发明内容
本实用新型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滤带跑偏力差动电桥检测及滤带张力自动均衡防跑偏系统。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:滤带跑偏力差动电桥检测及滤带张力自动均衡防跑偏系统,包括机架、能够纠正所述滤带跑偏的纠偏辊、位于该纠偏辊前面或后面的辊筒、依次绕过所述辊筒、所述纠偏辊的滤带、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,所述辊筒、所述纠偏辊的两端均通过轴承支撑在轴承座中,所述辊筒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,所述防跑偏系统还包括分别被压在所述辊筒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,所述纠偏辊的轴承座与所述滑块相转动的转动轴心线沿上下方向延伸。
优选地,所述纠偏气缸的缸筒转动设置在所述机架上,该转动设置的转动轴心线沿着左右方向延伸。
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,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:设置一对负荷传感器来检测机架对辊筒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,就及时纠偏,将跑偏原因消除,从而提高滤带的使用寿命。
具体实施方式
下面结合附图来进一步阐述本实用新型的结构。
参见图1-4所示,滤带跑偏力差动电桥检测及滤带张力自动均衡防跑偏系统,包括机架1、能够纠正滤带4跑偏的纠偏辊2、位于该纠偏辊2前面或后面的辊筒3、依次绕过辊筒3、纠偏辊2的滤带4、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、一对负荷传感器10、一对精密电阻11,这里我们认为滤带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,即辊筒3、纠偏辊2的轴心线均沿着左右方向延伸,辊筒3的左右两端均通过轴承12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,辊筒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分别被压在辊筒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,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。
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,辊筒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,辊筒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:
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:
由于a、b是固定的,则辊筒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:
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,辊筒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。只要能测量出辊筒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。
辊筒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,将辊筒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。
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分别被压在辊筒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:
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:
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:
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。
在带式污泥脱水机上通常都有纠偏辊2,通过纠偏辊2的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,本专利的创新点在于设置负荷传感器10,并将两个负荷传感器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。具体来说,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。
该滤带跑偏力差动电桥检测及滤带张力自动均衡防跑偏系统,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。在滤带张力达到均衡时,气缸停止进气,纠偏气缸的行程和纠偏辊的偏转幅度和跑偏力成正比。
总得来说,该滤带跑偏力差动电桥检测及滤带张力自动均衡防跑偏系统,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输出气动执行元件控制信号的电控系统。机械系统主要包括:机架、纠偏辊、轴承座、滑块、滑槽、纠偏气缸、电磁阀及气路系统等。纠偏辊两端的轴承座均和滑块转动连接、滑块和滑槽通过燕尾形结构相连,气缸推动滑块沿着滑槽滑动。电磁阀及气路系统在电控系统的控制下通过气缸驱动机械系统对滤带张力进行均衡。电控系统包括:测量纠偏辊前面或后面辊筒两侧支撑轴承座受力的负荷传感器、精密电阻,负荷传感器和精密电阻组成差动测量电桥,将差动测量电桥的输出电压转换成气动执行元件控制信号的控制电路。差动测量电桥的输出电压能够反映滤带跑偏力及跑偏方向。
用一对负荷传感器和精密电阻组成的差动电桥测量电路,通过两个轴承座的负荷测量出反映滤带张力差大小和方向的输出电压信号,控制回路将其转化为气动回路中电磁阀的控制信号。一旦滤带两侧产生张力差、形成跑偏原因,控制回路就会控制纠偏气缸驱动纠偏机构,通过偏转纠偏辊的形式使滤带两侧的张力达到均衡,因还没有产生大的跑偏时就消除了跑偏原因,滤带实际的跑偏量很小。以往的纠偏方式是,对滤带跑偏量进行检测,跑偏量达到一定的数值(如设定为20mm)后才控制纠偏系统进行纠偏,跑偏量相对较大。另外,滤带还未产生跑偏时就检测出跑偏的趋势,气动系统可控制气缸伸缩杆的伸出量使之和跑偏趋势的大小相适应,张力差一旦消除伸缩杆就停止伸出,可实现纠偏辊的偏转量和跑偏趋势的大小成正比,无需采用过度纠偏的方法来控制跑偏量,滤带运行更为平稳,对滤带和纠偏机构的冲击较小。而以往的纠偏方式,滤带的跑偏量达到容许的最大跑偏量时才开始纠偏,为了防止进一步的跑偏、尽快地消除跑偏量,纠偏气缸快速将伸缩杆全部伸出、使纠偏辊达到最大偏转,纠偏力较大,有一定的过度纠偏,对滤带和纠偏机构的冲击较大。