸状，包括套管、与所述套管垂直固定的挡板，所述套管为中空的柱状，所述挡板为圆形，所述套管套装于所述托辊轴，且与所述托辊轴同轴布置，所述挡板的

外缘面与所述托辊的一侧固定，所述套管与所述挡板一体成型；

[0008] 一种应用于上述托辊运行状况监测的托辊监测系统，其特征在于，该监测系统布置于所述轴承与所述卡件之间的腔体内，且所述监测系统通过固定板与所述托辊固定，所

述监测系统包括控制器、传感器单元、RFID标签、自供电装置，所述控制器、传感器单元、

RFID标签分布于PCB板的一端，所述PCB板的另一端与所述固定板固定；所述传感器单元与

所述控制器电连接，所述自供电装置用于给所述控制器、传感器单元、RFID标签提供电源，

所述控制器通过无线通信模块与外部服务器或网关通信连接。

[0009] 其进一步特征在于，[0010] 所述自供电装置包括定子、定子线圈、套装于所述定子外部的转子，所述转子包括若干均匀周向分布的磁铁，所述磁铁的一侧端均与所述套管的内侧壁固定；

[0011] 所述定子为H形，所述定子线圈缠绕于所述定子的中部凹陷部位，所述定子的一侧端与所述固定板的另一侧端垂直固定；

[0012] 所述传感器单元用于采集所述托辊的温度、加速度、振动频率、压力等信息；[0013] 所述传感器单元包括两种传感器及两种以上传感器；[0014] 所述传感器单元包括加速度传感器U4、温度传感器U12、温度传感器U4、振动传感器、压力传感器、转速传感器等，所述加速度传感器U4、温度传感器U12、温度传感器U4、振动

传感器、压力传感器均与所述控制器电连接；

[0015] 所述加速度传感器U4的1管脚分别连接4管脚、电容C70、C71、电阻R97一端，所述电阻R97另一端连接第一电压源CC?33，所述电容C70、C71的另一端接地，所述加速度传感器

U4的4、6、7、8管脚分别连接控制芯片U23的21、23、22、20管脚，所述加速度传感器U4的8管脚

还连接电阻R92一端，所述电阻R92另一端接地，所述加速度传感器U4的8管脚为预留管脚，

通过所述电阻R92与外部服务器或网关连接，所述加速度传感器U4的9、11管脚分别连接电

阻R88一端、电阻R87一端，所述电阻R88、R87另一端分别连接电阻R153、R154一端，所述加速

度传感器U4的3、5、10、12、13、16管脚接地；

[0016] 所述温度传感器U12的1、6管脚分别连接所述控制器U23的35、34管脚，所述温度传感器U12的2、7管脚、电容C50一端接地，所述温度传感器U12的5管脚分别连接所述电容C50

另一端、电阻R98一端，所述电阻R98另一端连接所述第一电压源CC?33；

[0017] 所述温度采集模块还包括温度传感器U6，所述温度传感器U6的1管脚分别连接电阻R23一端、控制芯片U23的9管脚，所述电阻R23另一端分别连接所述温度传感器U6的2管

脚、MOS管Q4的源极、电阻R22一端、电容C10一端，所述温度传感器U6的3管脚分别连接所述

电阻R22另一端、控制芯片U23的8管脚，所述电容C10另一端接地，所述MOS管Q4的漏极分别

连接电阻R20一端、第二电压源CC3.0，所述电阻R20另一端分别连接电阻R21一端、MOS管Q4

的栅极，所述电阻R21的另一端连接控制芯片U23的7管脚；

[0018] 所述自供电装置包括电源管理模块，所述电源管理模块包括电压调整器U5，所述电压调整器U5的1管脚分别连接所述电压调整器U5的3管脚、电压CC、电容C4一端、电阻R17

一端，所述电容C4另一端、所述电压调整器U5的16管脚接地，所述电压调整器U5的5管脚分

别连接电容C1、C5一端、保险丝L1一端、所述第二电压源CC3.0，所述保险丝L1的另一端分

别连接电容C2一端、第三电压源CC_RF，所述电容C1、C5、C2另一端接地，所述电阻R17另一

端分别连接连接器JP1的1管脚、蓄电池CC_BATT或超级电容；

[0019] 所述控制器包括所述控制芯片U23，所述控制芯片U23的1管脚连接所述第一电压源CC_33，所述控制芯片U23的3、4管脚分别连接晶振Y3的两端，所述晶振Y3的一端连接有

源电容C92的阳极，所述晶振Y3的另一端分别连接有源电容C93的阳极、控制芯片U23的4管

脚，所述控制芯片U23的5管脚分别连接有源电容C89一端、晶振Y2一端，所述晶振Y2另一端

分别连接所述控制芯片U23的6管脚、有源电容C90阳极，所述有源电容C92、C93、C89、C90的

阴极接地；所述控制芯片U23的15管脚分别连接电阻R111、R112的一端，所述电阻R111另一

端连接电压源CC_3，所述R112另一端接地；所述控制芯片U23的17、18、19管脚接地，所述

控制芯片U23的20管脚至23管脚连接振动传感器，所述控制芯片U23的24管脚分别连接电阻

R153一端、电容C1一端，所述电阻R153另一端连接ADXL_INT1，所述控制芯片U23的25管脚分

别连接R154一端、电容C2一端，所述电阻R154另一端连接ADXL_INT1，所述控制芯片U23的26

管脚连接按键EN，所述电容C1、C2另一端接地；所述控制芯片U23的28管脚分别连接电阻

R119、R118一端，所述电阻R119另一端接地，所述电阻R118另一端、所述控制芯片U23的32管

脚连接所述第一电压源CC_33，所述控制芯片U23的33管脚连接所述电阻R132另一端，所

述电阻R132另一端连接SPI?CS2，所述控制芯片U23的36管脚连接电阻R110一端，所述电阻

R110另一端连接SPI?SDO2，所述控制芯片U23的42、43管脚用于连接所述无线通信模块，所

述控制芯片U23的47管脚接地，所述控制芯片U23的48管脚连接所述第一电压源CC?33，所

述控制芯片U23的53管脚分别连接电阻R55一端、电容C7一端，所述控制芯片U23的54管脚分

别连接电阻R54一端、电容C6一端，所述电容C6、C7另一端、控制芯片U23的63管脚接地，所述

控制芯片U23的60管脚分别连接电阻R116、R117一端，所述电阻R116、R117另一端接地，控制

芯片U23的14管脚连接发光二极管D7阳极，发光二极管D7阴极连接电阻R105一端，电阻R105

另一端接地；

[0020] 所述控制器U23为单片机，所述控制器U23的型号为STM32L431；[0021] 所述温度传感器U12的型号为SHT20；[0022] 所述红外测温传感器U6的型号为MLX90615SSG?DAG；[0023] 所述电压调整器U5为升压器，用于将储能装置(蓄电池CC_BATT或超级电容)中的低压信号升压至稳定的3.3电压；

[0024] 采用本实用新型上述结构可以达到如下有益效果：[0025] 1、托辊的两侧端分别通过轴承、卡件与托辊轴转动连接，即托辊与托辊轴为分体式结构，相比于现有的托辊与托辊轴固定焊接的方式，当托辊或托辊轴发生损坏时，拆卸卡

件即可拆卸托辊，拆卸、更换操作简单快捷，且无需将托辊与托辊轴一起更换，节约了投入

成本。

[0026] 2、监测系统固定于轴承与卡件之间的空腔内，相比于现有的监测系统外漏安装的方式，监测系统内置于空腔内，可有效防止监测系统发生损坏，同时可起到防尘、防水的作

用，确保了监测系统运行的稳定性。

[0027] 3、当监测系统发生损坏需要更换或检修时，拆卸其一侧的卡件即可，安装、拆卸操作简单快捷。

[0028] 4、监测系统包括自供电装置，因此其无需采用较多连接线与外部电源连接，即可为监测系统提供充足电源，结构设计简单，降低了投入成本；监测系统包括RFID标签，控制

器通过RFID标签与云平台通信连接，相比于现有的有线通信连接方式，简化了结构，降低了

成本。

[0029] 5、监测系统包括控制器、温度采集模块、加速度采集模块、RFID标签、自供电装置，温度采集模块、加速度采集模块与控制器电连接，温度采集模块用于采集托辊的温度信息，

并将温度信息发送给控制器，加速度采集模块用于采集托辊的加速度信息，并将加速度信

息发送给控制器，控制器通过RFID将温度信息、加速度信息发送给远程云平台，实现了温度

信息、加速度信息的实时采集及远程监测，其无需监控人员定期到现场即可实现托辊运行

状况的远程实时监测，提高了检测便利性。当检测到托辊温度、加速度、转速或压力等超过

预先设定的阈值时，监控人员可通过云平台发送控制信号，控制信号通过无线通信模块发

送给输送带控制装置，输送带控制装置根据控制信号控制输送带的启停，从而实现了传输

带系统的远程控制，降低了事故风险。

附图说明[0030] 图1为本实用新型托辊和托辊轴的立体结构示意图；[0031] 图2为本实用新型托辊轴、卡件、轴承、套管的立体结构示意图；[0032] 图3为本实用新型托辊轴、固定板、监测系统(省略转子)、轴承的立体结构示意图；[0033] 图4为本实用新型托辊轴、卡件、轴承、转子的立体结构示意图；[0034] 图5为本实用新型托辊轴、轴承、转子的立体结构示意图；[0035] 图6为本实用新型加速度采集模块的加速度传感器U4的连接电路原理图；[0036] 图7为本实用新型温度采集模块温度传感器U12的连接电路原理图；[0037] 图8为本实用新型温度采集模块温度传感器U6的电路连接原理图；[0038] 图9为本实用新型电源管理模块的电路原理图；[0039] 图10为本实用新型控制器的接口电路原理图；[0040] 图11位本实用新型的监测系统框图。具体实施方式[0041] 见图1～图5，一种输送带托辊结构，其包括托辊1、与托辊1转动连接的托辊轴2，输送带(图中未示出)转动安装于托辊1，托辊1在输送带的驱动作用下转动，托辊为内部设置

有空腔的柱状高分子托辊，包括超高分子量聚乙烯、尼龙或PC；托辊1的两侧端分别通过轴

承3、卡件与托辊轴2转动连接，卡件为凸状，包括套管732、与套管732垂直固定的挡板4，套

管732为中空的柱状，挡板4为圆形，套管732套装于托辊轴2，且与托辊轴2同轴布置，挡板

732的外缘面与托辊1的一侧固定；高分子托辊有诸多优势：(1)寿命长：高分子托辊是钢制

托辊5倍以上的使用寿命；(2)性价比高：虽然高分子托辊的价格高于钢制托辊，但是在其使

用寿命内能为客户带来巨大的成本节约；(3)重量轻：只有钢制托辊的三分之一，不仅便于

安装，同时有良好的节电效果；(4)噪音低：噪音只有钢托辊的一半，可以有效改善工作环

境；(5)安全性高：钢制托辊辊皮破损或不转时，易产生撕裂皮带或发生火灾的隐患危险，而

高分子托辊这没有这方面的顾虑。

[0042] 其还包括监测系统5，监测系统5布置于轴承3与卡件之间的腔体内，且监测系统5通过固定板6与托辊1固定，监测系统5包括控制器51、温度采集模块52、加速度采集模块53、

无线通信模块54、自供电装置7，自供电装置包括定子71、定子线圈72、套装于定子71外部的

转子73，转子73包括若干均匀周向分布的磁铁731，磁铁731的一侧端固定于套管732的内侧

端，套管732套装于定子71外部，定子线圈72与电源管理模块中的蓄电池CC_BATT或超级电

容电连接，定子71为H形，定子线圈72缠绕于定子71的中部凹陷部位，定子71的一侧端通过

支撑板711与固定板6的另一侧端垂直固定。自供电装置7用于给控制器51、温度采集模块

52、加速度采集模块53、无线通信模块54提供电源；

[0043] RFID标签为有源标签，监控人员通过读写器读取RFID标签上的托辊参数信息，RFID标签的设置便于监控人员快速获取托辊参数信息及设备的位置信息；

[0044] 在实际应用中，监测模块除包含有上述温度采集模块52、加速度采集模块53外，还可根据实际需求设置振动传感器、压力传感器，振动传感器、压力传感器与控制器电连接，

分别用于采集托辊1的振动信息、压力信息；控制器51、温度采集模块52、加速度采集模块

53、无线通信模块54分布于PCB板55的一端，PCB板55的另一端与固定板6固定；温度采集模

块52、加速度采集模块53与控制器51电连接，控制器51通过无线通信模块54与外部服务器

或网关10通信连接，控制器U23为单片机，控制器U23的型号为STM32L431，无线通信模块54

可采用现有的WIFI、4G、NB?IOT或lora等任意一种无线通信技术；

[0045] 见图6，加速度传感器U4的1管脚分别连接4管脚、电容C70、C71、电阻R97一端，电阻R97另一端连接第一电压源CC?33，电容C70、C71的另一端接地，加速度传感器U4的4、6、7、

8管脚分别连接控制芯片U23的21、23、22、20管脚，加速度传感器U4的8管脚还连接电阻R92

一端，电阻R92另一端接地，加速度传感器U4的8管脚为预留管脚，通过电阻R92与外部服务

器或网关连接，加速度传感器U4的9、11管脚分别连接电阻R88一端、电阻R87一端，电阻R88、

R87另一端分别连接电阻R153、R154一端，加速度传感器U4的3、5、10、12、13、16管脚接地；

[0046] 见图7，温度传感器U12的型号为SHT20，也可以采用现有其它的测温传感器，温度传感器U12的1、6管脚分别连接控制器U23的35、34管脚，温度传感器U12的2、7管脚、电容C50

一端接地，温度传感器U12的5管脚分别连接电容C50另一端、电阻R98一端，电阻R98另一端

连接第一电压源CC?33；

[0047] 见图8，温度采集模块还包括温度传感器U6，温度传感器U6为红外温度传感器，型号为MLX90615SSG?DAG，也可以采用现有其它的测温传感器。温度传感器U6的1管脚分别连

接电阻R23一端、控制芯片U23的9管脚，电阻R23另一端分别连接温度传感器U6的2管脚、MOS

管Q4的源极、电阻R22一端、电容C10一端，温度传感器U6的3管脚分别连接电阻R22另一端、

控制芯片U23的8管脚，电容C10另一端接地，MOS管Q4的漏极分别连接电阻R20一端、第二电

压源CC3.0，电阻R20另一端分别连接电阻R21一端、MOS管Q4的栅极，电阻R21的另一端连接

控制芯片U23的7管脚；

[0048] 见图9，自供电装置包括电源管理模块，电源管理模块包括电压调整器U5，电压调整器U5的1管脚分别连接电压调整器U5的3管脚、电压CC、电容C4一端、电阻R17一端，电容

C4另一端、电压调整器U5的16管脚接地，电压调整器U5的5管脚分别连接电容C1、C5一端、保

险丝L1一端、第二电压源CC3.0，保险丝L1的另一端分别连接电容C2一端、第三电压源CC_

RF，电容C1、C5、C2另一端接地，电阻R17另一端分别连接连接器JP1的1管脚、蓄电池CC_

BATT或超级电容；

[0049] 见图10，控制器包括控制芯片U23，控制芯片U23为单片机，型号为STM32L431，也可以采用现有其它的MCU芯片。控制芯片U23的1管脚连接第一电压源CC_33，控制芯片U23的

3、4管脚分别连接晶振Y3的两端，晶振Y3的一端连接有源电容C92的阳极，晶振Y3的另一端

分别连接有源电容C93的阳极、控制芯片U23的4管脚，控制芯片U23的5管脚分别连接有源电

容C89一端、晶振Y2一端，晶振Y2另一端分别连接控制芯片U23的6管脚、有源电容C90阳极，

有源电容C92、C93、C89、C90的阴极接地；控制芯片U23的15管脚分别连接电阻R111、R112的

一端，电阻R111另一端连接电压源CC_3，R112另一端接地；控制芯片U23的17、18、19管脚

接地，控制芯片U23的20管脚至23管脚连接振动传感器，控制芯片U23的24管脚分别连接电

阻R153一端、电容C1一端，电阻R153另一端连接ADXL_INT1，控制芯片U23的25管脚分别连接

R154一端、电容C2一端，电阻R154另一端连接ADXL_INT1，控制芯片U23的26管脚连接按键

EN，电容C1、C2另一端接地；控制芯片U23的28管脚分别连接电阻R119、R118一端，电阻R119

另一端接地，电阻R118另一端、控制芯片U23的32管脚连接第一电压源CC_33，控制芯片

U23的33管脚连接电阻R132另一端，电阻R132另一端连接SPI?CS2，控制芯片U23的36管脚连

接电阻R110一端，电阻R110另一端连接SPI?SDO2，控制芯片U23的42、43管脚用于连接无线

通信模块，控制芯片U23的47管脚接地，控制芯片U23的48管脚连接第一电压源CC?33，控

制芯片U23的53管脚分别连接电阻R55一端、电容C7一端，控制芯片U23的54管脚分别连接电

阻R54一端、电容C6一端，电容C6、C7另一端、控制芯片U23的63管脚接地，控制芯片U23的60

管脚分别连接电阻R116、R117一端，电阻R116、R117另一端接地，控制芯片U23的14管脚连接

发光二极管D7阳极，发光二极管D7阴极连接电阻R105一端，电阻R105另一端接地。

[0050] 将本实用新型应用于输送机中，托辊安装包括以下步骤(1)将轴承3固定于托辊轴2的两侧；(2)将安装有监测系统的PCB板、定子71固定于固定板6，将固定板6固定于托辊轴2

上的固定板6的一侧端；(3)将转子73焊接于套管732后，将套管732固定于卡件；(4)将托辊1

套装于托辊轴2，并将托辊1与轴承2固定，将卡件套装固定于托辊轴2的两侧端并使其宽部

卡装于托辊1的端部；托辊轴2上卡件的外侧套装有卡箍41，卡箍的设置进一步确保了卡件

在托辊轴2上固定的牢固性，从而提高了托辊安装牢固性。

[0051] 自发电装置中，托辊1在输送带驱动作用下转动，带动挡板4及套管732、转子73转动，根据电磁感应原理，转子73转动切割与定子71之间的磁力线，产生电流，电流通过定子

线圈72为电源管理模块中的蓄电池CC_BATT充电，电压经电压调整器U5调整后，给控制器

51、温度采集模块52、加速度采集模块53、无线通信模块54提供电源。

[0052] 温度采集模块52中的温度传感器U12、U6分别用于采集托辊1的温度信息，并将温度信息发送给控制器51，加速度采集模块53中的加速度传感器U5用于采集托辊1的加速度

信息，并将加速度信息发送给控制器51，控制器51为单片机，控制器51通过RFID标签中的

RFID标签配套、读写器将温度信息、加速度信息发送给远程云平台，实现了温度信息、加速

度信息的实时采集及远程监测，其无需监控人员定期到现场即可实现托辊温度、转速、振

动、压力等状况的远程实时监测，提高了检测便利性。当检测到托辊温度、加速度、转速或压

力等超过预先设定的阈值时，监控人员可通过云平台发送控制信号，控制信号通过无线通

信模块发送给输送带控制装置，输送带控制装置根据控制信号控制输送带的启停，从而实

现了托辊的远程控制，降低了事故风险。

[0053] 以上的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进

和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。