煤炭運輸管帶機調偏裝置設計

張小珍，游嗣淮

（廈門大學嘉庚學院，漳州 363105）

1 引言

煤炭是我國能源的主要來源之一，而煤炭開采的場所一般較偏遠，給煤炭的運輸帶來了麻煩[1]。隨著工業化生產能力的日益提高，輸送工具的技術水平也不斷地提升[2]。工業生產中借用了管帶式輸送機，代替了傳統的運輸方式，煤炭運輸管帶機的輔助運輸，為煤炭的開采和運輸提供了極大便利，不僅能夠提高運輸能力還能降低一定的經濟支出，提高了效率[3]。

在實際生產過程中，管帶式輸送系統會因為輸送過程中的各種原因出現管帶跑偏，致使皮帶疊管或者造成管帶扭曲，給生產造成不利影響[4，5]。目前，管帶式輸送機最基本的調偏方式還是以人工加墊片的形式，實現成圓托輥的傾斜，此種調偏方式不僅是在人力物力上的浪費，而且不能完全提高有效的調偏[6，7]。

隨著技術的不斷創新，煤炭設備正逐步從機械化向自動化過渡。在管帶機的基礎上設計單片機控制的自動調偏裝置，是一種集自動檢測、自動調偏于一體的自動化調偏裝置。比起人工調偏，此設計的方式省時省力而且效率高。由于管帶式輸送機在實際生產輸送物料的過程中會產生圓管跑偏的問題，本文提出在其原有機械結構的基礎上，結合單片機控制系統，利用光電開關傳感器，發射紅外線到管狀膠帶上，再根據傳感器對顏色變化的檢測，判斷管帶是否跑偏，以實現一定程度上的糾正調整。采用自動調偏裝置合理改善解決管帶式輸送機的跑偏的問題，不僅可以有效提升工業設備的安全可靠性，且具有非常可觀的經濟效益。

2 管帶機跑偏分析

管帶式輸送機廣泛應用于各種散狀物料的持續輸送，被輸送的物料包圍在圓管狀輸送帶內輸送，物料不會輕易灑落，多數情況下也不會因外界環境因素而受到干擾[8]。管帶式輸送機由于具備高可靠性的優勢，運作過程中維護成本較低，但其設計中需要注意以下幾點[9]。

管帶式輸送機整體設計：在工藝方面設計的合理性，保證輸送皮帶不發生大幅度的偏置扭轉，整體設備能夠降低功率和損耗，環保且經濟性好。

輸送皮帶的選取：選擇能保證呈圓管狀且使用壽命長的皮帶。

動態分析：管帶式輸送機在整體運行過程中能夠適應各種工況，輸送皮帶被要求不能發生扭轉現象，受料面始終在成圓管狀內，且不與驅動滾筒發生接觸，在發生問題的源點上解決問題避免在設備設計中出現不可調試的失誤。

設備機構的安裝調試：安裝調試的專業性是保證管帶機穩定性的必要條件，同時可以減少設備運行過程中的維護。

普通帶式輸送機跑偏嚴重時，皮帶容易卡帶，造成皮帶機運行中的重大事故，皮帶跑偏是指皮帶機運轉過程中，膠帶中心線脫離皮帶機中心線[10]。為了防止造成意外事故，需要定期維護好設備，及時檢查，并在設備安裝過程中開展調試工作。從而確保普通帶式輸送機皮帶不會偏至一邊，具體調整方法是：當皮帶偏向一側，則槽形托輥組的這一側朝皮帶機前進方向前移，或另外一側后移，如圖1 所示，當膠帶向右側（朝皮帶前進方向看）跑偏，則托輥組的左側應當向后移動，或托輥組的右側向前移動。

圖1 普通帶式輸送機調偏方法

3 管帶機自動調偏裝置設計

根據調偏分析，本文提出了一種自動調偏的管帶機，如圖2 所示。由托輥組、框架和調偏組組成。檢測到管帶機跑偏后，通過安裝在框架上的調偏組進行調整，帶動輥輪組偏轉，實現安裝在輥輪組的管道調正。托輥組主要由輥輪和固定板組成，如圖3 所示，板連接件構成，主要是調整管狀輸送帶。

圖2 管帶機自動調偏裝置

圖3 輥輪組

（1）膠帶處理階段，管帶機圓管部分自動調偏裝置。首先在管帶上部中間貼上白色反光膠帶，如圖4 所示。通過光電傳感器發射紅外線到成圓段管帶上，紅外線投射到成圓段管帶白色部分會時，會被反射回傳感器從而接收到信號。

圖4 管帶上貼白色反光膠帶

（2）檢測到成圓段管帶上部白色反光帶的偏移信號反饋到單片機上，單片機收到信號，如圖5 所示。利用光電開關傳感器發射紅外線到管狀膠帶，如果管帶發生偏移，即管帶上部的白色反光膠帶發生偏移，光電開關傳感器發射的紅外線會被白色反光膠帶發射回來，即檢測到管帶偏移，再把信號反饋到單片機上。若沒有反射強光，則膠帶處于偏移允許范圍內。

（3）調偏控制。檢測到調偏信號后，通過單片機控制，使得步進電機轉動一定角度帶動齒輪扭轉，與輪輥架配合的齒輪嚙合，如圖6 所示。使其轉動一定角度以達到調偏的效果。例如膠帶左偏，左邊的光電傳感器反饋給單片機，再用單片機編程控制電機反轉，電機齒輪逆時針旋轉，帶動輪輥架齒輪順時針旋轉；若膠帶右偏，則右邊的光電傳感器反饋給單片機，原理同上，以此確保膠帶的對中運行。

圖5 調偏裝置檢測裝置

圖6 調偏齒輪

管帶式輸送機在正常運輸狀態下，輸送帶在形成圓管輸送過程中允許一定范圍內的偏移，一旦超過這個范圍就必須立即進行調整，當成圓管輸送帶偏移一定值時，自動調偏裝置便會立即檢測到偏移信號。該功能是由跑偏檢測裝置、信號處理單元，紅外線傳感器以及小型電機共同實現的，將兩個紅外線傳感器檢測裝置安裝在由托輥組成的六邊形裝置上，分別檢測左側、右側是否存在跑偏現象，通過單片機程序控制，當傳感器檢測到超出允許跑偏范圍時，會將跑偏信號傳給電機，使得電機運行相應方向的調整皮帶機托輥，從而達到調節跑偏的目的。

首先在距離輸送帶形成圓管狀對接邊緣的5 厘米處貼上一條反光膠布，用于傳感器對輸送帶是否跑偏的檢測。在保證設備正常工作的前提下，對整體進行有效檢測，若發生跑偏，能夠及時調整回正。該裝置的主要結構分為檢測裝置和傳動裝置。檢測裝置需在左、右、上三方向各放置一個光電傳感器。傳動裝置需為調偏齒輪加裝一個電機，當圓管狀輸送帶工作中出現向左跑偏，且偏移到最大限度時，傳感器會馬上檢測到，并由單片機系統接收信號，使其控制電機轉動調節。電機反轉角度與跑偏角度相同，借此使皮帶回到正常位置，從而達到調偏效果。當輸送帶發生向右跑偏時，工作原理亦是如此。本設計方案中檢測裝置主要采用光電傳感器，它具有高精度、高效率等特點，傳動裝置則采用小型步進電機通過連接齒輪來調節跑偏的角度，設計精度高；電機直接驅動，效率高。

圓管式皮帶從機架上的六邊形托輥組通過時，傳感器可實時對輸送帶進行監測，自動調偏裝置始終保證圓管輸送帶，在未發生跑偏時的位置，處在對接邊緣的正對上方。正常運行過程中，如果沒有發生機器抖動或者其他原因，輸送帶無跑偏現象，則可以順利輸送，調偏裝置不會啟動，一旦發生跑偏并且超過了跑偏限定值，傳感器檢測到了信號，并由發送器將信號傳送到電機，使電機啟動，這時電機的動力就會讓裝置上的齒輪轉動，進而達到調偏作用。

4 管帶機自動調偏控制系統設計

調偏裝置主要的核心部件有：單片機、步進電機和光電傳感器模塊。放置于機架的正上方兩側的光電傳感器，用于檢測輸送帶是否跑偏，根據光電傳感器對光線適應能力強的優點，在輸送帶上進行了一定的調整。在成圓管兩側距離邊緣位置5cm 處貼上白色的反光膠帶，由于光電傳感器由發射管和接收管組成，紅外線是由發射管發出一定的頻率而產生。當輸送帶偏離一定位置時，傳感器檢測到紅外線信號，運行指示燈變亮，由于接收管接收到反射回來的紅外線，進而產生了一個低電平信號。光電傳感器具有安裝便捷，小而簡易，尤其是結合了黑白線循跡象等功能，加以利用，使其在自動調偏裝置上能夠更好地發揮檢測作用。此傳感器模塊電路如圖7 所示。模塊參數如下。

（1）傳感器檢測到跑偏時，隨即產生信號，同時OUT端口持續輸出低電平信號，其最佳檢測距離區間為2～30cm，最大角度為35°。

（2）傳感器模塊主要連接方式：VCC-VCC；GNDGND；OUT-IO。

（3）采用LM393，工作平穩。

（4）光電傳感器才有3～5V 的電源。

（5）具有3mm 的螺絲孔，便于安裝固定。

采用紅外線傳感器來識別輸送帶黑白顏色，產生信號后傳送給單片機，由其控制電機；在傳感器檢測時，輸送帶為黑色，不宜反光。通過判斷光電傳感器檢測到的信號高低，可知輸送帶是否發生偏移，若發生了偏移，單片機就會根據信號，控制電機驅動調偏齒輪使得托輥盤轉動調整輸送帶，從而使輸送帶回到適當的傳輸位置。

5 結語

跑偏分析，確保普通帶式輸送機皮帶不會跑偏的調整方法，當皮帶偏向一側，則槽形托輥組的那一側朝皮帶機前進方向前移，或另外一側后移。

根據調偏分析，提出了一種自動調偏的管帶機。由框架、托輥組和調偏組組成，檢測到管帶機跑偏時，通過安裝在框架上的調偏組進行調整，帶動輥輪組偏轉，實現安裝在輥輪組的管道調正。

控制系統上，通過光電傳感器對檢測到的信號高低，判斷輸送帶是否發生偏移。根據信號來控制電機從而驅動調偏齒輪，使托輥盤轉動調整輸送帶，從而使輸送帶回到適當的傳輸位置。

根據研究原理，做出實物，并進開展試運行，驗證設計產品的可行性。

圖7 傳感器模塊電路