专利名称：短皮带自动纠偏系统及方法
技术领域：
本发明属于皮带传送装卸设备，主要用于煤炭等散料的装卸传送给料，是有关皮带纠偏装置及其纠偏控制方法的发明创造，具体说是一种短皮带自动纠偏系统及方法。
背景技术：
在国内煤炭装卸设备中，给料器系统大多采用两种形式振动给料和皮带给料。振动给料器的工艺过程是通过凸轮机构和弹簧减震机构驱动料斗往复运动，实现振动给料。其多为国外成套设备随机附件，优点是硬件成本低、安装简单、易维护；缺点是噪音大、能耗较大、机械磨损较大。最致命的缺点是在遇到粉末较细、湿度较大、黏度较高的煤种时，经常会出现堵煤的情况，迫使卸车流程中断，严重影响工作效率。
采用皮带给料则能避免上述情况的发生。但是，因料斗皮带行程较短只能采用平皮带方式，所以经常出现皮带跑偏情况。传统的平皮带给料带速恒定，通过人工调整皮带改向滚筒处的丝杠，以改变皮带左右张力达到纠偏效果。但是只要设备运转，就需要人工监护，因工作环境恶劣，对于工作人员的身心健康及人身安全都有极大的威胁。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种短皮带自动纠偏系统及方法，纠偏系统结构简单，运行可靠，使皮带在运行过程中能自动纠偏，纠偏方法合理，纠偏准确、平稳。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种短皮带自动纠偏系统，包括皮带跑偏检测机构、自动纠偏机构及计算机控制系统，其特征在于自动纠偏机构为一移动支架杆的两端通过两根连杆分别与改向滚筒轴两端铰接，形成平行的四连杆机构，移动支架杆中间穿入一定位的转轴，有一凸轮驱动电机带动的凸轮与一推杆一端铰接，推杆另一端与移动支架杆一端铰接；皮带跑偏检测机构为一与皮带边垂直的探测杆前端设置转轮，另一端铰接一位移传感器的检测杆，有一弹性摆杆的一端与探测杆中部铰接，使探测杆转轮弹性顶在皮带边上；位移传感器及凸轮驱动电机均通过信号线与计算机控制系统连接。
所述的位移传感器安装在一固定板上面，位移传感器的转轴穿过固定板伸到下面，转轴下端与检测杆连接；在固定板上还垂直穿入一摆杆转轴，露在固定板上的摆杆转轴套有扭簧，扭簧一端与摆杆转轴上端连接，扭簧另一端与固定板连接，在固定板下面的摆杆转轴与摆杆垂直连接，使摆杆与位移传感器探测杆平行。
所述的皮带跑偏检测机构为两套，其探测杆前端的转轮圆周面中间为内凹面，两探测杆转轮分别顶在靠近改向滚筒和驱动滚筒处的皮带边上。
所述的凸轮驱动电机通过摆线针轮行星减速机驱动凸轮。
一种短皮带自动纠偏方法，包括皮带跑偏检测机构、自动纠偏机构及计算机控制系统，其特征在于由皮带跑偏检测机构检测皮带跑偏量，转换成电信号发送到计算机控制系统中，由计算机控制系统向自动纠偏机构发出信号，根据检测到的皮带偏移方向和偏移量，自动纠偏机构中的凸轮驱动电机正转或反转一定角度带动凸轮推杆机构，由推杆推动改向滚筒左右两端摆动使得皮带的左右张紧力发生变化，皮带会向张紧一端的反方向偏移，以实现自动纠偏。
在上述短皮带自动纠偏方法中，为减少凸轮驱动电机的动作频率，在满足小于皮带最大偏移量的前提下，将皮带向一个方向的偏移量分成N段。据此凸轮驱动电机的动作过程也分成N级来调整，每次的调整量随着皮带偏移量的增加而增加，其中，N大于等于2，总的调整时间要小于等于凸轮机构旋转90度时间。
在上述短皮带自动纠偏方法中，皮带在一侧跑偏时，经过每一级预设的正向调整值，程序控制凸轮驱动电机正转；当皮带因此向回偏又经过该点时，并不马上使凸轮驱动电机反转，而是继续让皮带向回偏一段时间，再让凸轮驱动电机反转，即在该级另设反向调整值。类似于施密特触发器，可以获得较高噪声容限。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果1、本发明的技术方案解决了传统皮带给料人工调整繁琐的问题，使工作人员脱离了恶劣的工作环境。本发明是将皮带跑偏检测机构检测皮带跑偏状态发送到计算机控制系统中，由计算机控制系统发出信号控制凸轮驱动电机转动一定角度，驱动凸轮及推杆通过四连杆机构推动改向滚筒左右两端摆动，使得皮带的左右张紧力发生变化，皮带会向张紧一端的反方向偏移，以实现自动纠偏。采用本发明的纠偏方法合理可行，使皮带在运行过程中能自动纠偏，且纠偏准确、平稳，提高了装卸的工作效率。
2、本发明的皮带自动纠偏系统结构简单，运行稳定、可靠，加工制作和使用都很方便，便于对现有的皮带传送机构进行改造，易于推广应用。
图1为本发明短皮带自动纠偏系统的结构图；图2为本发明的纠偏程序流程框图。
具体实施例方式
参见图1，是本发明一种短皮带自动纠偏系统的实施例，包括皮带10、驱动滚筒1、改向滚筒11、皮带跑偏检测机构、自动纠偏机构及计算机控制系统。
自动纠偏机构为一移动支架杆13的两端通过两根连杆12分别与改向滚筒11轴两端铰接，形成平行的四连杆机构，移动支架杆13中间穿入一定位的转轴18，移动支架杆13可绕转轴18转动，转轴18安装在固定座17上。有一固定在固定座17上的凸轮驱动电机16通过高减速比的摆线针轮行星减速机带动的凸轮15转动，有一推杆14一端与凸轮15大半径处铰接，另一端与移动支架杆13一端铰接。
皮带跑偏检测机构为一与皮带10边垂直的探测杆3前端设置转轮2，有一位移传感器7安装在一固定板6上面，位移传感器7的转轴穿过固定板6伸到下面，转轴下端与检测杆5一端连接，检测杆5另一端与探测杆3后端铰接。在固定板6上还垂直穿入一摆杆转轴8，露在固定板6上的摆杆转轴8套有扭簧9，扭簧9一端与摆杆转轴8上端连接，扭簧9另一端与固定板6连接。在固定板6下面的摆杆转轴8与一摆杆4一端垂直连接，摆杆4的另一端与探测杆3的中部铰接，且摆杆4与位移传感器7的检测杆5平行。上述皮带跑偏检测机构共两套，结构相同，其探测杆3前端的转轮2圆周面中间为内凹面，两套皮带跑偏检测机构的转轮2依靠扭簧9的弹性分别顶在靠近改向滚筒11和驱动滚筒1处的皮带10边上，使皮带10边嵌入转轮2圆周内凹面中。位移传感器7及凸轮驱动电机16均通过信号线与计算机控制系统连接，计算机控制系统可采用PLC可编程控制器。
自动纠偏的原理自动纠偏的实现是在皮带的改向滚筒处增加皮带自动纠偏机构。该机构由适应频繁启动的电机驱动，经过摆线针轮行星减速机带动凸轮推杆机构，推杆又通过四连杆机构带动改向滚筒左右两端摆动，使得皮带的左右张紧力发生变化。皮带会向张紧一端的反方向偏移，从而达到纠偏的效果。
推杆的位移与凸轮旋转角度θ关系如下如图1中所示的凸轮状态的旋转角度θ为90度，此时，改向滚筒与驱动滚筒相互平行，当图1状态的凸轮逆时针转动90度，凸轮旋转角度θ为0度，推杆移动使改向滚筒轴线逆时针转动到最大角度；当图1状态的凸轮顺时针转动90度，凸轮旋转角度θ为180度，推杆移动使改向滚筒轴线顺时针转动到最大角度。
纠偏速度的快慢受两个因素影响。一是皮带转速；二是凸轮推杆的位移量，即皮带的张紧力。而实际工作中，我们最关心的是皮带是否偏出滚筒造成泄露或者皮带撕裂等故障。所以只根据皮带偏移量的大小，确定自动纠偏机构的动作。
自动纠偏的过程类似于汽车方向盘的控制。假设一辆在两车道公路上行驶的汽车，始终想保持在分界线上。如果某种原因，使得汽车朝一个方向偏移那么我们需要反向调整方向盘使其有向回的趋势。当汽车会回到分界线时，我们需要将方向盘打回到正常位置，反之亦然。
在某种外力的作用下皮带会向一个方向偏移。当超过设定的范围时，自动纠偏机构动作使皮带有向回的趋势。当回到设定的范围以内时，将自动纠偏机构返回到原位置。当皮带向另一方向偏移时，自动纠偏机构执行同样的动作，只是方向相反。最终使皮带达到一种动态的平衡。
自动纠偏的方法自动纠偏的动作是靠凸轮驱动电机完成的。因为摆线针轮行星减速机的减速比是固定的，所以凸轮驱动电机的通电时间就对应着凸轮推杆的位移量，凸轮驱动电机的旋转方向对应着推杆前进还是后退。
根据短行程皮带在改向滚筒偏移和驱动滚筒处偏移的随动性，将改向滚筒处的皮带偏移量作为凸轮驱动电机动作的调整依据。为减少凸轮驱动电机的动作频率，在满足小于皮带最大偏移量的前提下，将皮带向一个方向的偏移量分成N段。据此凸轮驱动电机的动作过程也分成N级来调整。每次的调整量随着皮带偏移量的增加而增加。总的调整时间要小于等于凸轮机构旋转90度时间。
当凸轮驱动电机正向动作到一定程度时，皮带将会有向回偏移的趋势。当皮带回到设定范围以内时，将凸轮驱动电机反向调整。这里为保证自动纠偏机构不在正向调整值处振荡，在每一级的调整过程中分别设正向调整值和反向调整值。反向调整值处的皮带偏移量小于正向调整值处的皮带偏移量。
调整的原则是当皮带回到中心线左右一定范围后，自动纠偏机构的凸轮旋转角度应该在90度处。即改向滚筒轴线与驱动滚筒的轴线平行。为此正向调整的时间应与反向调整的时间相同，即正向调整的次数应与反向调整的次数相同。但在实际工作中，受现场工况的限制，比如说皮带的粘接质量包括皮带本身的质量边角处的磨损，皮带负载的冲击等等都有可能造成皮带跑偏检测的跳变，进而导致自动纠偏机构的误动作。破坏正向、反向调整时间上的平衡，引起纠偏机构凸轮旋转位置的累积误差。当该误差超过一定程度时，自动纠偏机构无法将皮带调整回原位置，以至出现偏移超量(超出滚筒边缘引起故障停机)。为解决该问题，在控制软件上，引入软RS触发器使每一级正向反向调整的次数严格相等。即正向调整值和反向调整值互为置位与复位的触发条件。在每一级正向调整值处，如果想让凸轮驱动电机动作，必须有该级反向调整值的标志位存在。并且在调整完后，将该级的反向调整值清除。同理，在每一级反向调整值处，如果想让凸轮驱动电机动作，必须有该级正向调整值的标志位存在。并且在调整完后，将该级的正向调整值清除。
参见图2，每一级自动纠偏的具体步骤如下皮带跑偏检测机构以轮询周期的方式将改向滚筒处的皮带跑偏量转换成电信号发送到计算机控制系统中，(1)皮带偏移量超过前一级正向调整值，到达该级的反向调整值时，在计算机寄存器中设置反向调整标志位。(2)计算机控制系统判断正向调整值标志位是否存。(3)如果正向调整值标志位不存在，则不做任何动作，等待皮带继续偏移。(4)如果正向调整值标志位存在，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机反转n秒。(5)反向调整后，计算机控制系统清除计算机寄存器中该级的正向调整值标志位。(6)当计算机控制系统判断出皮带偏移量到达该级的正向调整值时，在计算机寄存器中设置正向调整标志位。(7)计算机控制系统判断反向调整值标志位是否存在。(8)如果反向调整值标志位不存在，并且皮带偏移量未超过允许范围，则不做任何动作，等待皮带继续偏移。(9)如果反向调整值标志位存在，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机正转n秒。(10)正向调整后，计算机控制系统清除该级的反向调整值标志位。(11)皮带如果在正向调整的作用下开始返回，并到达该级的反向调整值，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机反转n秒。(12)反向调整后，计算机控制系统清除计算机寄存器该级的正向调整值标志位。(13)皮带如果在正向调整的作用下没有返回，并且皮带偏移量未超过允许范围，进入下一级调整程序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种短皮带自动纠偏系统，包括皮带跑偏检测机构、自动纠偏机构及计算机控制系统，其特征在于自动纠偏机构为一移动支架杆的两端通过两根连杆分别与改向滚筒轴两端铰接，形成平行的四连杆机构，移动支架杆中间穿入一定位的转轴，有一凸轮驱动电机带动的凸轮与一推杆一端铰接，推杆另一端与移动支架杆一端铰接；皮带跑偏检测机构为一与皮带边垂直的探测杆前端设置转轮，另一端铰接一位移传感器的检测杆，有一弹性摆杆的一端与探测杆中部铰接，使探测杆转轮弹性顶在皮带边上；位移传感器及凸轮驱动电机均通过信号线与计算机控制系统连接。
2.按照权利要求1所述的短皮带自动纠偏系统，其特在于所述的位移传感器安装在一固定板上面，位移传感器的转轴穿过固定板伸到下面，转轴下端与检测杆连接；在固定板上还垂直穿入一摆杆转轴，露在固定板上的摆杆转轴套有扭簧，扭簧一端与摆杆转轴上端连接，扭簧另一端与固定板连接，在固定板下面的摆杆转轴与摆杆垂直连接，使摆杆与位移传感器探测杆平行。
3.按照权利要求1或2所述的短皮带自动纠偏系统，其特征在于所述的皮带跑偏检测机构为两套，其探测杆前端的转轮圆周面中间为内凹面，两探测杆转轮分别顶在靠近改向滚筒和驱动滚筒处的皮带边上。
4.按照权利要求1或2所述的短皮带自动纠偏系统，其特征在于所述的凸轮驱动电机通过摆线针轮行星减速机驱动凸轮。
5.一种短皮带自动纠偏方法，包括皮带跑偏检测机构、自动纠偏机构及计算机控制系统，其特征在于由皮带跑偏检测机构检测皮带跑偏量，转换成电信号发送到计算机控制系统中，由计算机控制系统向自动纠偏机构发出信号，根据检测到的皮带偏移方向和偏移量，自动纠偏机构中的凸轮驱动电机正转或反转一定角度带动凸轮推杆机构，由推杆推动改向滚筒左右两端摆动使得皮带的左右张紧力发生变化，皮带会向张紧一端的反方向偏移，以实现自动纠偏。
6.按照权利要求5所述的短皮带自动纠偏方法，其特征在于在满足小于皮带最大偏移量的前提下，将皮带向一个方向的偏移量分成N段；据此凸轮驱动电机的动作过程也分成N级来调整，每次的调整量随着皮带偏移量的增加而增加，N大于等于2，总的调整时间要小于等于凸轮机构旋转90度时间。
7.按照权利要求5或6所述的短皮带自动纠偏方法，其特征在于在短皮带自动纠偏方法中，皮带在一侧跑偏时，经过每一级预设的正向调整值，控制凸轮驱动电机正转；当皮带因此向回偏又经过该点时，并不马上使凸轮驱动电机反转，而是继续让皮带向回偏一段时间，再让凸轮驱动电机反转，即在该级另设反向调整值。
8.按照权利要求5所述的短皮带自动纠偏方法，其特征在于每一级自动纠偏的具体步骤如下皮带跑偏检测机构以轮询周期的方式将改向滚筒处的皮带跑偏量转换成电信号发送到计算机控制系统中，(1)皮带偏移量超过前一级正向调整值，到达该级的反向调整值时，在计算机寄存器中设置反向调整标志位；(2)计算机控制系统判断正向调整值标志位是否存；(3)如果正向调整值标志位不存在，则不做任何动作，等待皮带继续偏移；(4)如果正向调整值标志位存在，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机反转n秒；(5)反向调整后，计算机控制系统清除计算机寄存器中该级的正向调整值标志位；(6)当计算机控制系统判断出皮带偏移量到达该级的正向调整值时，在计算机寄存器中设置正向调整标志位；(7)计算机控制系统判断反向调整值标志位是否存在；(8)如果反向调整值标志位不存在，并且皮带偏移量未超过允许范围，则不做任何动作，等待皮带继续偏移；(9)如果反向调整值标志位存在，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机正转n秒；(10)正向调整后，计算机控制系统清除该级的反向调整值标志位；(11)皮带如果在正向调整的作用下开始返回，并到达该级的反向调整值，计算机控制系统发出指令，凸轮驱动电机反转n秒；(12)反向调整后，计算机控制系统清除计算机寄存器该级的正向调整值标志位；(13)皮带如果在正向调整的作用下没有返回，并且皮带偏移量未超过允许范围，进入下一级调整程序。
全文摘要
本发明提供一种短皮带自动纠偏系统，其特点是自动纠偏机构为一移动支架杆的两端通过两连杆与改向滚筒轴两端铰接成四连杆机构，移动支架杆可绕一转轴转动，有一电机带动的凸轮与一推杆一端铰接，推杆另一端与移动支架杆一端铰接；皮带跑偏检测机构为一探测杆前端设置的转轮弹性顶在皮带边上，探测杆另一端铰接一位移传感器的检测杆。自动纠偏方法是将检测的皮带跑偏信号发送到计算机控制系统中，由其发出信号使电机带动凸轮转动一定角度，通过四连杆机构推动改向滚筒左右两端摆动，使得皮带的左右两边张紧力发生变化，皮带会向张紧一端的反方向偏移，以实现自动纠偏。纠偏系统结构简单、运行可靠，纠偏方法合理、纠偏准确、平稳。
文档编号B65G15/64GK1597469SQ200410035828
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者张涛, 王枭, 黎瑞昌, 周忠海, 蒋慧略, 孟庆明, 牟华 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所