CN104648950A - 气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置，包括n个传感器，PID控制器，数据采集器和执行机构，n≥1。一种气垫传送带输送机气膜厚度测试控制方法包括：对相关数据进行采集；对数据结果与理论计算的结果进行对比分析，确定气室适合的气膜厚度和气室静压力；采用PID控制方式，以气膜厚度为被控对象，通过执行机构控制风机功率调节节流孔出气量来调节不合理的气膜的厚度和气室静压力。本发明提高气膜厚度测试数据准确性，采用气膜厚度控制更佳节能，使气室的供风风机的功耗降低。

Description

气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置及方法

【技术领域】

本发明涉及机械输送领域，具体的说，涉及气垫式传送带输送机气膜厚度的测试控制装置及测试控制方法。

【背景技术】

气垫输送机具有运行平稳可靠、运行阻力小、能耗低、乘载面积大、结构简单、制造维修费用低、基建费用少、可用型带实现密封输送、粉尘污染小等优点。

而气膜厚度是气垫式输送机的主要参数之一，气膜厚度太大，势必导致能耗的浪费；如其太小，胶带和盘槽之间将发生摩擦和磨损，严重的时候会导致输送机不能正常运行。

目前，国内外一般在对气膜厚度计算后只进行气膜厚度的验证性测试，来判断盘槽是否合理及节流孔布局的合理性，方法如下：先按理论进行气膜厚度计算，计算后一般采用单一固定点进行多次测量厚度后取平均值，得出测试结果后直接与理论数据对比来判断盘槽和气流孔布局的合理性。对于一个完整的气室盘槽来说，盘槽中心和盘槽侧面在运送货物时承担的压力是不同的，进行单一固定点测量有一定的局限性，测量的数据对于整个盘槽的不同位置也是不一致的，数据误差比较大。

此外，测量装置在安装传感器时需要在盘槽上开很大的安装孔加装厚度测试传感器，待安装后还要做必要的密封。这样很大程度上使气室的加工难度加大，还会影响盘槽加工的平整性，加大传送带与盘槽的摩擦。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于，提高气膜厚度测量精度、减少气垫式传送带机在运行中能耗和气室的局部摩擦问题。

为解决上述问题本发明采用以下技术方案：

气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置，包括n个传感器，PID控制器，数据采集器和执行机构，n≥1，其中，

传感器安装在气室盘槽下面，传感器用于测量气膜厚度并输出数据信号，数据采集器采集驱动拉力、气膜摩擦系数、气室末端静压力、风机功率和单位长度风机消耗功率数据并接收传感器测量的气膜厚度数据信号，PID控制器将数据采集器采集的数据与参考值进行对比得出气膜厚度调整值并转换成指令发给执行机构，执行机构控制风机运行调整气膜厚度。

进一步，所述传感器沿盘槽中心点中心对称或中心线轴对称排列。

一种气垫传送带输送机气膜厚度测试控制方法，应用于根上述的气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置，包括以下几个步骤：

步骤一：将传感器安装在气室盘槽上，传感器安装时沿盘槽中心点中心对称或中心线轴对称排列，传感器的射线通过节流孔照射到传送带上，分别在气室三个部分采集气膜厚度数据，并转换成数据信号传给数据采集器；

步骤二：数据采集器分别对驱动拉力、气膜摩擦系数、气室静压力、风机功率和单位长度风机消耗功率进行数据采集；

步骤三：PID控制器对步骤一和步骤二中各项数据采集结果与参考值进行对比分析，确定适合的气膜厚度；

步骤四：根据步骤三的分析结果，PID控制器以气膜厚度数据为被控对象进行计算得出气膜厚度调整值，并给执行机构发出风机功率调整指令，执行机构控制风机功率调节节流孔出气量来调节气室静压力从而调整气膜的厚度。

进一步，所述传感器的安装的方式和数量可根据实际传送带与盘槽摩擦力较大的位置进行安装，并且对该部位进行专一的气膜厚度控制。

进一步，安装传感器前进行理论的受力分析和计算来确定所述传送带与盘槽各部分摩擦力大小；传感器安装后，测试几次后可以根据现场观察来确定盘槽与传送带产生摩擦的位置，之后在二次校正传感器的位置。

进一步，在进行气膜厚度测试的同时也对气室内压力进行测量。

本发明的有益效果如下：

1)由于采用的多点安装的激光位移传感器，实际测量的气膜厚度值与理论计算值之间相差进一步缩小(可控制在10％以内)，数据准确性提高。

2)采用气膜厚度控制方式更佳节能，使气室的的供风风机的功耗降低。

【附图说明】

图1是本发明结构示意图；

图2a-2c是本发明所用的传感器安装在盘槽上的俯视图；

图3是本发明与输送机安装关系示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

气垫式传送带机气膜厚度测试控制装置，安装在气室盘槽2上包括三个传感器1，PID控制器，数据采集器7和执行机构，如图1、3所示，盘槽2上设置节流孔3，盘槽2安装在气室6顶部，盘槽2为弧线形。传感器1安装在盘槽2的不同位置上延盘槽中心点中心对称排列，如图2a所示，传感器1的射线直接透过节流孔3射出到传送带5上。

传送带5设置在盘槽2上方，风机向气室6内送风，气流通过节流孔3排出，吹起传送带5，传送带5与盘槽之间形成气膜。数据采集器7通过线缆与传感器1相连接来采集传感器的检测的气膜厚度数据和驱动拉力、气膜摩擦系数、气室静压力、风机功率、单位长度风机消耗功率。数据采集器7将数据传给PID控制器。PID控制器将数据采集器7采集的数据与参考值进行对比得出气膜厚度调整值,并转换成指令发给执行机构，执行机构控制风机运行。

本发明中采用高分辨率(0.007mm)激光位移传感器1，安装的方式和数量根据实际传送带5与盘槽2摩擦力较大的位置进行安装，并且对该部位进行专一的气膜厚度控制。安装传感器1前进行理论的受力分析和计算来确定所述传送带5与盘槽2各部分摩擦力大小；传感器1安装后，测试几次后可以根据现场观察来确定盘槽2与传送带产生摩擦的位置，之后二次校正传感器1的位置。传感器1安装方式为多点安装方式。通过实时测量三点的气膜厚度进行平均计算。激光位移传感器1的高分辨率使气膜厚度的数据准确性进一步接近理论计算参考值，从而大大提高了数据的准确性。

一种气垫传送带输送机气膜厚度测试控制方法,采用传统的PID控制方式，以气膜厚度为控制对象，通过高精度位移传感器1检测的数据作为反馈量，与控制对象(气膜厚度)理论参考值进行对比，通过PID控制来确定需要给定的节流孔3出气量，达到调节气膜厚度的目的。具体步骤如下：

步骤一：将高精度传感器1安装在气室盘槽2上，传感器1安装时沿盘槽2中心点中心对称排列，传感器1的射线通过节流孔3照射到传送带5上，分别在气室6三个部分实时采集气膜厚度数据，并转换成数据信号传给数据采集器；

步骤二：数据采集器分别对驱动拉力、气膜摩擦系数、气室静压力、风机功率和单位长度风机消耗功率进行数据采集；

步骤三：PID控制器对步骤一和步骤二中各项数据采集结果与理论参考值进行对比分析，确定适合的气膜厚度；

参考值理论计算公式如下：

依据流体力学N-S方程得出单位气室长度空气流量(Q，m³/s·m)方程：

$Q=\frac{S^3}{6\mathrm{\μ}}[\frac{4\mathrm{\φ}{G}_{\mathrm{BM}}}{B^2}\sin \mathrm{\θ}+{\mathrm{\ρ}}_{M}g\sin \mathrm{\θ}+{\mathrm{\ρ}}_{M}g\frac{\sin \left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\θ}\right)\cos \mathrm{\θ}}{\sqrt{1-{\left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\φ}}\right)}^2}}]$

S——气膜厚度，m

μ——空气动力粘度，Pa·s

g——重力加速度，m/s²

G_BM——每米长度胶带重力，N/m

B——胶带宽度，m

θ——盘槽角，rad

φ——盘槽边缘的盘槽角，rad

α——物料堆积角，rad

ρ_M——物料密度，kg/m³

由上述方程可得气膜厚度为：

$S=\sqrt[3]{\frac{6\mathrm{\μQ}}{\frac{4\mathrm{\φ}{G}_{\mathrm{BM}}}{B^2}\sin \mathrm{\θ}+[\sin \mathrm{\θ}+\frac{\sin \left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\θ}\right)\cos \mathrm{\θ}}{\sqrt{1-{\left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\φ}}\right)}^2}}]}}$

步骤四：根据步骤三的分析结果，PID控制器以气膜厚度数据为被控对象进行计算得出气膜厚度调整值e(t)，并给执行机构发出风机功率调整指令y(t)，执行机构控制风机调节节流孔出气量来调节气室静压力从而调整气膜的厚度。

PID的控制方式满足下列公式：

$Y\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_I}\∫e\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]$

y(t)—输出信号

e(t)—偏差信号(气膜厚度调整值)

K_P—的比例系数

T_I—积分时间

T_D—微分时间

对本发明所述气膜厚度控制和测试方法，经过实际测试和测量，单位时间内传送带运行时相关数据如下：表1为现有技术采用气压控制下气垫传送带机相关数据，表2本发明采用气膜厚度控制气垫传送带机相关数据。

表1现有技术采用气压控制下气垫传送带机相关数据

表2本发明采用气膜厚度控制气垫传送带机相关数据

根据表1和表2的相关数据可得出如下结论：

1)相同气室气压的情况下，表2采用本发明的驱动拉力较低，证明传送带机功耗较低；表2的采用本发明的风机的能耗较低；

2)传送带与盘槽之间摩擦系数表2采用本发明的情况较好。

实施例2：

气垫式传送带机气膜厚度测试控制装置，包括三个传感器1，PID控制器，数据采集器7和执行机构，其中，如图3所示，盘槽2上设置节流孔3，盘槽2安装在气室6顶部，盘槽2为弧线形。传感器1安装在盘槽2上延盘槽中心点中心对称排列，如图2b所示，传感器1的射线直接透过节流孔3射出到传送带5上。

实施例3：

气垫式传送带机气膜厚度测试控制装置，包括三个传感器1，PID控制器，数据采集器7和执行机构，如图3所示，盘槽2上设置节流孔3，盘槽2安装在气室6顶部，盘槽2为弧线形。传感器1安装在盘槽2上延盘槽2中心线轴对称排列，如图2c所示，传感器1的射线直接透过节流孔3射出到传送带5上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.气垫传送带输送机气膜厚度测试控制装置，其特征在于，包括n个传感器，PID控制器，数据采集器和执行机构，n≥1，其中，

传感器安装在气室盘槽下面，传感器用于测量气膜厚度并输出数据信号，数据采集器采集驱动拉力、气膜摩擦系数、气室末端静压力、风机功率和单位长度风机消耗功率数据并接收传感器测量的气膜厚度数据信号，PID控制器将数据采集器采集的数据与参考值进行对比得出气膜厚度调整值并转换成指令发给执行机构，执行机构控制风机运行调整气膜厚度。

2.根据权利要求1所述的测试控制装置，其特征在于，所述传感器沿盘槽中心点中心对称或中心线轴对称排列。

3.一种气垫传送带输送机气膜厚度测试控制方法，其特征在于，应用于根据权利要求1或2所述的测试控制装置，包括以下几个步骤：

步骤一：将传感器安装在气室盘槽上，传感器安装时沿盘槽中心点中心对称或中心线轴对称排列，传感器的射线通过节流孔照射到传送带上，分别在气室三个部分采集气膜厚度数据，并转换成数据信号传给数据采集器；

步骤二：数据采集器分别对驱动拉力、气膜摩擦系数、气室静压力、风机功率和单位长度风机消耗功率进行数据采集；

步骤三：PID控制器对步骤一和步骤二中各项数据采集结果与参考值进行对比分析，确定适合的气膜厚度；

步骤四：根据步骤三的分析结果，PID控制器以气膜厚度数据为被控对象进行计算得出气膜厚度调整值，并给执行机构发出风机功率调整指令，执行机构控制风机功率调节节流孔出气量来调节气室静压力从而调整气膜的厚度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传感器的安装的方式和数量可根据实际传送带与盘槽摩擦力较大的位置进行安装，并且对该部位进行专一的气膜厚度控制。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，安装传感器前进行理论的受力分析和计算来确定所述传送带与盘槽各部分摩擦力大小；传感器安装后，测试几次后可以根据现场观察来确定盘槽与传送带产生摩擦的位置，之后在二次校正传感器的位置。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行气膜厚度测试的同时也对气室静压力进行测量。