《机电信息》2025年第3期_74-77

时间：2025-02-19 22:20:43

关键字：带式输送机胶带纠偏图像

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]输送胶带跑偏是带式输送机的常见故障 , 常会造成物料倾撒或带边磨损 ,缩短输送带的使用寿命。鉴于此 ,设计了一种基于图像的自动纠偏装置 , 首先采用高清摄像机识别胶带边缘 ,判断胶带跑偏信息;然后设计了电动蜗杆传动机构 ,进行胶带纠偏 ,给出了蜗轮蜗杆传动机构的参数设计和驱动电机参数设计;最后设计了基于PLC的自动纠偏装置控制系统 , 可为带式输送机的稳定运行提供理论和实践指导。

0引言

输送胶带跑偏是带式输送机的常见故障,常会造成物料倾撒或带边磨损,缩短输送带的使用寿命,因此对跑偏进行及时准确处理是燃煤电站输煤系统安全可靠、持续稳定运行的基本保证。

现有不少文献已经分析了带式输送机胶带跑偏的常见原因,并提出了一些纠偏方法及控制措施,有效保障了带式输送机的正常运行。文献[1]详细论述了立辊纠偏法、外力纠偏法、滚筒纠偏法等当前带式输送机纠偏方法的特点;文献[2]从安装、运输以及胶带质量问题等方面分析了输送胶带跑偏故障产生的原因,并结合工作经验提出了一些行之有效的处理对策;文献[3]深入分析了调整托辊组位置、滚筒安装精度、输送带张紧度及安装调心托辊等纠偏措施;文献[4]基于蜗杆传动机构、螺旋托辊以及典型托辊架等给出了带式输送机自动纠偏装置的运动简图设计。

本文对比了当前各种纠偏装置的优缺点,在文献[4]的基础上详细设计了一种基于图像处理技术的自动纠偏装置,并给出了结构设计、受力分析和参数设计结果,可有力提高带式输送机的运输能力,对于燃煤电站输煤系统输送胶带跑偏问题的解决具有一定的理论意义和应用价值。

1胶带纠偏装置总体设计

带式输送机胶带自动纠偏装置的总体设计思路如图1所示,在输送带上方安装高清摄像机对图像进行采集(图2),通过胶带和参照背板之间的明显色差特征准确判定胶带的边缘特征和位置,准确判断胶带的实时跑偏量,并能控制电动纠偏装置进行纠偏。由于带式输送机现场运行环境较差,粉尘较多,为了提高图像识别效果,在胶带两侧各安装一块白色背板。

电动纠偏装置采用蜗杆传动机构设计,如图3所示。

2 纠偏装置参数设计

电动纠偏装置采用蜗杆传动机构,直流伺服电机驱动。

2.1蜗杆传动机构设计

正常情况下,机械系统的托辊组需要承受输送带和运输物料的重量,这些重量会施加在托辊上产生正压力。当出现纠偏运动时,由于托辊与输送带之间存在相对滑动,会产生摩擦力Fu。

2.1.1托辊组承受的重量G

图4为托辊上部物料和托辊截面图。

整个装置所受的总重量G为:

G=Sρ[(2N十Mcos β)h2十(N十Mcosβ)h1] (1)

式中:S为相邻托辊架之间距离,此处为2 m;ρ为煤的密度,为0.8t/m3 ;N为托辊长度的一半,托辊长度为500mm;M为槽部托辊的长度;β为托辊架的槽角 (30°);h2为梯形截面的高度;h1为三角形的截面高度。

h2计算公式为:

h2=sinβ×M=sin 30°×500=250 mm (2)

根据h1=h2=250 mm,计算得到:

G=0.646 4 t≈6334.72 N (3)

2.1.2纠偏过程中的阻力

对托辊受力进行简化,如图5所示。

假设重量G平均对称地施加于A、B、C、D四个位置,每个位置的作用力为Fp,由此得:

Fp=G/4=1583.68 N (4)

钢和橡胶之间的摩擦系数μ=0.36,摩擦力为:

Fμ=μFp=570.12 N (5)

阻力矩为:

Mμ=2(FμL/4+FμL)=1 068.98 N.m (6)

式中:L为A处作用力与中心的距离(750 mm)。

2.1.3蜗杆传动机构尺寸计算

纠偏装置旋转角频率初定为w=2 rad/s,则蜗轮转速n为:

n=30w/Π=19.10 r/min (7)

蜗杆选用45钢,表面淬火,硬度选择50 HRC,头数为Z1=1。蜗轮选择铸造锡磷青铜ZCuSn10P1,传动比为i=50。则蜗轮齿数Z2为:

Z2=iZ1=50 (8)

蜗轮转矩T2为:

T2=Mu=1068.98 N·m (9)

按照使用寿命10年、每年工作250天、每天工作8h计算,可得循环次数N为:

N=60njLh=22896 000次(10)

式中:Lh为工作寿命;j为蜗轮旋转一周,每个轮齿啮合次数。

根据蜗杆传动设计准则,按齿面接触强度设计,校核弯曲疲劳强度。

式中:KHN为寿命系数; [σH']为许用接触应力,取值268 Mpa;m为模数,取值8 mm;d1为蜗杆分度圆直径取值80 mm;K为载荷系数,取值1.15;ZE为材料的弹性影响系数,取值160。

蜗轮分度圆直径d2:

d2=mZ2=400 mm(14)

取蜗杆直径系数q=10,则蜗杆导程角γ为:

γ=arctanZ1/q=4.5° (15)

2.1.4蜗轮强度校核

螺旋角系数Yβ=0.968,齿形系数YF=1.72,计算齿根弯曲应力σF。

式中:KFN为寿命系数;[σF']为基本许用弯曲应力,根据蜗轮材料确定为56 Mpa;Yβ为螺旋角系数为0.968;YF为齿形系数1.72。

计算得σF≤[σF],满足弯曲强度。

2.2 驱动电机设计

选用直流伺服电机,电机功率为5kW,转速3000r/min,转矩15 Nm。

1)转速:

从前面的计算内容可得纠偏装置托辊支架转速为n=19.10 r/min,此时对应的蜗杆转速为n1=954 r/min,选择传动比为3的行星减速器,然后计算所需电机转速nMotor:

nMotor=954×3=2862 r/min (19)

2)扭矩MMotor:

3)电机容量P:

P=TMu/9550=2.13 kW (21)

综上,选择的电机满足要求。

3基于PLC的自动纠偏装置控制系统设计

系统选用视觉监测装置接收纠偏信号,视觉检测装置传输三种信号给PLC系统。根据胶带左右两侧到标定板边界的距离确定胶带是否跑偏,从而对PLC 系统输送胶带是否跑偏、跑偏为左、跑偏为右三种信号。当输出为“跑偏为左”信号时,直流伺服电机逆时针旋转,通过蜗轮蜗杆机构向右纠偏胶带。反之,当输出为“跑偏为右”信号时,直流伺服电机顺时针旋转,通过蜗轮蜗杆机构向左纠偏胶带。PLC系统根据获取的信号控制电机转动辊组,从而实现胶带的自动纠偏。图6为软件逻辑图设计。