变频磁滞式差速水气双管卷筒控制系统及控制方法与流程

本发明属于双管卷筒控制相关，具体为变频磁滞式差速水气双管卷筒控制系统及控制方法。

背景技术：

1、堆取料机是一种用于散料装卸、堆垛和输送的大型机械设备，广泛应用于煤炭、电力、冶金、化工、建材等行业。堆取料机作业时会产生大量的粉尘污染，不仅影响环境质量，还危害人员健康和设备安全。因此，采取有效的除尘措施是堆取料机环保的重要内容。

2、目前，常用的堆取料机除尘技术主要有无动力除尘、干式除尘和湿式除尘三种，其中，湿式除尘技术具有结构简单、效果好、成本低等优点，是目前最常用的堆取料机除尘技术之一。湿式除尘技术主要是通过在堆取料机的关键部位设置喷淋装置，对散料进行湿润或冲洗，从而抑制粉尘飞扬。

3、现有技术中用于喷淋的为水气双管，两根软管盘卷在卷筒上，因需要同时卷放两根软管，软管虽外径相同，但行程过长，不可避免的会出现卷放不同步的现象，一根过紧一根过松不同步导致软管受力不均断裂，因此发明一种控制系统控制系统使两个卷盘软管的收放实现同步补偿是急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供变频磁滞式差速水气双管卷筒控制系统及控制方法，用于解决双管卷筒同步补偿的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种变频磁滞式差速水气双管卷筒的控制系统，包括变频电机、磁滞联轴器、减速机、差速机构、双管卷筒卷绕机构、绝对值编码器、plc控制器和触摸屏，所述变频电机通过所述磁滞联轴器与所述减速机连接，所述减速机与差速机构连接，所述差速机构的输出轴与所述双管卷筒卷绕机构连接，所述双管卷筒卷绕机构上卷放两根软管，分别为水管和气管；所述绝对值编码器安装在双管卷筒卷绕机构的卷筒上，用于检测卷筒的转角和转速，并将信号传输给所述plc控制器；所述plc控制器根据所述绝对值编码器的信号和预设的参数，通过厚度积分计算软管的卷径r，并根据卷径变化调节所述变频电机的输出转矩t和转速ω，从而实现软管的恒张力卷放；所述触摸屏与所述plc控制器通信，用于显示和设置相关参数和状态。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明可以实现软管的智能化控制，根据卷径变化自动调节变频电机的输出转矩和转速，实现软管的恒张力卷放；保证软管的恒张力卷放，避免软管的松弛或过紧，实现软管的同步补偿，解决卷放不同步的现象，提高卷放效率和精度，提高卷放质量和稳定性；有效地控制堆取料机作业时产生的粉尘污染，提高环保效率，保护环境和人员健康。

5、作为上述方案的进一步改进，差速机构包括端盖，端盖的一端穿插设置有轴承座，轴承座的中间活动穿插设置有第二差速轴，第二差速轴的一端设置有差速大齿轮，差速大齿轮与差速小齿轮轴连接，差速小齿轮轴的两端活动穿插在固定垫板上，固定垫板的中间活动穿插设置有第一差速轴，第一差速轴中部穿插设置有主传动大齿轮，主传动大齿轮与主传动小齿轮连接；差速大齿轮对称设置在第一差速轴与第二差速轴上，两侧差速大齿轮的中间穿插设置有差速小齿轮轴；固定垫板为c字型；第一差速轴的一端设置有对称的轴承座。

6、上述改进的技术效果为：该机构将电机和偶合机构传递的高速低扭矩通过减速机和差速机构速比的放大作用转换为低转速大扭矩，保证卷盘有合适的扭矩和速度卷放软管。同时，当卷盘卷放软管不同步时，由于差速齿轮机构的作用，可以自适应的保证卷盘同步收紧软管。

7、作为上述方案的进一步改进，双管卷筒卷绕机构包括对称设置的卷盘，卷盘的一侧设置有卷盘法兰，卷盘分别通过卷盘法兰与第一差速轴和第二差速轴连接。

8、上述改进的技术效果为：该机构将软管收放时约束到卷盘内，从而保证软管在行程长度范围内正常工作。

9、作为上述方案的进一步改进，还包括双管卷筒旋转释放机构、双管卷筒支撑机构和双管卷筒地面回转机构；

10、双管卷筒旋转释放机构包括固定板，固定板的一端设置有旋转接头；两端旋转接头分别与水用钢管和气用钢管连接；

11、双管卷筒支撑机构包括基座平台，基座平台的上端设置有安装基座，安装基座的上端设置有差速机构；基座平台的下端设置有移动小车；

12、双管卷筒地面回转机构包括固定框架，固定框架的一侧设置有地面旋转接头，地面旋转接头的一端设置有软管，软管与输送组件连接。

13、上述改进的技术效果为：双管卷筒旋转释放机构将卷进卷盘的软管作旋转运动化解掉螺旋，同时将软管内介质能成功输送到固定设备上；双管卷筒支撑机构整个卷筒的固定基座；双管卷筒地面回转机构：该机构是将地面泵站连接管通过2个旋转接头的作用，实现上卷盘的2根软管接头处能够自由转动，防止软管拖动时的扭转。软管上带有快插接头，可以快速从地面拆卸与连接软管方便维修和更换。

14、作为上述方案的进一步改进，所述绝对值编码器包括光电传感器、光栅盘和信号处理器，所述光电传感器安装在所述卷筒上，用于接收所述光栅盘上的光信号，所述光栅盘固定在所述卷筒上，用于产生周期性的光信号，所述信号处理器与所述光电传感器连接，用于将光信号转换为电信号，并将电信号传输给所述plc控制器。

15、上述改进的技术效果为：通过辅助线缆实现变频器控制变频电机实现卷放软管功能。

16、作为上述方案的进一步改进，所述触摸屏上可显示和设置以下参数和状态：软管的总长度、软管的外径、软管的预设张力、比例系数、设备的移动速度、卷筒的转角和转速、软管的卷径和张力、故障报警和处理。

17、上述改进的技术效果为：实现软管的实时监控和反馈，通过触摸屏显示软管的卷径和张力、卷筒的转角和转速、设备的移动速度等状态，可以及时了解软管的卷放情况和设备的运行状况。

18、一种变频磁滞式差速水气双管卷筒的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

19、(1)通过触摸屏输入软管的总长度l、软管的外径d、软管的预设张力f、比例系数k等参数，并启动系统；

20、(2)通过绝对值编码器检测卷筒的转角θ和转速ω，并将信号传输给plc控制器；

21、(3)通过plc控制器根据绝对值编码器的信号和预设的参数，通过厚度积分计算软管的卷径r，并根据卷径r变化调节变频电机的输出转矩t和转速ω，从而实现软管的恒张力卷放；其中，软管的卷径r由下式计算：其中，k为比例系数，θ为卷筒的转角；

22、(4)当出现左右两个卷盘分别卷放的软管存在偏差时，通过差速减速机内部的差速齿轮打滑，使过松收管的卷盘加速收管，或过紧放管的卷盘加速拖拽放出软管，通过差速机构的作用使左右两个卷盘软管的收放实现同步补偿；

23、(5)通过触摸屏实时显示和监控软管的卷径r和张力f、卷筒的转角θ和转速ω′、设备的移动速度v等状态，并可随时调整相关参数；

24、(6)当发生故障时，通过触摸屏显示故障报警信息，并指导处理方法。

25、上述方案的有益效果：通过触摸屏输入参数和启动系统，操作简单方便，无需人工干预；

26、通过绝对值编码器检测卷筒的转角和转速，实现精确的位置和速度控制，提高了卷放的质量和效率；

27、通过plc控制器根据预设的参数和绝对值编码器的信号，通过厚度积分计算软管的卷径，并根据卷径变化调节变频电机的输出转矩和转速，实现了软管的恒张力卷放，避免了软管的过松或过紧，保证了软管的使用寿命和安全性；

28、当出现左右两个卷盘分别卷放的软管存在偏差时，通过差速减速机内部的差速齿轮打滑，使过松收管的卷盘加速收管，或过紧放管的卷盘加速拖拽放出软管，通过差速机构的作用使左右两个卷盘软管的收放实现同步补偿，解决了传统差速机构无法实现同步补偿的问题；

29、通过触摸屏实时显示和监控软管的卷径和张力、卷筒的转角和转速、设备的移动速度等状态，并可随时调整相关参数，增强了系统的可视化和可调节性；

30、当发生故障时，通过触摸屏显示故障报警信息，并指导处理方法，方便了故障诊断和排除。

31、作为上述方案的进一步改进，步骤(4)中plc控制器根据以下步骤控制差速减速机。

32、(a)通过两个张力传感器分别检测左右两个卷盘软管的张力，并将信号传输给plc控制器；

33、(b)通过plc控制器根据张力传感器的信号和预设的参数，计算出左右两个卷盘软管之间的张力差δf；

34、(c)通过plc控制器根据张力差δf和预设的阈值，判断是否需要启动差速减速机内部的磁滞离合器；

35、(d)当张力差δf超过阈值时，通过plc控制器向磁滞离合器发送电流信号，使其产生一个滑动系数μ，该滑动系数μ与张力差δf成正比，即：μ＝k2δf其中，k2为常数；

36、(e)当滑动系数μ不为零时，差速减速机内部的差速齿轮打滑，使过松收管的卷盘加速收管，或过紧放管的卷盘加速拖拽放出软管；

37、(f)当张力差δf小于阈值时，通过plc控制器向磁滞离合器发送零电流信号，使其停止工作，恢复正常同步状态。

38、上述改进的技术效果为：通过两个张力传感器分别检测左右两个卷盘软管的张力，可以实时监测软管的张力状态，避免张力过大或过小导致软管损坏或卷放不平整；

39、通过plc控制器根据张力传感器的信号和预设的参数，计算出左右两个卷盘软管之间的张力差，可以准确地判断是否需要启动差速减速机内部的磁滞离合器，从而节省能源和提高效率；

40、通过plc控制器根据张力差和预设的阈值，判断是否需要启动差速减速机内部的磁滞离合器，可以实现差速减速机内部的差速齿轮打滑的自动控制，无需人工干预；

41、当张力差超过阈值时，通过plc控制器向磁滞离合器发送电流信号，使其产生一个滑动系数，该滑动系数与张力差成正比，可以实现差速减速机内部的差速齿轮打滑的灵敏调节，使过松收管的卷盘加速收管，或过紧放管的卷盘加速拖拽放出软管；

42、当滑动系数不为零时，差速减速机内部的差速齿轮打滑，使过松收管的卷盘加速收管，或过紧放管的卷盘加速拖拽放出软管，可以实现左右两个卷盘软管的收放同步补偿，保证了软管的平整和一致性；

43、当张力差小于阈值时，通过plc控制器向磁滞离合器发送零电流信号，使其停止工作，恢复正常同步状态，可以避免差速减速机内部的差速齿轮过度打滑或锁死，保护了设备和软管。