一种皮带机纠偏装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种皮带机纠偏装置及方法，包括托辊架、基座、蜗杆传动机构、电机、控制器和皮带位置检测装置，托辊架与基座转动连接，电机通过蜗杆传动机构驱动托辊架转动，皮带位置检测装置检测到皮带的偏移量并发送给控制器，控制器根据皮带偏移量控制电机的转动角度。所述托辊架上固定设有转动架，基座上设有与转动架配合连接的转动接口，在托辊架与基座转动接口之间设置止推轴承和径向轴承组合结构。通过传感器实时检测皮带的位置，并通过控制皮带纠偏装置来自动调整皮带位置，避免皮带跑偏引发严重的事故。
【专利说明】
-种皮带机纠偏装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明属于皮带机输送技术领域，具体设及一种皮带机纠偏装置及方法。
【背景技术】
[0002] 带式运输机是综采工作面的主要设备之一，主要由一条柔性输送带、一个或多个 主动滚筒、改向滚筒W及托漉组组成，其中，柔性输送带是运送物料的直接和关键部件。带 式输送机广泛应用在矿山、海港等生产现场，用于散装物料的运输。自十九世纪中叶带式输 送机问世W来由于其突出的运输能力和较好的环境适应能力，得到了迅速的发展。
[0003] 但是，带式输送机目前仍存在一些缺陷，其中对其工作影响最大的原因是输送带 跑偏问题。经调查，因输送带跑偏引起的事故达到了整个带式输送机事故的10%-30%，运 些事故轻则造成洒料，造成物料浪费，重则会导致运输机停车，影响生产，更严重的会引起 火灾，造成人员生命和财产损失。
【发明内容】
[0004] 根据W上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种皮带机纠偏装 置及方法，通过传感器检测皮带的偏移量，再通过电机驱动托漉架旋转一定的角度，来解决 皮带偏移的问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种皮带机纠偏装置，所述的 纠偏装置包括由多个托漉调节架组成的纠偏调节组件，所述托漉调节架包括基座和可绕基 座转动的托漉架;所述纠偏装置还包括控制系统和测量皮带跑偏量的RFID组件，RFID组件 包括阅读设备组和设置在皮带上的RFID标签组，RFID组件将测量到的RFID标签组的位置上 传给控制系统，控制系统通过作用在托漉调节架上的电机调节皮带运动。
[0006] 所述RFID标签组包括多个设置在皮带上的RFID标签和设置在皮带机中间架上的 参考标签，所述多个皮带带面上的RFID标签设置在与皮带中屯、轴平行的一条直线上。
[0007] 所述阅读设备组包括至少两个阅读设备，所述多个阅读设备设置在同一平面内， 所述阅读设备采用定向天线，多个阅读设备向所在平面内同步发射电磁波信号，利用电磁 波入射角方向确定待检测的RFID标签的位置，求解皮带跑偏量。
[000引所述控制系统包括控制器、主回路和控制回路，所述主回路包括手动开关，手动开 关电连接至电机，控制回路包括自动选择开关、生产线停运开关和中间继电器，自动选择开 关、生产线停运开关和中间继电器为串联连接;控制器读取到RFID组件检测到的偏移信号， 接通中间继电器，控制回路接通，电机工作。
[0009] 所述纠偏装置还包括速度继电器和变频器，速度继电器加装在电机的非驱动端， 速度继电器实时检测电机的转速，电机速度达到一定值时发出一个干触点信号给控制器， 控制器经过处理后发送给变频器，变频器输出电机所需的电磁力矩。
[0010] 所述基座上设有与转动架配合连接的转动接口，在托漉架与基座转动接口之间设 置止推轴承和径向轴承组合结构。
[0011]所述纠偏装置还包括蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和蜗 杆，基座上设有用于固定蜗杆的两个凸耳，蜗杆通过凸耳固定在基座上，蜗轮固定在转动架 上。
[001 ^ -种皮带机的纠偏方法，所述的纠偏方法为：
[0013] A、当皮带机接通电源、启动工作时，控制回路的自动选择开关和生产线停运开关 闭合，此时，RFID组件若没有检测到皮带跑偏或者在跑偏范围的允许范围内，则中间继电器 断开，控制回路断开，电机不工作；
[0014] B、当RFID组件检测到皮带跑偏或者跑偏量超出允许范围时，控制器接收到皮带跑 偏信号，通过中间继电器接通控制回路，电机电源接通开始工作，电机输出轴作用在蜗轮蜗 杆传动机构上，通过蜗轮蜗杆传动机构使托漉调节架发生偏转运动，直至RFID组件检测到 皮带复位。
[0015] 所述RFID组件检测皮带跑偏量的具体方法为:RFID阅读设备组包括多个设置在一 条直线上的阅读设备，多个阅读设备向垂直于皮带工作平面和侧面的空间平面内发射电磁 波信号，检测RFID标签信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是(Xn， yn)、（Xm，ym)，待检测RFID标签的坐标为(X，y)，阅读设备组接收到的RFID标签的方向角为 目η,目m，则有：
[0019]通过将没有跑偏时RFID标签的位置和现慢得到的RFID标签的位置比对，来确定跑 偏量。
[0020] 所述RFID组件检测皮带跑偏量的方法具体还包括:通过检测设置在皮带机中间架 上的参考RFID标签，检测RFID组件的测量精度。
[0021] 在电机非驱动端加装速度继电器，实时检测电机的输出速度，电机速度达到一定 值时发出一个干触点信号给控制器，控制器经过处理后发送给变频器，变频器输出电机所 需的电磁力矩。皮带机纠偏方法还包括手动操作模式，在控制回路的自动选择开关断开的 情况下，闭合主回路的手动开关，接通电机，实现电机输出轴作用在蜗轮蜗杆传动机构上， 通过蜗轮蜗杆传动机构使托漉调节架发生偏转运动，直至皮带复位。
[0022] 本发明有益效果是:本发明采用RFID标签及阅读设备来测量皮带跑偏量，相比于 传统的机械测量跑偏结合行程开关调节跑偏方式，本发明具有W下优点，首先可W实时监 测皮带的横向运动动态，而不必达到一定的跑偏量触发行程开关时才动作，可W根据现场 需要，设定跑偏量调节触发范围；机械测量跑偏量并触发调忍托漉支架方式受到机械设备 的精度及其传动机构的机械性能的限制，RFID组件测量跑偏量不受机械结构灵活性的控 审IJ;本发明设置有参考标签，可W用于检测本发明跑偏检测设备的准确性。本发明皮带纠偏 检测方法设置两个阅读设备就可W实现待检测RFID标签的定位，如果是Ξ个W上设备，理 论上是可W相交于同一点，因此，多个阅读设备也可W用于检测系统的准确性。
【附图说明】
[0023] 下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0024] 图1是本发明的【具体实施方式】的托漉架结构图。
[0025] 图2是本发明的【具体实施方式】的基座结构图。
[0026] 图3是本发明【具体实施方式】的控制系统结构框图。
[0027] 图4是本发明【具体实施方式】的跑偏量测量装置。
[0028] 图5是本发明【具体实施方式】的阅读设备及待测标签平面坐标图。
[0029] 图6是本发明【具体实施方式】的驱动机构示意图。
[0030] 其中，1基座、101转动接口、102蜗杆架、103机架接口、2蜗杆、3托漉架、301转动架、 4皮带机中间架、5RFID标签、6阅读设备、7速度继电器、8制动器、9电机、10联轴器、11减速 器、12小齿轮主轴。
【具体实施方式】
[0031] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所设及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，W帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0032] -种皮带机纠偏装置，所述的纠偏装置包括由多个托漉调节架组成的纠偏调节组 件，所述托漉调节架包括基座1和可绕基座1转动的托漉架;所述纠偏装置还包括控制系统 和测量皮带跑偏量的RFID组件，RFID组件包括阅读设备组和设置在皮带上的RFID标签组， RFID组件将测量到的RFID标签组的位置上传给控制系统，控制系统通过作用在托漉调节架 上的电机9调节皮带运动。
[0033] 所述RFID标签组包括多个设置在皮带上的RFID标签和设置在皮带机中间架上的 参考标签，所述多个皮带带面上的RFID标签设置在与阅读设备组距离一定的一条直线上。 所述阅读设备组包括至少两个阅读设备6,所述阅读设备设置在一条直线上，所述阅读设备 6采用定向天线，多个阅读设备6在一定向平面内同步发射电磁波信号，利用电磁波入射角 方向确定待检测的RFID标签的位置，求解皮带跑偏量。所述控制系统包括控制器、主回路和 控制回路，所述主回路包括手动开关，手动开关电连接至电机9,控制回路包括自动选择开 关、生产线停运开关和中间继电器，自动选择开关、生产线停运开关和中间继电器为串联连 接;控制器读取到RFID组件检测到的偏移信号，接通中间继电器，控制回路接通，电机9工 作。所述纠偏装置还包括速度继电器和变频器，速度继电器加装在电机9的非驱动端，速度 继电器实时检测电机9的转速，电机9速度达到一定值时发出一个干触点信号给控制器，控 制器经过处理后发送给变频器，变频器输出电机9所需的电磁力矩。所述基座1上设有与转 动架配合连接的转动接口 101，在托漉架与基座1转动接口 101之间设置止推轴承和径向轴 承组合结构。所述纠偏装置还包括蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和 蜗杆，基座1上设有用于固定蜗杆的两个凸耳，蜗杆通过凸耳固定在基座1上，蜗轮固定在转 动架上。
[0034] -种皮带机的纠偏方法，所述的纠偏方法为：
[0035] A、当皮带机接通电源、启动工作时，控制回路的自动选择开关和生产线停运开关 闭合，此时，RFID组件若没有检测到皮带跑偏或者在跑偏范围的允许范围内，则中间继电器 断开，控制回路断开，电机9不工作；
[0036] B、当RFID组件检测到皮带跑偏或者跑偏量超出允许范围时，控制器接收到皮带跑 偏信号，通过中间继电器接通控制回路，电机9电源接通开始工作，电机9输出轴作用在蜗轮 蜗杆传动机构上，通过蜗轮蜗杆传动机构使托漉调节架发生偏转运动，直至RFID组件检测 到皮带复位。
[0037] 所述RFID组件检测皮带跑偏量的具体方法为:RFID阅读设备组包括多个设置在一 条直线上的阅读设备6,多个阅读设备6向垂直于皮带工作平面和侧面的空间平面内发射电 磁波信号，检测RFID标签信号，建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是 (Xn，yn)、（Xm，ym)，待检测RFID标签的坐标为(x，y)，阅读设备组接收到的RFID标签的方向角 为9n，0m，则有：
[0041] 通过将没有跑偏时RFID标签的位置和测量得到的RFID标签的位置，来确定跑偏 量。所述RFID组件检测皮带跑偏量的方法具体还包括:通过检测设置在皮带机中间架上的 参考RFID标签，检测RFID组件的测量精度。在电机9非驱动端加装速度继电器7,实时检测电 机9的输出速度，电机9速度达到一定值时发出一个干触点信号给控制器，控制器经过处理 后发送给变频器，变频器输出电机9所需的电磁力矩。皮带机纠偏方法还包括手动操作模 式，在控制回路的自动选择开关断开的情况下，闭合主回路的手动开关，接通电机9,实现电 机9输出轴作用在蜗轮蜗杆传动机构上，通过蜗轮蜗杆传动机构使托漉调节架发生偏转运 动，直至皮带复位。
[0042] 本发明纠偏装置正常工作的时候，托漉架3上输送带的重量和上面运输的物料的 重量将直接和间接地作用在托漉组上，对托漉施加正压力，此时，若发生纠偏运动，由于托 漉和输送带之间发生相对滑动，将产生摩擦力，而纠偏装置的作用就是要克服该摩擦力，使 皮带回归到正常位置。本发明采用蜗杆传动结构，驱动托漉架3向指定的方向转动，实现皮 带纠偏。
[0043] 如图1所示，为本发明的托漉架3结构图，托漉架3上设有与托漉的连接接口和与底 座进行运动副连接的接口结构，在托漉架3的底端固定设有转动架301，转动架301是托漉架 3与底座的连接接口。托漉架3除了承受输送带和物料的载荷外，还要对输送带进行横向纠 偏，承受惯性载荷，因此要求托漉架3具有足够的强度，本发明的托漉架3采用钢架一体结 构。
[0044] 如图2所示为本发明的基座1结构图，基座1向上连接托漉架3,在基座1上设有与托 漉架3连接的转动接口 101，与皮带机机架连接的机架接口 103结构，此外，蜗杆传动机构还 要安装在底座上，所W底座上还设有与蜗杆传动机构连接的蜗杆架102,由于底座要有完善 的接口结构W及足够的机械强度，蜗杆架102设在与基座1焊接为一体的凸耳结构上，两个 凸耳上设有一个供蜗杆传动结构穿过的通孔。
[0045] 本发明的纠偏装置在装配时，在托漉架3的转动架301与基座1之间采用止推轴承 和径向轴承组合连接形式，使纠偏动作更加方便与准确;蜗轮固定在转动架301上，蜗轮蜗 杆结构将动力系统，例如直流电机9的转动运动转化为直线运动，带动托漉架3的运动。传动 机构采用蜗杆2传动机构，降低了工作阻力，不易发生磨损，寿命更长。
[0046] 从电机9到蜗杆2的运动传递需要通过减速机构，本发明采用齿轮机构，小齿轮为 主动轮，大齿轮为从动轮，由小齿轮带动大齿轮转动，进行减速调控，保证了转速在电机9与 蜗杆2之间的数值变化，也保证了功率的传递。由于只有一对齿轮的调速，所W可W把齿轮 的位置放在一对轴承的中屯、处，增大轴的抗弯扭强度，保证了轴在使用过程中的寿命。
[0047] 电机9通过螺钉安装固定在工作台上，电机9先通过联轴器与减速器11连接，减速 器11与小齿轮主轴连接，主轴通过键与小齿轮连接，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮将转动 运动传递为蜗杆2的直线运动;通过蜗杆蜗轮机构，实现跑偏量的调节。在电机9的非驱动端 设置有制动器和速度继电器7。
[004引本发明设计的皮带机纠偏装置的控制过程为负反馈控制过程，跑偏量测量装置将 测得的输送带的横向位置来反应输送带的跑偏量，并将该跑偏量送入控制器，控制器根据 跑偏量，来控制电机9,使电机9W某一速度发生某方向的一定的角位移，然后通过蜗杆2传 动，将该旋转运动穿换成直线运动，最终驱动旋转托漉架3绕旋转中屯、发生相对角位移，进 而实现输送机输送带纠偏。
[0049] 本发明利用无线电磁波的传导来测量皮带机皮带的跑偏量，根据无线电磁波的相 位、幅值、传输时间等参数来估计目标对象的位置，具体的，跑偏量测量装置包括RFID标签 组和阅读设备组，如图4所示，RFID标签组包括设置在皮带中间位置的标签和设置在皮带机 中间架4上的参考标签，阅读设备组包括至少两个阅读设备6,多个阅读设备6成一条直线排 列，与皮带所在面垂直，可W安装在皮带机的边缘支架上。本发明的阅读设备组采用定向天 线，向垂直于皮带面和支架的方向发射电磁波信号，阅读设备组同步发射无线信号，借助天 线阵列检测电磁波的入射角方向，那么就可W确定待检测的RFID标签5就在运一方向上。利 用两个阅读设备6检测到的同一目标，在电磁波信号平面内就可W确定待检测RFID标签5的 位置。运里RFID标签5的位置变化是一个Ξ维空间问题，但是，对本发明来说，RFID标签5向 皮带机两侧的运动才是重要的测量参数，因此，通过定向天线将Ξ维的空间问题转化为二 维的平面问题，简化问题，减少计算量。
[0050] 如图5所示，设阅读设备组的位置分别是扣，71)、佔，72)，运里义1可^等于枯，取值 为加寸，计算最为简单，RFID标签5的坐标为(x，y)，测得的方向角Θι，θ2,则有：
[0054]本发明中，如果将阅读设备组设置在y轴上，其中一个设在原点，也即阅读设备组 的位置分别是(ο，yi)和(ο，y2)，tan目1和化η目2为已知量，此时，RFID标签5的位置即为：
[0化5]
[0056] 通过将标签的初始距离与测得的标签距离进行比较，便可W得出跑偏量。
[0057] 设置在皮带机中间架4上的RFID标签5为参考标签，是用于校准阅读设备组的准确 性，将通过阅读设备6测量到的坐标和夹角换算出的参考标签与阅读设备6的测量距离和实 际距离进行比较，来评价阅读设备组的测量精度。
[0058] 皮带机跑偏控制的实质就是克服摩擦做功，由于跑偏程度的不同，克服摩擦力做 功的过程中，电机9所提供的扭矩也不尽相同，而电机9作用在跑偏皮带上的力可W通过转 速来反应，因此，本发明电机9采用变频控制，在电机9的非驱动端加装速度继电器7,速度继 电器7实时检测电机9的转速，通过调整速度继电器7的参数，使电机9速度达到一定值时发 出一个干触点信号给控制器，控制器经过处理后发送给变频器，变频器输出电机9所需的电 磁力矩。通过电机9的转速来反应校正跑偏皮带所需的转矩，速度增加，则说明所需的扭矩 减小。另外，控制皮带横向速度在一定的范围内，可W防止因校正电机9扭矩的惯性，使校正 力度过大，导致反向跑偏。在电机9上设置有制动器8,减速机通过联轴器10分别与电机9和 小齿轮主轴12连接。
[0059] 控制器通过调节托漉组件来实现皮带跑偏调节，其电气控制回路包括主回路和控 制回路，主回路包括电机9和手动开关，控制回路包括自动选择开关、生产线停运断电开关 和中间继电器，自动选择开关接通时，系统工作在自动检测跑偏量和自动调节跑偏模式下， 自动选择开关、生产线停运断电开关和中间继电器为串联连接，自动选择开关和生产线停 运断电开关接通后，中间继电器由控制器控制通断，如果控制器根据读写设别组的检测结 果认定皮带跑偏量超出了控制范围，则接通中间继电器，控制回路接通，电机9开始工作。手 动操作模式下，也即断开自动选择开关，接通主回路的手动开关，电机9得电工作。
[0060] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发 明的保护范围应该W权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种皮带机纠偏装置，其特征在于:所述的纠偏装置包括由多个托漉调节架组成的 纠偏调节组件，所述托漉调节架包括基座（1)和可绕基座（1)转动的托漉架(3);所述纠偏装 置还包括控制系统和测量皮带跑偏量的RFID组件，RFID组件包括阅读设备组和设置在皮带 上的RFID标签组，RFID组件将测量到的RFID标签组的位置上传给控制系统，控制系统通过 作用在托漉调节架上的电机(9)调节皮带运动。2. 根据权利要求1所述的皮带机纠偏装置，其特征在于:所述RFID标签组包括多个设置 在皮带上的RFID标签(5)和设置在皮带机中间架上的用于精度校准测量的参考RFID标签 (5) ，所述多个皮带上的RFID标签(5)设置在与皮带中屯、轴平行的一条直线上。3. 根据权利要求2所述的皮带机纠偏装置，其特征在于:所述阅读设备组包括至少两个 阅读设备(6)，所述阅读设备(6)设置在同一平面内，所述阅读设备(6)采用定向天线，多个 阅读设备（6)向所在平面内同步发射电磁波信号，利用电磁波入射角方向确定待检测的 RFID标签(5)的位置，求解皮带跑偏量。4. 根据权利要求1所述的皮带机纠偏装置，其特征在于:所述控制系统包括控制器、主 回路和控制回路，所述主回路包括手动开关，手动开关电连接至电机(9)，控制回路包括自 动选择开关、生产线停运开关和中间继电器，自动选择开关、生产线停运开关和中间继电器 为串联连接;控制器读取到RFID组件检测到的偏移信号，接通中间继电器，控制回路接通， 电机(9)工作。5. 根据权利要求4所述的皮带机纠偏装置，其特征在于:所述纠偏装置还包括速度继电 器(7)和变频器，速度继电器(7)加装在电机(9)的非驱动端，速度继电器(7)实时检测电机 (9)的转速，电机(9)速度达到一定值时发出一个干触点信号给控制器，控制器经过处理后 发送给变频器，变频器输出电机(9)所需的电磁力矩。6. 根据权利要求1所述的皮带机纠偏装置，其特征在于，所述基座（1)上设有与转动架 (301)配合连接的转动接口（101)，在托漉架(3)与基座（1)转动接口（101)之间设置止推轴 承和径向轴承组合结构。7. 根据权利要求6所述的皮带机纠偏装置，其特征在于:所述纠偏装置还包括蜗轮蜗杆 传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和蜗杆(2)，基座（1)上设有用于固定蜗杆(2)的 两个凸耳，蜗杆(2)通过凸耳固定在基座（1)上，蜗轮固定在转动架(301)上。8. 根据权利要求1-7任意一项所述的皮带机纠偏装置的纠偏方法，其特征在于，所述的 纠偏方法为： A、 当皮带机接通电源、启动工作时，控制回路的自动选择开关和生产线停运开关闭合， 此时，RFID组件若没有检测到皮带跑偏或者在跑偏范围的允许范围内，则中间继电器断开， 控制回路断开，电机(9)不工作； B、 当RFID组件检测到皮带跑偏或者跑偏量超出允许范围时，控制器接收到皮带跑偏信 号，通过中间继电器接通控制回路，电机(9)电源接通开始工作，电机(9)输出轴作用在蜗轮 蜗杆传动机构上，通过蜗轮蜗杆传动机构使托漉调节架发生偏转运动，直至RFID组件检测 到皮带复位。9. 根据权利要求8所述的皮带机纠偏方法，其特征在于，所述RFID组件检测皮带跑偏量 的具体方法为:RFID阅读设备组包括多个设置在一条直线上的阅读设备(6)，多个阅读设备 (6) 向垂直于皮带工作平面和侧面的空间平面内发射电磁波信号，检测RFID标签(5)信号， 建立该平面的二维坐标系，设定阅读设备组的位置分别是(孔，7。）、（亂，7")，待检测3。10标 签(5)的坐标为(X，y)，阅读设备组接收到的RFID标签(5)的方向角为θη，0m，则有：通过将没有跑偏时RFID标签(5)的位置和测量得到的RFID标签(5)的位置进行比对，来 确定跑偏量。10.根据权利要求9所述的皮带机纠偏方法，其特征在于，所述RFID组件检测皮带跑偏 量的方法具体还包括:通过检测设置在皮带机中间架上的参考标签，检测RFID组件的测量 精度。
【文档编号】B65G39/16GK105836376SQ201610402161
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】汪玉, 倪兴元, 汪亚, 郑旺来, 郑红满, 方从旺
【申请人】安徽盛运重工机械有限责任公司