提升机输送带纠偏方法思考

徐剑雄 曹其红

摘要：就提升机输送带在输送过程中跑偏的机理进行研究，设计出输送带运动纠偏的机械装置和控制系统，其控制算法采用模糊控制。

关键词：模糊控制;提升机;输送带;纠偏

1 引言

带式提升机在农村农业生产中的应用十分广泛，其主要功能是被用于物料的运输，其功能主要是依靠输送带的料斗运动来完成。因此要提高带式提升机工作的稳定性和效率，就必须保证输送带的平稳性。实际上由于输送带具备粘弹性的特征，再加之料斗装料属于脉动过程，导致带式提升机在实际工作时，输送带往往出现偏离、抖动等不利于保持平稳性的情况。

2 结构分析

带式提升机在不同生产中的应用所采取的安装方式存在差异，复合肥生产中通常采用垂直安装方式，通过电动机来提供动力，实现带式提升机的输送功能。带式提升机上下辊轴之间的距离为8000mm，发动机工作后为输送带提供动能，然后利用料斗来完成对物料的提升工作。料斗参数为：长100mm，宽200mm，深200mm，在带上间距为200mm，带速1.65m/s，设计输送能力9t/h。

带式提升机在复合肥生产中应用时，由于复合肥物料本身具有吸水性的特点，导致粘结、料斗装载不均匀等不良情况发生，进而阻碍传送带的运输工作，使输送带在工作时出现跑偏问题。

3 力学研究以及分析

输送带在工作时具有一定的动力，容易产生较为明显的粘弹性特征，对应的应力应变具备蠕变、热粘、非线性等一系列明显特点。本文所研究的带式提升机，在工作中受到结构、机械加工及负荷变化等一系列因素的影响，导致输送带产生抖动的情况，影响带式提升机的正常工作。理想状态下，料斗所装运的物料是均匀的，输送带产生均匀拉应力S，此时属于正常工作情况，不会出现输送带跑偏的问题。但是，由于受到物料不均匀以及其他一系列因素的影响，导致拉应力不会像正常情况下均匀分布，就会产生力矩M，让输送带额外承受一个沿带宽方向的力，若该力的取值较大，甚至大于带宽方向的摩擦力时，输送带将无法保持正常的工作状态，而是会出现一个偏离，导致输送带跑偏的不良情况出现。

4 控制原理以及结构设计

为有效解决输送带的跑偏问题，基于上述分析可以发现，只要给输送带额外增加一个与M反向的力矩就可以抵消M，让输送带保持正常工作，可通过调整运动辊的轴向距离的偏移量来实现。具体操作是步进电机通过电能产生运动，能够促使丝杆螺母产生相应的副运动，就可以带动辊轴产生相应的运动，达到改变偏移量的重要目的。复合肥提升机的带轮张紧纠偏机构位于提升机的下部，上部为驱动主动轮，通过对下部从动辊轴位置的调整，实现输送带的张弛以及运行过程中的纠偏。从动辊张紧纠偏机构采用驱动丝杆螺母副通过力传感器实现其从动辊支撑的位置调整。

如图1所示。驱动部件采用步进电机，传动部件为滑动丝杆螺母副，利用滑动丝杆螺母副自锁功能保证调整位置的可靠性。从动辊支撑与驱动部件间安装的力传感器用于检测活动带的张力，通过检测2个从动辊支撑上活动带张力的平衡状况，实现对输送带偏摆状态的监测。张紧纠偏机构在运行过程中由控制系统实现从动辊状态的自动调整，亦可采用点动方式实现手动控制。

4.1 参数

元器件的基本参数如下：纠偏机构驱动选用步进电机86BYG250FB，其保持转矩为6Nm;丝杆的外径40mm、导程为6mm;以运动速度24mm/s计，2个纠偏装置采用LC0501测力传感器分别安装在从动辊的两侧，可承受负载为1000N。

4.2 控制算法

基于上文分析，研究显示如果要达到解决输送带跑偏问题的目的，调整主从动辊的轴间距离能够有效地保证输送带按正常轨道运行。本文假設螺杆所增加的轴向支撑力为DN，电机输入脉冲数量为n，基于应力应变的基本分析及原理能够得到如下公式：DN=Kn，其中K为系数，与螺杆的螺距、步进电机的系数、弹性模量以及输送带受力面积有关，而输送带为粘弹性体，其应力应变满足。利用步进电机来调整轴向支撑力DN，能够使实际的摩擦力发生变化，有效地解决输送带跑偏的问题。整个过程的分析需要构建复杂精细的数学模型，才能将众多影响因素一并考虑在内，在实际操作时具有较大的困难，因而可利用模糊控制来进行控制算法设计。

4.3 为了验证模糊控制规则的正确性

本文基于MATLAB工具来进行仿真模拟，分析模糊控制规则是否有效，得到仿真模拟图如图2所示。由图可知，模糊规则具有较高的合理性和可行性。

测力传感器LC0501具有良好的线性，基本电压输出为0-5V，但其承载的荷载是有限的，通常情况下为1000N，若加大荷载将导致测力传感器无法正常工作。由于测力传感器测定的信号较小，必须采用LM324这样的放大器来对测定信号进行有效的放大处理。此外在经过放大处理后的信号均是模拟信号，必要步骤是通过ADC0809（A/D转换器）来实现将这些信号转换为数字信号的过程。在完成模拟信号与数字信号之间的转换后，采用单片机AT89S51进行处理，在完成对数字信号的处理工作后，就可基于模糊控制算法来得到脉冲控制信号，进而实现对步进电机的控制，达到解决输送带偏离问题的目的。

5 提高提升机输送使用寿命的策略

5.1 对提升机接料板进行合理设改造

提升机接料板初始状态为传统的“一”字形，通过将该形态改为“槽”字形来实现对形态的改造，并在材质方面也做出了相应改变，用10mm耐磨钢板替换普通钢板。为避免出现磨通返料的不良情况出现，在具体改造时可以在背面增加40*50*20mm的背包，将能有效解决该问题。若出现接料板磨通返料情况，通过增加该背包，能够避免再次磨通返料的情况出现，在背包形成料层。此外还对安装方式进了改进，传统方式是由单一螺丝来进行相互连接，本次改进对侧面和工作面进行了区分，侧面仍采用螺丝连接，但是工作面则基于焊接齐用来进行连接。由此有利于增加接料板的牢固性，提高安装位置的倾斜程度，由最初的30度上升到45度，并且位移向后了50mm。通过上述改进，有利于降低物料与接料板二者之间的角度，即降低了二者之间的摩擦力，同时加大了接料板间距，能够很好地避免出现接料板卡的情况出现。

5.2 更换螺丝垫片型号

连接螺丝带抓垫片由原来的1mm的冲压铁皮带抓垫片更换成了铸铁型带抓垫片，通过上述操作能够有效提高带抓垫片强度，由此为输送带提供一定的保护功能，使用冲压铁皮或铸铁型带抓垫片来替换。

6 结语

通过对本文的带式提升机进行现实应用，发现并未出现输送带跑偏的不良情况，说明本文所提出的方法完全是有效、合理的，具有较强的现实意义。但是由于其他系列因素的外在影响，输送带在实际运行中仍会出现抖动和左右运动，但是这种跑偏是可以恢复的，不会对带式提升机的正常工作产生较大影响，后续研究可深入分析如何避免这种情况。

参考文献

[1]宋伟刚.通用带式输送机设计.北京：机械工业出版社，2006

[2]周广林，陈健，罗凤利等.输送带的粘弹力学特性.煤矿机械，2001（12）

作者简介：徐剑雄（1989年12月），男，汉族，籍贯：江苏省扬州市，大学本科，助理工程师，研究方向：机械工程-输送设备

曹其红（1986年09月），女，汉族，籍贯：江苏省泰兴市，大学专科，助理工程师，研究方向：机械工程-输送设备

（作者单位：江苏丰尚智能科技有限公司）