CN102649617A - 跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，一对负荷传感器分别被压在脱水辊两端的轴承座和机架之间，能够检测机架对轴承座的支撑力并转换成相应电阻值，一对精密电阻相串联形成第一支路，一对负荷传感器相串联形成第二支路，该第二支路与第一支路相并联，在第一支路或第二支路的两端加电源电压，从第一支路位于一对负荷传感器之间的中间点和第二支路位于一对精密电阻之间的中间点取能够反映滤带跑偏力及跑偏方向的输出电压，实时测量该输出电压信号就能够实时地检测滤带是否跑偏，该输出电压信号能够作为控制信号及时地控制纠偏气缸的伸缩，使得滤带在跑偏力刚形成有跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏（反应滞后量）时，就能够及时纠偏，将跑偏原因消除，从而提高滤带的使用寿命。

Description

跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机

 

技术领域

本发明涉及跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机。

背景技术

在带式污泥脱水机上，滤带张力不均衡会造成滤带跑偏，这样会影响污泥的脱水性能。现有技术中，在滤带跑偏后，传感器会测量到跑偏的位移量，根据该位移量来控制纠偏气缸进行纠偏，现有技术的缺点在于，有了跑偏结果后才能得到控制信号来进行纠偏，滤带左右的跑偏幅度相对较大，而且滤带跑偏会会进一步加大滤带张力的不均衡，形成更大的跑偏力，这样滤带的最大偏载张力载荷较大，影响滤带的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供能够实时地检测出产生跑偏的跑偏力使得在滤带跑偏力刚形成有跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏时就纠正滤带的跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，包括机架、具有重力脱水区、楔形夹压脱水区和S型压榨脱水区的脱水装置、纠偏装置，所述脱水装置包括多个脱水辊、绕过所述多个脱水辊的脱水滤带，所述多个脱水辊沿着所述滤带的前后方向间隔设置，所述纠偏装置包括被所述滤带绕过能够纠正跑偏的所述滤带的纠偏辊、具有能够沿着所述滤带的前后方向伸缩的伸缩杆的纠偏气缸，所述多个脱水辊位于所述纠偏辊的前面或后面，所述脱水辊、所述纠偏辊的两端均通过轴承支撑在轴承座中，所述脱水辊两端的轴承座固定设置在所述机架上，所述纠偏辊两端的轴承座分别能够左右转动地设置在滑块上，所述纠偏辊两端的滑块分别与至少一个所述纠偏气缸的伸缩杆相连接，所述机架上固定设置有沿着所述滤带的前后方向延伸的滑槽，所述纠偏辊两端的滑块分别能够沿着所述滤带的前后方向滑动地设置在所述滑槽中，所述带式脱水机还包括分别被压在所述脱水辊两端的轴承座和所述机架之间能够检测所述机架对该轴承座的支撑力并转换成电阻值的一对负荷传感器、相串联形成第一支路的一对精密电阻，所述一对负荷传感器相串联形成第二支路，该第二支路与所述第一支路相并联，在所述第一支路或所述第二支路的两端加电源电压信号，从所述第一支路位于所述一对负荷传感器之间的中间点和所述第二支路位于所述一对精密电阻之间的中间点取能够反映所述滤带跑偏力及跑偏方向并能够控制所述纠偏气缸的伸缩杆伸缩使得所述纠偏辊发生偏转以纠正跑偏的滤带的输出电压信号。

优选地，所述输出电压信号与所述滤带的跑偏力成正比。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：该带式污泥脱水机中，设置一对负荷传感器来检测机架对脱水辊两端轴承座的支撑力，并转换成相应电阻值，将一对负荷传感器和一对精密电阻组成差动电桥，通过测量到的输出电压信号来反映滤带的跑偏力及跑偏方向，即实时测量输出电压信号就能够实时地检测滤带是否跑偏，该输出电压信号能够作为控制信号及时地控制纠偏气缸的伸缩，使得滤带在跑偏力刚形成有跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏（反应滞后量）时，就能够及时驱动纠偏辊偏转，纠正跑偏的滤带，从而提高滤带的使用寿命。                

附图说明

附图1为本发明的主视示意图；

附图2为本发明的局部俯视示意图；

附图3为本发明中电桥差动负荷测量原理图；

附图4为本发明中纠偏气缸的气动原理图；

附图5和8为滤带处于张力不均衡状态的示意图；

附图6和7为滤带上的微小单元体所受剪应力的示意图；

附图9为滤带跑偏时的示意图；

附图10为滤带的张力发生偏载后，脱水辊两端的支撑轴承座所受支撑力的结构示意图；

附图11为滤带张力处于平衡状态而滤带偏向一侧轴承座时，脱水辊两端的支撑轴承座所受支撑力的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步阐述本发明。

参见图1所示，跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，包括机架1、具有重力脱水区、楔形夹压脱水区和S型压榨脱水区的脱水装置21、纠偏装置20、张紧装置22、冲洗装置23、刮刀卸料装置24、一对负荷传感器10、一对精密电阻11，脱水装置21包括多个脱水辊3、绕过多个脱水辊3的脱水滤带4，多个脱水辊3沿着滤带4的前后方向间隔设置，这里我们定义滤带4的输送方向沿着前后方向延伸，滤带4的横向方向沿着左右方向延伸，纠偏装置20包括纠偏辊2、具有能够沿着滤带4的前后方向伸缩的伸缩杆的纠偏气缸9，纠偏辊2被滤带4绕过，纠偏气缸9能够控制纠偏辊2偏转，实现纠正跑偏的滤带4，多个脱水辊3位于纠偏辊2的前面或后面，如图1和2所示。这里脱水装置21、张紧装置22、冲洗装置23、刮刀卸料装置24的设置形式均为现有技术，故在此不详述，只是简单介绍一下带式污泥脱水机的工作原理（该工作原理也是已知的），带式污泥脱水机在工作时，含水污泥，经污泥泵输送至污泥搅拌罐，同时投加凝聚剂进行充分混合反应，而后流入带式污泥压滤机的布泥器，污泥均匀分布到脱水装置21的重力脱水区上，并在泥耙的双向疏导和重力作用下，污泥随着脱水滤带4的移动，迅速脱去污泥的游离水。然后，污泥进入超长的楔形夹压脱水区，重力区卸下的污泥被缓缓夹住，形成三明治式的夹层。随着上下两条滤带缓慢前进，两条滤带之间的上下距离逐渐减小，压力也逐渐增加，污泥层中的残余游离水份不断减少。随后进入S形压榨脱水区，在S形压榨脱水区中，污泥被夹在上、下两层滤带中间，经若干个不断加的辊反复压榨和剪切, 将残存于污泥中的水分再一次脱水。最后在卸料端通过刮刀将干泥饼刮落，由皮带输送机或无轴螺旋输送机运至污泥存放处。

在带式污泥脱水机上，如图1和2所示，脱水辊3的左右两端均通过轴承支撑在轴承座5中，纠偏辊2的左右两端也均通过轴承支撑在轴承座6中，脱水辊3两端的轴承座5固定设置在机架1上，并且一对负荷传感器10分别被压在脱水辊3两端的轴承座5和机架1之间，该负荷传感器10能够检测机架1对轴承座5的支撑力，并将该支撑力转换成相应的电阻值，一对精密电阻11串联形成第一支路，如图3所示，一对负荷传感器10相串联形成第二支路，该第二支路与第一支路相并联，在第一支路或第二支路的两端AC加电源电压信号E，从第一支路位于一对负荷传感器10之间的中间点B和第二支路位于一对精密电阻11之间的中间点D取输出电压信号U _DB ，该输出电压信号U _DB 能够反映滤带4的跑偏力及跑偏方向。滤带的张力通过轴承座作用于脱水辊两侧的负荷传感器上，滤带两侧张力不均衡时，轴承座作用于负荷传感器的力发生差动变化，负荷传感器受力的差动变化产生了电阻的差动变化，电阻的差动变化使电桥失去平衡，电桥的输出端产生和电阻差动变化大小和方向相对应的电压输出U _DB 。因此，该输出电压信号U _DB 能够反映滤带4的跑偏趋势及跑偏方向。

检测到输出电压信号U _DB 即能得知滤带4是否跑偏的原理具体阐述如下：在“背景技术”中提到，带式污泥脱水机对污泥进行脱水时，滤带张力的不均衡会造成滤带跑偏，通过实践和理论分析，引起滤带张力不均衡的原因有：辊筒安装精度、辊筒加工精度、机架尺寸精度、机架的刚度、污泥在滤带上的分布不均等。对于安装调试好的设备，张力不均的主要原因为污泥的分布不均，故滤带跑偏是不可避免的。下面分析滤带张力和跑偏力之间的关系：滤带4通过驱动辊（图中未示出）驱动运转，假设滤带4如图5处于张力q不均衡状态，此时驱动辊的较紧的一侧对滤带提供较多摩擦力，可以看做相对紧的一侧的滤带带动相对松的滤带向前运动，如从滤带上任一点（两边线上的点除外）取出一微小单元体，则单元体两侧的剪应力方向应如图6所示。根据剪应力互等定理，图6中单元体的完整的剪应力方向应如图7所示。因滤带4任意点的微小单元体的剪应力的方向都和图7相同，则图5的截面A-A和截面B-B上的剪切力方向应和图8相同。在滤带4受图8所示载荷时，能够把力Q看成滤带的跑偏力。滤带4在前进方向前方的辊筒上，跑偏力Q克服滤带和辊筒的摩擦力，使滤带向紧的一侧跑偏。跑偏后滤带4的变形形态如图9所示。经上述分析，滤带4的偏载可引起滤带跑偏力，偏载越大跑偏力越大。经调试后投入使用的带式脱水机的跑偏原因基本上由污泥在滤带上的分布不均引起张力不均造成的。根据跑偏产生原理，不可能完全根除跑偏的原因，解决跑偏的最好办法是，在跑偏力刚形成有跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏时，及时通过防跑偏装置或纠偏装置对滤带的张力实施平衡和纠偏，这和滤带跑偏后，检测跑偏量，根据跑偏量实施纠偏相比，可适用较高的滤带张力，使得滤带运行更平稳，相关零部件（如滤带、轴承、辊筒等）的寿命更长，对脱水效果也有一定的提高。在滤带4的张力发生偏载后，脱水辊3的支撑轴承12的支撑力也必然发生变化，如图10所示，假设滤带的张力产生不均衡，脱水辊3两端轴承座10所受机架1的支撑力如图10所示，支撑力F1和F2在张力均衡时大小相等，由于偏载的原因假设F2>F1，支撑力的差值ΔF为：

ΔF=F2-F1= 

上式中的q2-q1表示滤带张力的偏载程度，用q来表示，则上式可改写为：

ΔF=F2-F1=

由于a、b是固定的，则脱水辊3两端轴承座5所受支撑力的差值和滤带张力的偏载程度成正比。同样可以证明，滤带张力处于平衡状态而滤带偏向一侧轴承座时，两侧轴承座5的支撑力同样会产生ΔF的差动变化量，张力均衡时可设滤带的总张力为Q，如图11所示，则经推导得出：

ΔF=

其中ΔL=（a-b）/2

ΔL为滤带的跑偏程度，因此两端轴承座5的支撑力的差值和滤带的跑偏程度成正比。

经分析以上两种情况下，都可用ΔF作为测量信号来控制执行机构对滤带进行纠偏。到此可以得出结论，脱水辊3两端的轴承座5支撑力的差值ΔF，和滤带的跑偏力或跑偏量成正比，差值ΔF的正负和跑偏力的方向有对应关系。只要能测量出脱水辊3两端的轴承座5支撑力的差值ΔF，就能够掌握滤带的跑偏力的大小和方向。

脱水辊3两端轴承座5支撑力的差值ΔF的测量采用差动电桥检测法，如图3所示，将脱水辊3两端轴承座5下的两个负荷传感器10和一对精密电阻11按图3组成差动桥式测量电路。电桥的对角AC接电源，电源电压为E，对角BD接输出端，其输出电压用U _DB 表示。

_DB ×

= E

其中，R3、R4为一对精密电阻，在滤带4张力均衡时一对负荷传感器检测的电阻值分别为R1、R2，并且R1R4-R2R3=0，故滤带张力处于均衡状态，或电桥的初始状态时，电桥处于平衡状态，输出电压U _DB =0。上面提到，一对负荷传感器10分别被压在脱水辊3两端的轴承座5和机架1之间，该负荷传感器10能够检测机架1对轴承座6的支撑力，并将该支撑力转换成相应的电阻值，如R1、R2，这里机架1上用于安装轴承座5的部位能够是水平的（如图10、图11）或竖直的（如图2）。当滤带张力不均衡时，由于可认为滤带的总张力为恒定值，所以两端轴承座5的所受载荷之和应保持不变，因此偏载引起两端轴承座5上产生大小相等方向相反的载荷增量ΔF，两端的负荷传感器10的电阻值也产生大小相等方向相反的电阻增减量ΔR，偏载程度越大负荷传感器的电阻变化值ΔR的绝对值也越大。偏载后的输出电压为：

U _DB  =E

=E

由于电桥在滤带处于张力均衡状态时，差动测量电桥处于平衡状态，所以，R1R4―R2R3=0

则上式可改写为：

U _DB  = E

=

   

对于一个特定的测量电路，

  为常数，所以，该种差动电桥测量电路，测量信号U _DB 和由于滤带张力偏载引起的传感器阻值的差动变化值ΔR之间呈完全线性关系，且具有较高的灵敏度。如设计为等臂电桥，则R1=R2 =R3=R4=R，差动电桥的输出信号和传感器的电阻值的差动变化值之间的关系为：

U _DB  =

   

因此，滤带张力的偏载程度越大，测量电路的输出电压也越大，偏载方向发生变化时，输出电压的方向也发生变化。同样滤带张力均衡而滤带位置处于跑偏状态时，跑偏量越大测量电路的输出电压也越大，跑偏方向改变时，输出电压的方向也发生变化。

综上，输出电压信号U _DB 能够反映滤带4的跑偏力及跑偏方向，在本实施例中，输出电压信号U _DB 与滤带4的跑偏力成正比。通过输出电压信号U _DB 不仅能检测到跑偏力的形成，更重要地是，用和跑偏力成正比的输出电压信号U _DB 作为负反馈信号，来自动均衡滤带，即对滤带进行纠偏。

在带式污泥脱水机的纠偏装置20中，纠偏气缸9驱动纠偏辊2偏转，来纠正跑偏的滤带4。纠偏辊2的左右两端均通过轴承支撑在轴承座6中，纠偏辊2两端的轴承座6分别能够左右转动地设置在滑块7上，转动轴心线沿上下方向延伸，纠偏辊2两端的滑块7分别与一个纠偏气缸9的伸缩杆相连接，机架1上固定设置有沿着滤带4的前后方向延伸的滑槽8，纠偏辊2两端的滑块7分别能够沿着滤带4的前后方向滑动地设置在滑槽8中，这样纠偏辊2左右两端的轴承座6能够相对于纠偏气缸9的伸缩杆左右转动。通过纠偏气缸9的伸缩杆将纠偏辊2偏转，使张紧力大的一侧滤带4的所需周长变小（即该侧滤带变松，张力变小），从而实现滤带张力的均衡，实现纠偏，如图1所示。这里，纠偏装置20中纠偏气缸9带动纠偏辊2偏转实现滤带4张力的均衡的结构为现有技术，而采用差动电桥检测到的输出电压信号U _DB 来控制纠偏气缸9动作为本专利的创新点，具体来说，设置一对负荷传感器10，并将一对负荷传感器10和一对精密电阻11组成差动电桥，通过输出电压信号U _DB 来反映滤带4的跑偏力，并且通过输出电压信号U _DB 来控制纠偏气缸9的进气，即控制纠偏气缸9伸缩杆的伸缩。输出电压信号U _DB 作为控制信号，根据跑偏方向，控制两侧气缸9中的一个进气，伸缩杆推动纠偏辊2偏转（这里纠偏辊2在发生滑动时也会左右转动从而实现偏转），实现对滤带张力的矫正使之趋于平衡，从而消除跑偏力，达到防跑偏的目的，当然，在跑偏状态下，纠偏辊2也能对已跑偏的滤带实现纠偏。在滤带4的张力达到平衡且滤带4跑偏被纠正时，气缸9停止进气。

在图1和2中，为了方便纠偏气缸9和纠偏辊2的安装和调试，纠偏气缸9的缸筒转动设置在机架1上，该转动设置的转动轴心线沿着左右方向延伸，这样能够上下转动调节纠偏气缸9的缸筒。

综上，跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，通过差动电桥能够实时地检测出产生跑偏的跑偏力，跑偏力的大小和差动测量电路的输出电压信号成正比，输出电压信号的正负号反应滤带跑偏的方向。该输出电压信号作为控制信号及时地控制纠偏气缸的伸缩，使得滤带在跑偏力刚形成有跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏（反应滞后量），就及时纠偏，将跑偏原因消除，从而提高滤带的使用寿命。

跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，其纠偏系统主要包括气动执行元件驱动的机械系统和根据差动电桥检测结果对气动执行元件实施控制的电控系统。机械系统主要包括：机架、纠偏辊、轴承座、滑块、滑槽、气缸，电磁阀及气路系统等。纠偏辊两端的轴承座均和其下面滑块转动连接，滑块和固定于机架的滑槽通过燕尾形结构相连。电控系统通过控制气路系统中的电磁阀对气缸的动作进行控制。一侧的气缸在纠偏系统控制系统的控制下推动滑块在滑槽上滑动偏转纠偏辊，使张紧力大的一侧滤带所需周长变小（即该侧滤带变松，张力变小），从而实现滤带张力的均衡，实现纠偏。电控系统将差动电桥的测量结果转化为控制气路系统中电磁阀的电信号。滤带张力不均衡差动电桥测量时，滤带的张力通过脱水辊、轴承座作用于脱水辊两侧的负荷传感器上。滤带张力处于均衡状态时，差动测量电桥也处于平衡状态，输出端的输出电压为零。滤带两侧张力不均衡时，轴承座作用于负荷传感器的力发生差动变化，负荷传感器受力的差动变化产生了电阻的差动变化，电阻的差动变化使电桥失去平衡，电桥的输出端产生和电阻差动变化大小和方向相对应的电压输出U _DB 。因此，该输出电压信号U _DB 能够反映滤带4的跑偏趋势大小及跑偏方向。

电控系统可根据跑偏趋势及跑偏方向确定纠偏的强度和纠偏方向。纠偏方向可通过选择两个纠偏气缸中的一个来实现。通过差动电桥的输出电压信号来反映滤带的跑偏力及跑偏方向，即可实时地检测滤带是否有跑偏趋势，将该输出电压转化为控制信号及时地控制纠偏气缸的伸缩，使得滤带在跑偏力刚形成跑偏倾向还未跑偏或还没有形成大的跑偏（反应滞后量）时，就及时纠偏，将跑偏原因消除，纠偏平稳，无过纠偏引起的冲击，从而提高滤带的使用寿命。

该跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，可实时地检测滤带的跑偏趋势的大小和方向，并且纠偏及时，有跑偏趋势时就进行纠偏消除跑偏原因，偏力小，跑偏量小，设备运行平稳。纠偏时，滤带的张力一旦达到均衡，气缸停止动作、纠偏辊不再继续偏转，偏转幅度即纠偏力的大小可控且和跑偏的趋势大小成正比，无过度纠偏。滤带和纠偏装置的使用寿命长。大大提升脱水机的整机性能。

Claims (2)

1.跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，包括机架、具有重力脱水区、楔形夹压脱水区和S型压榨脱水区的脱水装置、纠偏装置，所述脱水装置包括多个脱水辊、绕过所述多个脱水辊的脱水滤带，所述多个脱水辊沿着所述滤带的前后方向间隔设置，所述纠偏装置包括被所述滤带绕过能够纠正跑偏的所述滤带的纠偏辊、具有能够沿着所述滤带的前后方向伸缩的伸缩杆的纠偏气缸，所述多个脱水辊位于所述纠偏辊的前面或后面，所述脱水辊、所述纠偏辊的两端均通过轴承支撑在轴承座中，所述脱水辊两端的轴承座固定设置在所述机架上，所述纠偏辊两端的轴承座分别能够左右转动地设置在滑块上，所述纠偏辊两端的滑块分别与至少一个所述纠偏气缸的伸缩杆相连接，所述机架上固定设置有沿着所述滤带的前后方向延伸的滑槽，所述纠偏辊两端的滑块分别能够沿着所述滤带的前后方向滑动地设置在所述滑槽中，其特征在于：所述带式脱水机还包括分别被压在所述脱水辊两端的轴承座和所述机架之间能够检测所述机架对该轴承座的支撑力并转换成电阻值的一对负荷传感器、相串联形成第一支路的一对精密电阻，所述一对负荷传感器相串联形成第二支路，该第二支路与所述第一支路相并联，在所述第一支路或所述第二支路的两端加电源电压信号，从所述第一支路位于所述一对负荷传感器之间的中间点和所述第二支路位于所述一对精密电阻之间的中间点取能够反映所述滤带跑偏力及跑偏方向并能够控制所述纠偏气缸的伸缩杆伸缩使得所述纠偏辊发生偏转以纠正跑偏的滤带的输出电压信号。

2.根据权利要求1所述的跑偏力差动电桥检测信号负反馈滤带纠偏带式脱水机，其特征在于：所述输出电压信号与所述滤带的跑偏力成正比。

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