CN212711375U - 运输皮带打滑检测装置 - Google Patents

Abstract

运输皮带打滑检测装置，在传动轴上安装码盘，然后通过一组光耦检测元件进行码盘的数据读取，该数据在经过整型电路处理后送到嵌入式处理器中进行处理比较，然后输出到三个继电器中，同时还设置了通讯电路，可以实现对外部CPU输送本实用新型的实时检测数据，同时也可以作为一个参数设定通道，本实用新型可以有效解决目前皮带打滑检测设备不能做到精确检测、可靠检测，无法满足无人化和智能化需求的弊端，有效提高了设备检测的精确性和可靠性，还能满足了当前的无人化和智能化对检测设备的要求。

Description

运输皮带打滑检测装置

技术领域

本实用新型属于运输皮带打滑检测装置领域，特别涉及运输皮带打滑检测装置。

背景技术

在原料码头、火力发电厂等需要大量散料运输的行业里，主要依赖皮带进行散料运输，因为皮带运输具有方便快捷、布置灵活、响应迅速、流量可控和可以实现混料分料等诸多优点。但皮带运输也需要做诸多的运行保护。首先皮带打滑和跑偏就是一个常见的问题，必须设置诸多的保护限位或传感器来检测皮带运行的状态。而皮带打滑检测装置是皮带运输设备中必不可少的一中检测设备。皮带打滑检测装置将用来检测皮带是否运行中出现打滑现象，目前市场上的主流皮带打滑检测装置主要依赖与打滑检测装置顶端安装的从动轮,该从动轮与皮带紧密接触，跟随皮带同步旋转，从而带动该装置内部的离心开关动作。这种检测装置需要皮带运行速度达到一个额定阀值（约为该皮带额定速度的20%）后才会发生动作，所以皮带运行速度高于该值限位动作,认为皮带正常,而低于该阀值时认为皮带发生打滑。而且这种皮带打滑装置精度都不是很高，误差较大，实际使用过程中误动作的情况较多,只能在皮带启动初期速度较低时才能检测到打滑情况。而在皮带运行速度提升起来之后,运行过程中的打滑情况无法检测。因为目前的皮带打滑装置都不具备速度检测功能，此时如果发生轻微打滑，皮带运行速度仍然很高，这时传统皮带打滑检测装置就无法检测到，这就造成皮带如果时常发生轻微打滑(例如轻微的打滑造成皮带运行速度在额定速度的90%)则无法检测到,而这种打滑因为运行速度很快,所以将使皮带的磨损更加迅速,而摩擦造成的热量甚至能引起更大的事故，从而造成皮带的破损和寿命的降低。

在无人化和智能化广泛推广的大环境下，基本上要求所有检测设备都要做到精确检测和智能检测，这样才能方便上位系统的CPU进行数据采集和集中处理，而目前的这种采用离心式机械开关的方案显然是做不到精确检测和智能检测的，无法满足智能化系统CPU的检测要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供运输皮带打滑检测装置，针对上述问题，摒弃离心开关的方案，通过在从动轮的传动轴上安装一个的金属码盘，然后通过检测电路读取码盘数据，传递到嵌入式处理器（MCU）中。

采用的技术方案是：

运输皮带打滑检测装置，壳体内通过轴承支撑有传动轴，传动轴顶部固定有从动轮，壳体中部转轴铰接在底座支撑板上，壳体下部通过拉簧和底座连接。

其技术要点在于：

壳体内设有检测电路，包括码盘、槽型光耦、整形电路、嵌入式处理器、三极管驱动电路、继电器电路和通信电路。

码盘固定在传动轴上，码盘边缘处于槽型光耦的槽型中间，槽型光耦固定在壳体内。

槽型光耦通过整型电路连接嵌入式处理器。

嵌入式处理器通过三极管驱动电路连接继电器电路。

嵌入式处理器连接通信电路。

供电电路给光耦检测电路、整形电路、嵌入式处理器、三极管驱动电路、继电器电路和通信电路供电。

从动轮外缘有摩擦层。

摩擦层外缘有多个摩擦层槽口。

其优点在于：

本实用新型的外壳机构基本还是目前市场上广泛应用的皮带打滑装置的外壳结构，毕竟这种结构经历了十几年甚至更久的时间考验，已经考验确认这种结构还是非常稳定可靠的，只是内部检测部件方案过于陈旧，无法满足当前的智能化和无人化的需求。所以本实用新型沿用这种外壳结构，通过从动轮进行皮带运行检测，然后通过传动轴将转动传递到壳体内部的检测设备中。

本实用新型采用了增量编码器的工作方案进行转动检测，从而可以进行精确可靠的速度检测。本实用新型在传动轴的尾部安装一个精密的金属码盘，然后通过一组光耦检测元件进行码盘的数据读取，该数据在经过整型电路处理后送到嵌入式处理器中。嵌入式处理器根据该数据进行计算，然后根据预设值进行比较，然后输出到三个继电器中，本实用新型可做到三级开关量的速度检测，而且每级的速度都可以自由设置。另外为了满足当前的智能化和无人化的需求本实用新型设置了RS485的通讯电路，该部分电路既可以实现对外部CPU输送本实用新型的实时检测数据，同时也可以作为一个参数设定通道，通过上位机或者远程系统CPU对本实用新型进行参数设置。

本实用新型通过嵌入式处理器进行速度测量，然后与设定值和比较，通过继电器输出动作信号，同时也可以通RS485总线将实时检测数据传递到皮带控制系统的CPU中作进一步的处理。

本实用新型可以有效解决目前皮带打滑检测设备不能做到精确检测、可靠检测，无法满足无人化和智能化需求的弊端，采用了新型的检测手段，有效提高了设备检测的精确性和可靠性同时增加了通讯接口可以传递设备的实时检测数据，满足了当前的无人化和智能化对检测设备的要求。由于能够精确检测皮带打滑的情况，所以对皮带运行期间发生的轻微打滑，以及启动期间的低速打滑等打滑情况都能做到精确检测，从而可以做到更及时的处理这些不明显的打滑情况，从而延长皮带使用寿命。

本检测装置可以精确检测皮带的运行速度(精度优于1%),在皮带的整个速度区间内均可进行皮带的打滑情况检测,所以应用本实用新型的系统可以在皮带的启动过程以及皮带的高速运行过程中,都能够进行皮带打滑检测,可以灵活的调整打滑判断的阀值,从而克服了传统打滑限位只能在皮带运行速度低于额定速度20%的时候才能检测的弊端,从而提高了打滑检测系统的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的检测电路部分结构示意图。

图3为本实用新型的电路板结构示意图。

图4为本实用新型的检测电路框图。

上部壳体1、下部壳体2、壳体连接螺栓3、转轴4、底座支撑板5、拉簧上部固定柱6、拉簧7、拉簧下部固定柱8、底座9、传动轴10、从动轮11、槽型光耦12、光耦安装板13、码盘14、整形电路15、嵌入式处理器16、三极管驱动电路17、继电器电路18、通信电路19、航空插头20、电路板21、光电接收管22、光电发射管23、电路板固定柱24、电源端子25、电压变换芯片26、光耦整型芯片27、通信接口28、通讯接口芯片29、整型芯片30、驱动三极管31、继电器输出端子32、继电器33、光耦检测电路34、摩擦层35、摩擦层槽口36。

具体实施方式

运输皮带打滑检测装置：本实用新型基本上是一个杠杆结构，上部壳体1和下部壳体2连接通过壳体连接螺栓3连接在一起构成一个壳体，等同于杠杆。

下部壳体2上方设置杠杆的支撑点，通过转轴4铰接在底座支撑板5上。

在下部壳体2两侧设置拉簧上部固定柱6，分别连接了两个拉簧7上端，这两个拉簧7的另一端固定在底座9上的两个拉簧下部固定柱8上，拉簧7和对应的固定柱之间均是可以灵活转动的，拉簧7将拉紧拉簧上部固定柱6和拉簧下部固定柱8，使得整个杠杆结构处于翘起状态。

下部壳体2尾部设置航空插头20，壳体内部的连接电缆通过航空插头20引出，航空插头20将使电缆和壳体之间处于密封状态，从而保证壳体的密封效果。连接电缆将壳体内部的电路信号引出到外部，负责跟其他设备进行电气连接。底座9设置安装孔，负责将整个设备的固定，保证设备的工作稳定性。

上部壳体1前段为管型结构，中间通过轴承支撑安装传动轴10，转动轴10可以在上部壳体1中灵活转动。传动轴10的顶部安装从动轮11，从动轮11与传动轴10为固定连接，保证从动轮11与传动轴10中间没有滑动，从动轮11的转动将直接被传递到传动轴10上。

本实用新型安装时要保证从动轮11与检测皮带的紧密接触，所以本实用新型安装后时要保证拉簧7处于被拉伸的状态，此时可以保证从动轮11在皮带发生窜动时仍然可以与皮带紧密接触，从而保证传动的可靠性。

本实用新型的检测电路部分主要安装在上部壳体1中；包括码盘14、电路板21、槽型光耦12、光耦安装板13、整形电路15、嵌入式处理器16、三极管驱动电路17、继电器电路18、通信电路19和供电电路。

码盘14安装在传动轴10的尾部，码盘14与传动轴10为固定连接，没有滑动，所以传动轴10的转动将带动码盘10的转动。

码盘14边缘处于槽型光耦12的槽型中间，码盘14的转动不会触碰到槽型光耦12，槽型光耦12安装在光耦安装板13上，由于对槽型光耦12进行固定和电气连接，光耦安装板13安装在电路板21上，用于光耦安装板13与电路板21的电气连接。

码盘14为脉冲型码盘，码盘14外缘部分进行蚀刻开孔，开孔为长方形，平均分布在码盘14的圆周内，码盘14的分辨率越高，开孔数量越多，开孔也越小。本实用新型要保证码盘14的开孔正好处于槽型光耦12的槽型口中间位置。槽型光耦12的槽型口一端安装了光电接收管22，另一端安装了光电发射管23，当码盘14的开孔旋转到槽型光耦12的槽型口中间时，光电发射管23的光线穿过码盘14的开孔，被光电接收管22接收，所以在光电接收管22端输出信号低电平，透光量越高，电平越低，而当码盘14的开孔转过槽型光耦12的槽型孔，而未开孔的部分处于槽型光耦12的槽型口中间时，槽型光耦12的光电发射管23的光线被遮挡，所以光电接收管22没有接收到光线，所以输出高电平。所以随着码盘14的不断转动，槽型光耦12的光电接收管22将输出高低不断变化的电平，而因为码盘14的转动是连续的，所以透光量的变化也是连续的，槽型光耦12的光电接收管22将输出高低变化也是连续的，所以在光电接收管22上将采集到一个正弦波的信号，该信号在经过一个整型电路15的处理得到一个方波信号，该信号再送到嵌入式处理器16中进行脉冲计数和处理，从而可以得皮带的转速。电路板21安装在电路板固定柱24上，电路板固定柱24与上部壳体1的下部为一体式结构。

本实用新型的电路板21为圆形电路板，其通过电路板安装孔固定安装在上部壳体1上的电路板固定柱24上。

供电电路中的电源端子25引入外部电源，通过电压变换芯片26进行将外部电源变换为内部电路所需要的电压等级，并为内部电路提供电源（光耦检测电路34、整形电路15、嵌入式处理器16、三极管驱动电路17、继电器电路18和通信电路19）。

整形电路15中光耦整型芯片27将光耦检测电路34的槽型光耦12采集到的波形进行整型，由正弦波变换为方波，便于MCU进行处理。

通信电路19中通信接口28连接外部的通讯线路，将外部的工业总线通讯信号连接到电路内部的通讯接口芯片29，同时也将电路内部的通讯接口芯片29发出的工业总线通讯信号连接到外部通讯线路上。

通讯接口芯片29负责将MCU输出通讯信号转换为工业总线通讯信号，同时将外部的工业总线通讯信号转换为MCU的通讯信号便于MCU接收。

MCU为嵌入式处理器16，负责处理由整型芯片30取得的脉冲波形信号，将其计算为皮带的转速，然后将其与预设数据进行比较，将比较结果发送到三极管驱动电路17中的驱动三极管31。同时也接收通讯接口芯片29的信号负责实现整个装置的参数设置，并将计算得到的皮带转速数据和比较后的结果转换为通讯数据传递到通讯接口芯片29。

驱动三极管31负责将MCU的输出信号转换为继电器电路18中的继电器33的控制信号，从而控制继电器33的动作（发出打滑报警）。继电器33一共有三路，所以驱动三极管31也有三路。

继电器输出端子32负责将对应输出继电器33的动作信号传递到外部线路，实现将电路内部的动作传递到外部线路上。

首先金属码盘14的旋转因为其上蚀刻的槽口，而被光耦检测电路34检测到，因为旋转的连续性，所以光耦检测电路34的输出为正弦波信号，该信号无法可靠被嵌入式处理器16检测到，所以需要增加一个整型电路15，将正弦波信号整型为方波信号，方波信号可以被嵌入式处理器16可靠检测。

随着码盘14的转动，嵌入式处理器16将得到一个连续的方波信号，由于码盘14每圈的槽口数量固定，并且平均分布，而每一个槽口将对应一个方波信号，即一个方波周期就为一个槽口，所以在一个单位时间内将方波进行计数，其方波数量即为码盘的转速，而码盘14与本实用新型的从动轮11同步转动，所以该转速即为从动轮11的转速，而从动轮11的直径是固定的，所以根据从动轮11的转速可以计算出从动轮11的线速度，而从动轮11与皮带紧密接触，所以从动轮11的线速度即为皮带的运行速度。所以嵌入式处理器16即可根据码盘14的转速计算出皮带的运行速度。此数据为本实用新型的关键数据。

嵌入式处理器16需要将皮带的运行速度与预设参数进行比较从而得到报警信息。而预设参数需要通过通信电路19接收外部的设置信息，通常为上位机或者是外部系统的CPU。所以在设备的初次使用时需要首先通过通信电路19进行本实用新型的参数设置。然后本实用新型才能进行比较得到输出数据，否则比较值默认为最大值，所以输出继电器33都将不动作。嵌入式处理器16在与预设参数进行比较，而得到报警信息后，通过三极管驱动电路17，从而控制继电器电路18输出报警信息，该信息为开关量的无源节点信息，有外部系统进行适当处理后可以对多皮带运行系统进行保护。

嵌入式处理器16在计算得到皮带的运行速度后还要将其转换为通讯数据，输出到通信电路19，然后由通信电路19将其转换为工业总线信号输出到外部连接的工业总线回路中，实现与上位机或外部系统的CPU的数据传递，从而实现无人化或智能化系统对检测设备的通讯检测要求。

整型电路15和三极管驱动电路17分别与嵌入式处理器16的IO接口对应连接，通信电路19与嵌入式处理器16通过串口连接。

本实用新型的元件材料选型：

首先本实用新型的上部壳体1和下部壳体2以及底座8均采用铸铁制作，然后通过精加工，将开孔，边缘处理光滑，满足使用要求，并在上部壳体1传动轴10壳体部分内部精加工，保证传动轴10的安装尺寸精密准确。同时需要在这部分上下各加工出轴承安装位置用于安装传动轴10的轴承。

传动轴10采用不锈钢精加工成型直径30mm，上端加工直径12mm螺柱，用于安装从动轮11，下部加工直径5mm的螺柱，用于安装码盘14。传动轴10安装到上部壳体1后要在上下两端通过过盈配合安装轴承，两个轴承将安装在上部壳体1预留的轴承安装位置。

从动轮11采用铸铁加工，并在外缘覆盖摩擦层35（橡胶），摩擦层35厚度不低于8mm，摩擦层35外部要沿从动轮11外缘均匀加工12个深2mm，宽3mm的摩擦层槽口36，用于增加从动轮11外缘的摩擦力。

码盘14采用厚度0.2mm的不锈钢蚀刻而成，本实用新型可以采用100线或者200线的码盘。

槽型光耦12为常用型号，没有太高要求，如常用的GK122或SJ114均可。

整形电路15的主要芯片为一个电压比较芯片，采用LM393即可。

三极管驱动电路17采用通用小信号低频小功率驱动三极管即可，如SSC8050。

继电器33选用节点电流不低于5A的继电器,可以采用SRA-05VDC-CL，该继电器节点均有220VAC 6A的容量。

通信电路19主要芯片可以采用MAX485实现常规的RS485通讯，但也可以采用VPC3实现ProfiBUS通讯。

电压变换芯片26可常用的5V或3.3V的芯片，5V的电压芯片要满足10~30VDC转换为5VDC的要求，3.3V芯片要满足5VDC转换为3.3VDC的要求，可以选用LM2576S-5.0作为5V电源芯片，AMS1117-3.3作为3.3V的电源芯片。

嵌入式处理器16为本实用新型的核心芯片，需要采用工业级的芯片，可以采用STM32F103C8T6实现。

Claims (3)

1.运输皮带打滑检测装置，壳体内通过轴承支撑有传动轴（10），传动轴（10）顶部固定有从动轮（11），壳体中部转轴（4）铰接在底座支撑板（5）上，壳体下部通过拉簧（7）和底座（9）连接，其特征在于：

壳体内设有检测电路，包括码盘（14）、槽型光耦（12）、整形电路（15）、嵌入式处理器（16）、三极管驱动电路（17）、继电器电路（18）和通信电路（19）；

码盘（14）固定在传动轴（10）上，码盘（14）边缘处于槽型光耦（12）的槽型中间，槽型光耦（12）固定在壳体内；

槽型光耦（12）通过整形电路（15）连接嵌入式处理器（16）；

嵌入式处理器（16）通过三极管驱动电路（17）连接继电器电路（18）；

嵌入式处理器（16）连接通信电路（19）；

供电电路给光耦检测电路（34）、整形电路（15）、嵌入式处理器（16）、三极管驱动电路（17）、继电器电路（18）和通信电路（19）供电。

2.根据权利要求1所述的运输皮带打滑检测装置，其特征在于：

从动轮（11）外缘有摩擦层（35）。

3.根据权利要求2所述的运输皮带打滑检测装置，其特征在于：

摩擦层（35）外缘有多个摩擦层槽口（36）。

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