范愛軍

河南中煙工業(yè)有限責任公司黃金葉生產制造中心，鄭州經濟開發(fā)區(qū)經開第三大街9號 450016

在卷煙制絲生產過程中通常采用電子皮帶秤對原材料進行稱重和配比，電子皮帶秤的計量和配比精度會直接影響卷煙產品質量的穩(wěn)定性［1-2］。在實際生產中，傳輸帶偏移是影響電子皮帶秤計量精度的重要因素之一［3-4］，目前常用的糾偏技術有兩種：一是機械式無級自動糾偏技術，采用機械導輪跟蹤傳輸帶，同時帶動糾偏輥偏轉產生糾偏力，由于糾偏力與傳輸帶的跑偏力成正比，故傳輸帶可以在平衡點處自動實現(xiàn)左右調整；二是使用4個接近開關與電動推桿驅動糾偏輥共同組成糾偏機構，通過調整傳輸帶兩邊的張力以解決傳輸帶偏移問題，可實現(xiàn)水平或垂直調整［5］。由于電子皮帶秤的張緊輥和糾偏輥是同一部件，當糾偏機構進行自動糾偏時，傳輸帶的張力會發(fā)生明顯改變，進而影響電子皮帶秤的計量精度，只有通過增加校秤頻次才能降低計量精度波動產生的影響［6］。針對此問題，高文杰等［7］設計了一種偏移延時控制系統(tǒng)，采用電動推桿與接近開關配合控制糾偏；楊守臣［8］分析了煙草專用電子皮帶秤的校準方法及技術要求；李春光等［9］研究發(fā)現(xiàn)質量傳感器和速度傳感器是造成電子皮帶秤瞬時流量波動大和校準重復性差的主要原因；曹仲瑩［10］分析發(fā)現(xiàn)速度傳感器中轉子齒輪磨損和缺齒會造成電子皮帶秤輸出數(shù)值波動。但對于解決傳輸帶雙向、大范圍糾偏以及糾偏過程中對計量精度的影響等研究則鮮見報道。為此，利用摩擦原理設計了一種電子皮帶秤恒張力自動糾偏機構，以期減少校秤次數(shù)，提高制絲生產過程控制精度。

1 問題分析

改進前電子皮帶秤張緊和糾偏機構主要由機架、電機減速機、主動輥、從動輥、從動輥張緊裝置、張緊糾偏輥、電動推桿、負荷傳感器等部件組成，見圖1。傳輸帶速度由帶有變頻器驅動的電機減速機進行調節(jié)，通過安裝在從動輥上的光電編碼器測量傳輸帶速度，同時消除由于傳輸帶打滑而產生的誤差。

圖1 改進前電子皮帶秤張緊和糾偏機構示意圖Fig.1 Schematic diagram of tension and adjustment mechanism of electronic belt weigher before modification

由圖1可見，電子皮帶秤傳輸帶1的張緊主要由從動輥張緊裝置7、前張緊輥2和后張緊糾偏輥4控制，后張緊糾偏輥的一端與電動推桿9采用關節(jié)軸承進行鉸鏈連接，用于張緊和糾偏。在電子皮帶秤投入使用前通常需要校秤，以消除傳輸帶張力對稱重輥的影響。但經過一段時間運行后，傳輸帶會產生左右偏移，此時自動糾偏機構投入運行。當電子皮帶秤傳輸帶偏向電動推桿一側時，電動推桿可以拉緊傳輸帶，使傳輸帶偏向另一側，但是當傳輸帶偏向沒有電動推桿一側時，電動推桿只能放松傳輸帶，使傳輸帶偏向電動推桿對側，由此容易造成傳輸帶在主動輥11、從動輥6上打滑?？梢?，現(xiàn)有電子皮帶秤糾偏機構只能實現(xiàn)單方向糾偏，從而影響生產的正常運行。

2 系統(tǒng)設計

2.1 機構組成

基于摩擦原理［11］設計了一種電子皮帶秤恒張力自動糾偏機構，主要由前張緊輥3和糾偏輥支撐架（3和11）、后張緊輥支撐架（6和9）、糾偏輥組件4、電動推桿10等部件組成，見圖2。改進后將糾偏輥支撐架與前張緊輥支撐架設計為一體，并將后張緊輥與糾偏輥的張緊和糾偏功能分開，以避免相互影響。

圖2 改進后電子皮帶秤張緊和糾偏機構示意圖Fig.2 Schematic diagram of tension and adjustment mechanism of electronic belt weigher after modification

2.2 前張緊輥和糾偏輥支撐架

前張緊輥支撐架主要用于安裝和調整前張緊輥，前張緊輥與糾偏輥支撐架合為一體，見圖3。其中，雙長孔2用于調整前張緊輥的高低，長孔1用于安裝和限定前張緊輥，凸臺5用于安裝和限定關節(jié)軸承組件，長孔4用于安裝和限定糾偏輥調整架。在機架上加工出與孔3對應的孔并安裝螺栓，用于增加前張緊輥和糾偏輥支撐架的剛度。

2.3 后張緊輥支撐架

后張緊輥支撐架主要用于安裝和調整后張緊輥，見圖4。其中，雙長孔1用于調整后張緊輥的高低，長孔2用于安裝和限定后張緊輥，凸臺3用于安裝和限定關節(jié)軸承組件。

圖3 前張緊輥和糾偏輥支撐架示意圖Fig.3 Schematic diagram of support frame for front tension roller and adjusting roller

圖4 后張緊輥支撐架示意圖Fig.4 Schematic diagram of support frame for rear tension roller

2.4 糾偏輥組件

糾偏輥組件由兩個糾偏輥（3和5）、兩個糾偏輥調整架2、關節(jié)軸承4和電動推桿1等部件組成，見圖5。前張緊輥支撐架、糾偏輥以及糾偏輥調整架同時組裝，再將前張緊輥支撐架用螺栓固定在機架上；通過調整下糾偏輥調節(jié)螺栓8，使下糾偏輥5與傳輸帶輕輕接觸，并將下糾偏輥緊定螺栓7擰緊；上糾偏輥3在重力作用下壓在傳輸帶上方，并鎖緊上糾偏輥緊定螺栓6；最后安裝關節(jié)軸承4和電動推桿1。

圖5 糾偏輥組件示意圖Fig.5 Schematic diagram of adjusting roller component

由圖6可見，軸頭1用于安裝關節(jié)軸承，其長度大于關節(jié)軸承寬度，當傳輸帶偏移時有活動間隙。糾偏輥調整架支撐滑動面2位于安裝和限定糾偏輥調整架的長孔（圖3）中，由于滑動面2與長孔是平面與平面相配合，由此提高了糾偏組件的穩(wěn)定性。

圖6 糾偏輥調整架示意圖Fig.6 Schematic diagram of adjusting rack of adjusting roller

2.5 糾偏原理

糾偏輥受力分析見圖7。其中，F(xiàn)是傳輸帶對糾偏輥的摩擦力；F1是傳輸帶對糾偏輥的摩擦力在糾偏輥上的徑向分力；F2是傳輸帶對糾偏輥的摩擦力在糾偏輥上的軸向分力；f是糾偏輥對傳輸帶的摩擦力；f1是糾偏輥對傳輸帶的摩擦力在糾偏輥方向的徑向分力；f2是糾偏輥對傳輸帶的摩擦力在糾偏輥方向的軸向分力。F、F1、F2分別與f、f1、f2大小相等方向相反。由圖7可見，當傳輸帶向左偏移時，糾偏輥做正角度偏斜，傳輸帶對糾偏輥的摩擦力F可以分解為F1和F2，F(xiàn)1用于轉動糾偏輥；根據(jù)作用力與反作用力原理，F(xiàn)2產生一個大小相等方向相反的反作用力f2，用于推動傳輸帶向偏移的反方向移動，即推動傳輸帶向右移動。反之，當傳輸帶向右偏移時，糾偏輥做負角度偏斜，產生推動傳輸帶向左移動的作用力f2。

圖7 糾偏輥受力分析圖Fig.7 Diagram of mechanical analysis of adjusting roller

3 應用效果

3.1 試驗設計

設備：CK63E型電子皮帶秤（昆明船舶設備集團有限公司）。其中，傳輸帶寬度為1 000 mm，主動輥到從動輥的距離約為2 800 mm，從動輥的有效長度為1 060 mm。當傳輸帶正常運行時，傳輸帶邊緣到從動輥邊緣的距離各為30 mm。

測試方法：①由于傳輸帶是環(huán)形結構，無法直接測量糾偏量與傳輸帶張力值之間的關系。改進前通過調整與后張緊糾偏輥連接的關節(jié)軸承的調節(jié)螺栓（螺距為1.5 mm），將螺栓的螺紋伸出量作為糾偏量，考察糾偏量與電子皮帶秤稱重值的變化，重復測量8次。②改進后將糾偏輥組件安裝于CK63E型電子皮帶秤上，電動推桿與糾偏輥調整架通過關節(jié)軸承相連接，通過修改PLC程序調整電動推桿的運動參數(shù)。為驗證改進效果，通過調整關節(jié)軸承的調節(jié)螺栓，改變糾偏輥與傳輸帶之間的傾斜度，根據(jù)調節(jié)螺栓伸出量或縮回量測試傳輸帶邊緣到從動輥邊緣的距離。根據(jù)圖7，當傳輸帶正常運行時，傳輸帶邊緣到從動輥邊緣的距離為30 mm，此時設定調節(jié)螺栓伸出量為0；當調節(jié)螺栓伸出時，伸出量設定為正值（+），此時傳輸帶向左偏移；反之，當調節(jié)螺栓縮回時，縮回量設定為負值（-），傳輸帶向右偏移。重復測試8次。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，改進前隨著后張緊糾偏輥糾偏量的增加，傳輸帶張力隨之增加，進而導致傳輸帶對稱重輥的壓力也增加?？梢?，改進前采用后張緊輥與糾偏輥合二為一的設計方式，當糾偏機構運行后會造成傳輸帶張力發(fā)生變化，進而影響到電子皮帶秤的計量精度。

表1 改進前糾偏量與電子皮帶秤稱重值的變化Tab.1 Variation of measurement value of electronic belt weigher along with adjustment distance before modification

由表2可見，改進后后張緊輥與糾偏輥功能獨立，當調節(jié)螺栓伸出時，傳輸帶邊緣到從動輥邊緣的距離增加，此時傳輸帶在糾偏輥軸向分力的作用下，推著傳輸帶向對側偏移；反之，傳輸帶向另一側偏移。無論傳輸帶如何偏移，稱重值始終為0，說明傳輸帶張力沒有因糾偏機構運行而發(fā)生變化，實現(xiàn)了恒張力傳輸帶糾偏，保證了電子皮帶秤的計量精度。

表2 改進后調節(jié)螺栓伸出量或縮回量與傳輸帶偏移量的變化①Tab.2 Variation of adjustment distance of conveying belt along with outstretching/retracting distance of adjusting bolt after modification

4 結論

通過對現(xiàn)有電子皮帶秤張緊和糾偏工作原理進行分析，設計了一種恒張力自動糾偏機構，將張緊輥與糾偏輥獨立設計，以消除兩者之間的影響，當調節(jié)螺栓伸出時，傳輸帶到從動輥的距離增加，傳輸帶在糾偏輥軸向分力的作用下向對側偏移；反之，傳輸帶向另一側偏移，由此實現(xiàn)了恒張力傳輸帶糾偏。以河南中煙黃金葉生產制造中心使用的CK63E型電子皮帶秤為對象進行測試，結果表明：改進后傳輸帶張力不會因糾偏機構運行而發(fā)生變化，實現(xiàn)了傳輸帶雙向、大范圍糾偏，有效提高了計量精度和生產過程控制能力。