CN202735017U - 滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统，包分别被压在辊筒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，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

滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统

技术领域

本实用新型涉及滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统。 

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系统进行纠偏，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及跑偏方向的差动电桥检测系统，这样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能够纠正滤带。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统，包括机架、位于能够纠正所述滤带跑偏的纠偏辊前面或后面的辊筒、绕过所述辊筒的滤带，所述辊筒的两端均通过轴承支撑在轴承座中，该轴承座设置在所述机架上，所述检测系统还包括分别被压在所述辊筒两端的所述轴承座和所述机架之间能够检测所述机架对所述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，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的输出电压，所述输出电压与所述滤带的跑偏力成正比。 

设定所述电源电压为E，所述输出电压为U_DB，所述一对精密电阻为R3、R4，在所述滤带张力均衡时所述一对负荷传感器检测的电阻值分别为R1、R2，并且R1R4-R2R3=0，在所述滤带张力不均衡形成跑偏力时所述负荷传感器的电阻变量为ΔR，此时所述一对负荷传感器检测的电阻值为R1+ΔR、R2-ΔR，则 

$U_{\mathrm{DB}}=E\frac{(R1+\mathrm{\ΔR})R4-(R2-\mathrm{\ΔR})R3}{(R1+\mathrm{\ΔR}+R2-\mathrm{\ΔR})(R3+R4)}=E\frac{R1R4-R2R3+R4\mathrm{\ΔR}+R3\mathrm{\ΔR}}{(R1+R2)(R3+R4)}=$

$\frac{(R3+R4)E}{(R1+R2)(R3+R4)}\mathrm{\ΔR}.$

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：在滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统中，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。 

附图说明

附图1为应用本实用新型的纠偏装置的局部俯视示意图； 

附图2为本实用新型中电桥差动负荷测量原理图； 

附图3为使用本实用新型的输出电压作为控制信号来控制纠偏气缸进气的气动原理图； 

附图4为应用本实用新型的纠偏装置的局部主视示意图； 

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，辊筒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，辊筒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实用新型。 

参见图1-4所示，滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统，包括机架1、位于能够纠正滤带4跑偏的纠偏辊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、一对负荷传感器10、一对精密电阻11，纠偏辊2、辊筒3以及滤带4的设置形式均为现有技术，故在此不赘述，辊筒3的两端均通过轴承12支撑在轴承座5中，该轴承座5设置在机 架1上，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，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辊筒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，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： 

$\mathrm{\ΔF}=F2-F1=\frac{(\frac{a}{3}+b)\×(q2-q1)\×a}{2\×(a+b)}$

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： 

$\mathrm{\ΔF}=F2-F1=\frac{(\frac{a}{3}+b)\×a}{2\×(a+b)}\×q$

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： 

$\mathrm{\ΔF}=\frac{2\mathrm{\ΔL}}{L}Q$

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。 

$U_{\mathrm{DB}}=E\×(\frac{R1}{R1+R2}-\frac{R3}{R3+R4})=E\frac{R1R4-R2R3}{(R1+R2)(R3+R4)}$

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1）。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： 

$U_{\mathrm{DB}}=E\frac{(R1+\mathrm{\ΔR})R4-(R2-\mathrm{\ΔR})R3}{(R1+\mathrm{\ΔR}+R2-\mathrm{\ΔR})(R3+R4)}=E\frac{R1R4-R2R3+R4\mathrm{\ΔR}+R3\mathrm{\ΔR}}{(R1+R2)(R3+R4)}$

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： 

$U_{\mathrm{DB}}=E\frac{R3\mathrm{\ΔR}+R4\mathrm{\ΔR}}{(R1+R2)(R3+R4)}=\frac{(R3+R4)E}{(R1+R2)(R3+R4)}\mathrm{\ΔR}$

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： 

$U_{\mathrm{DB}}=\frac{E}{2R}\mathrm{\ΔR}$

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，能够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，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均能够沿着滤带4的前后方向移动地设置在机架1上，并分别与一个纠偏气缸9的伸缩杆相左右转动连接，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，故在此不赘述。 

在滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统中，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。 

一对负荷传感器和一对精密电阻组成差动测量电桥，两个负荷传感器分别安装在辊筒两端的轴承座下作为轴承座的支撑，滤带张力不均衡或有跑偏量时，电桥的平衡就被破坏，输出和和滤带不均衡程度或偏偏程度成正比的电压信号。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。 

滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统能实时检测，及时消除跑偏原因。滤带张力不均衡时，差动测量电桥就会产生相应方向的电压输出，它反映了滤带的跑偏倾向，该输出电压信号由控制电路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，使滤带的张力达到均衡，消除跑偏原因。另外，不会过度纠偏，纠偏力小，运行平稳，提高设备使用寿命。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，纠偏气缸快速将气缸杆全部伸出、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，影响滤带和纠偏机构的使用寿命。 

Claims (2)

1.滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统，包括机架、位于能够纠正所述滤带跑偏的纠偏辊前面或后面的辊筒、绕过所述辊筒的滤带，所述辊筒的两端均通过轴承支撑在轴承座中，该轴承座设置在所述机架上，其特征在于：所述检测系统还包括分别被压在所述辊筒两端的所述轴承座和所述机架之间能够检测所述机架对所述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，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的输出电压，所述输出电压与所述滤带的跑偏力成正比。 

2.根据权利要求1所述的滤带跑偏力及跑偏方向差动电桥检测系统，其特征在于：设定所述电源电压为E，所述输出电压为U_DB，所述一对精密电阻为R3、R4，在所述滤带张力均衡时所述一对负荷传感器检测的电阻值分别为R1、R2，并且R1R4-R2R3=0，在所述滤带张力不均衡形成跑偏力时所述负荷传感器的电阻变量为ΔR，此时所述一对负荷传感器检测的电阻值为R1+ΔR、R2-ΔR，则 

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