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1、引言
    帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于煙草、物流、化工等工業(yè)領(lǐng)域，它的穩(wěn)定性和可靠性十分關(guān)鍵。但由于在其加工制造、安裝及運(yùn)行中帶寬方向物料分布不均等原因難免會(huì)出現(xiàn)皮帶跑偏現(xiàn)象，跑偏嚴(yán)重時(shí)可直接導(dǎo)致皮帶損壞而使生產(chǎn)線癱瘓。普通低速帶式輸送機(jī)一般設(shè)有手動(dòng)張緊裝置，該裝置兼具糾偏作用，但調(diào)整困難，實(shí)時(shí)性差，效果欠佳。而高速皮帶機(jī)通常都需設(shè)置皮帶自動(dòng)糾偏裝置，常見(jiàn)的有機(jī)械式、伺服式等。
    異物剔除機(jī)是一種基于機(jī)器視覺(jué)和圖像處理技術(shù)來(lái)去除煙草異物的一種光機(jī)電一體化設(shè)備，用它來(lái)替代傳統(tǒng)的人工異物分揀，目前在煙草企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。它主要由高速皮帶機(jī)和識(shí)別剔除系統(tǒng)組成。本文就是針對(duì)其中的高速皮帶機(jī)，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、可靠的自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，它實(shí)時(shí)跟蹤皮帶的位置，自動(dòng)進(jìn)行回糾，保證皮帶機(jī)能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
2、高速皮帶機(jī)簡(jiǎn)介
2.1結(jié)構(gòu)組成
    高速皮帶機(jī)主要由機(jī)架、進(jìn)料斗、驅(qū)動(dòng)組件、輔助風(fēng)壓系統(tǒng)、主動(dòng)輥支撐、被動(dòng)輥組件等組成。它的主要功能是輸送物料并對(duì)其進(jìn)行單層化處理，使攤薄后的物料貼著皮帶高速向出料口方向運(yùn)行，在被動(dòng)輥處離開(kāi)皮帶作水平拋物狀下落，以便后續(xù)的攝像檢測(cè)和異物剔除處理。皮帶的張緊或放松依靠?jī)啥说臍飧椎纳炜s來(lái)完成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2.2糾偏機(jī)理
    糾偏裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，將皮帶的手動(dòng)糾偏與氣動(dòng)張緊融合在一起：在皮帶機(jī)上靠近主動(dòng)輥1這端沿皮帶2橫向設(shè)置有支撐輥3和推桿4，兩側(cè)推桿的一端與皮帶機(jī)主動(dòng)輥中心軸的軸承座5通過(guò)銷(xiāo)軸6鉸接，兩個(gè)推桿均套接在皮帶機(jī)兩邊側(cè)板之間橫梁7的套孔內(nèi)，而推桿的另一端與支撐輥的連接方式在兩側(cè)是有區(qū)別的，見(jiàn)圖2的C-C和B-B剖視圖。傳動(dòng)電機(jī)一側(cè)是通過(guò)連桿8聯(lián)接，而操作面一側(cè)是通過(guò)連接塊9、螺紋桿10、關(guān)節(jié)軸承11聯(lián)接，螺紋桿兩端的螺紋是反向的。氣缸12則通過(guò)推塊13與支撐輥相連，這樣就可將氣缸的推力最終傳至主動(dòng)輥。氣缸的活塞桿伸出或縮回時(shí)推桿也隨之來(lái)回運(yùn)動(dòng)，皮帶的張緊、放松過(guò)程為：先將被動(dòng)輥氣缸伸出到位并將被動(dòng)輥支架鎖定在機(jī)架上，然后將主動(dòng)輥氣缸伸出到位，此時(shí)皮帶處于張緊狀態(tài)即工作狀態(tài)；而皮帶放松時(shí)只要將兩組氣缸都縮回即可。皮帶張緊后，傳動(dòng)電機(jī)側(cè)的推桿是無(wú)法移動(dòng)的，而在操作面一側(cè)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿，與其聯(lián)接的推桿便可移動(dòng)，從而使主動(dòng)輥繞著剛性推桿與主動(dòng)輥的鉸接點(diǎn)（銷(xiāo)軸6）偏擺。皮帶的糾偏便是通過(guò)調(diào)整皮帶機(jī)主動(dòng)輥1與被動(dòng)輥14之間的相互位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工作時(shí)，由于被動(dòng)輥位置是固定的，而主動(dòng)輥在釙力作用下可實(shí)現(xiàn)微小角度的偏擺。當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿，使兩端帶相反螺紋的螺紋桿在軸向作小距離的移動(dòng)，再帶動(dòng)與推桿相連的主動(dòng)輥輕微偏擺，從而達(dá)到糾偏的目的。
    我們模擬人工手動(dòng)糾偏的過(guò)程，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，下面就設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)討論。
3、自動(dòng)糾偏系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    自動(dòng)糾偏系統(tǒng)由皮帶位置檢測(cè)傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。檢測(cè)傳感器選用OMRON公司的帶信號(hào)放大器的光纖傳感器，該傳感器輸出的是1～5VDC模擬量，經(jīng)過(guò)與之配套的信號(hào)放大器轉(zhuǎn)換后輸出為0-4000的數(shù)字量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由SEW微型減速機(jī)和同步帶傳動(dòng)裝置組成。控制器選用Siemens的S7-300。
3.1機(jī)械設(shè)計(jì)(Design of Mechanical Part)
    該自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。在皮帶機(jī)操作面一側(cè)的側(cè)板上安裝一套皮帶位置檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置包括有支架l、安裝于支架上的光纖傳感器2以及與光纖傳感器配套使用的信號(hào)放大器3，對(duì)皮帶4的邊緣實(shí)施區(qū)域檢測(cè)。光纖傳感器是一組實(shí)行區(qū)域檢測(cè)的對(duì)射式光纖單元，信號(hào)放大器是一個(gè)數(shù)字光纖放大器。初始安裝狀態(tài)（即皮帶最佳位置）為皮帶的邊緣位于光纖傳感器檢測(cè)區(qū)域的中心位置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的被動(dòng)同步帶輪是安裝在圖2中的螺紋桿10上，以驅(qū)動(dòng)其按控制要求轉(zhuǎn)動(dòng)。減速機(jī)的選型和傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要綜合考慮轉(zhuǎn)速、扭矩、安裝空間等因素。
3.2控制設(shè)計(jì)（Design of Control Part）
    為了更好動(dòng)說(shuō)明皮帶的位置和討論控制的方法，選取了四個(gè)點(diǎn)來(lái)確定皮帶的位置，如圖4所示。皮帶正常平穩(wěn)運(yùn)行都有一個(gè)范圍，即皮帶邊緣處于A~A1之間，當(dāng)皮帶邊緣沒(méi)有遮住A點(diǎn)為左跑偏，沒(méi)有遮住B點(diǎn)為左跑偏嚴(yán)重；當(dāng)皮帶邊緣遮住Al．點(diǎn)為右跑偏。遮住Bl點(diǎn)為右跑偏嚴(yán)重。
    當(dāng)皮帶處于中間位置A~A1時(shí)，糾偏不動(dòng)作。當(dāng)皮帶處于左跑偏或者是右跑偏位置時(shí)，糾偏開(kāi)始動(dòng)作，在這兩個(gè)區(qū)域，糾偏程序等待時(shí)間Ti較長(zhǎng)，糾偏電機(jī)動(dòng)作時(shí)間f．較短，是微量糾偏階段；當(dāng)皮帶處于左跑偏嚴(yán)重或者是右跑偏嚴(yán)重位置時(shí)，在這兩個(gè)區(qū)域，糾偏程序等待時(shí)間T2較短，糾偏電機(jī)動(dòng)作時(shí)間t2較長(zhǎng)，是大動(dòng)作糾偏階段。程序在開(kāi)始糾偏運(yùn)行后就適時(shí)取點(diǎn)，檢測(cè)皮帶位置是繼續(xù)跑偏還是已經(jīng)在往中間位置跑，如果已經(jīng)糾回，皮帶在往中間位置跑，則停止糾偏，否則繼續(xù)糾偏。自動(dòng)糾偏程序的流程圖如圖5所示。
    在具體應(yīng)用中，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，還采取了以下的措施：
(1)軟件濾波。由于皮帶邊緣不是完全整齊和光滑的，光纖傳感器的輸出會(huì)在一定范圍為有規(guī)律地波動(dòng)，因此每次從每段最小值到最大值之間的數(shù)據(jù)取平均值作為皮帶當(dāng)前位置的檢測(cè)值；
(2)為了避免系統(tǒng)振蕩造成皮帶頻繁跑偏，糾偏的過(guò)程不能太快，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏差的時(shí)候，啟動(dòng)一次糾偏，等待一段時(shí)間以后看目前的跑偏趨勢(shì)，根據(jù)跑偏的趨勢(shì)再確定下次的糾偏方式，如果跑偏的幅度較大，在相同時(shí)間里糾偏的次數(shù)多一些，如果幅度較小，則糾偏的次數(shù)少一些，直到皮帶不再跑偏。
    所以，時(shí)間參數(shù)T1、T2、t1、t2是調(diào)試的關(guān)鍵，需要技術(shù)人員根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況予以調(diào)整。
4、結(jié)論
    該高速皮帶機(jī)自動(dòng)糾偏系統(tǒng)已經(jīng)在多臺(tái)設(shè)備應(yīng)用，使用效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定，很好地保證了高速皮帶機(jī)的平穩(wěn)可靠運(yùn)行。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、調(diào)整方便、運(yùn)行穩(wěn)定、免維護(hù)。較好地解決了大流量高速皮帶輸送機(jī)的皮帶跑偏難題，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。