一種糾偏器測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)

寧國棟　楊振強(qiáng)

【摘 要】本文論述了設(shè)計(jì)一種糾偏器的測(cè)試設(shè)備，該測(cè)試設(shè)備由機(jī)械部分和電氣部分組成。本文設(shè)計(jì)的設(shè)備可以模擬糾偏器在工業(yè)生產(chǎn)流水線現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，測(cè)試在不同線速度下糾偏器的精度指標(biāo)；獨(dú)有的擾動(dòng)機(jī)構(gòu)使設(shè)備可模擬比流水線現(xiàn)場(chǎng)更苛刻的環(huán)境，且均能實(shí)現(xiàn)對(duì)糾偏器的測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】傳動(dòng)帶；糾偏器；主動(dòng)輪組件；擾動(dòng)輪組件；簧片張緊機(jī)構(gòu)；直線導(dǎo)軌；伺服電機(jī)調(diào)速器；糾偏控制器；傳感器

中圖分類號(hào)： TP274.2；TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0236-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.115

A kind of correction device test equipment design

NIANG Guo-dong1 YANG Zhen-qiang2

（1. Fuyang Branch of Transportation Bureau， Fuyang City， Fuyang 236000， China；

2. 41st Research Institute of China Electronics Technology Group， Fuyang， Anhui， China 233000）

【Abstract】This paper discusses the design of a test device for a corrective device. The test device consists of a mechanical part and an electrical part. The equipment designed in this paper can simulate the field operation environment of the error correction device in the industrial production line， test the accuracy of the error correction device under different line speeds， and the unique disturbance mechanism enables the device to simulate a more demanding environment than the assembly line and achieve Deviation tester.

【Key words】Transmission belt； Correction device； Drive wheel assembly； Disturbing wheel assembly； Reed tensioning mechanism； Linear guide； Servo motor speed regulator； Correction controller； Sensor

0 導(dǎo)引

工業(yè)生產(chǎn)流水線上通常用輸送帶運(yùn)行相關(guān)零件、產(chǎn)品。由于軌道所處狀況不同，輸送帶受力不一致，常使輸送帶運(yùn)行跑偏：輸送帶朝一側(cè)偏移，影響輸送帶正常工作。為此，通常采用在輸送帶上加糾偏器，糾正輸送帶向一側(cè)跑偏現(xiàn)象。糾偏器產(chǎn)品生產(chǎn)后，為了驗(yàn)證其精度及可靠性，需模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)糾偏器性能進(jìn)行測(cè)試。因此需要設(shè)計(jì)一套糾偏器測(cè)試設(shè)備對(duì)糾偏器進(jìn)行測(cè)試，以檢驗(yàn)糾偏器糾偏性能。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 原理簡(jiǎn)介

本測(cè)試設(shè)備包括機(jī)械部分和電氣部分，機(jī)械部分包括糾偏器、伺服電機(jī)、主動(dòng)輪組件、擾動(dòng)輪組件、傳動(dòng)帶、直線導(dǎo)軌、傳動(dòng)軸、滾輪、固定支腳、刻度尺、安裝平臺(tái)底板、簧片張緊機(jī)構(gòu)等。電氣部分包括松下公司的伺服調(diào)速器、糾偏控制器、傳感器、直流電源、斷路器、電源電纜、電機(jī)電纜、編碼器電纜及控制電纜等。

其設(shè)計(jì)原理框圖如下：伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳輸?shù)街鲃?dòng)輪組件上，主動(dòng)輪組件中兩只滾輪與傳動(dòng)帶壓緊配合，傳動(dòng)帶穿過擾動(dòng)輪組件上滾輪，糾偏器上滾輪，形成封閉帶傳動(dòng)。擾動(dòng)輪組件沿直線導(dǎo)軌產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，牽連傳動(dòng)帶偏移，偏移量傳至傳感器部位產(chǎn)生位移信號(hào)量再傳至糾偏控制器，由糾偏控制器發(fā)出控制信號(hào)至糾偏器，使其運(yùn)動(dòng)，糾正傳動(dòng)帶偏移。

因此本方案主要構(gòu)成一傳動(dòng)帶及其傳動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）原始數(shù)據(jù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用狀況，確定皮帶最大線速度為Vmax=5m/s滾簡(jiǎn)圓周力（選定）Fmax=30N，滾筒直徑D=60mm

（2）電機(jī)的選擇：功率750W，連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩2.4N.m，最大轉(zhuǎn)速3000r/min

（3）傳動(dòng)的總效率：η總=η帶η滾筒η軸承η聯(lián)軸器=0.96×0.95×0.992×0.99=0.896

（4）皮帶計(jì)算：n=ω/2π=Vmax/πD=5/（3.14*0.06）=26.54r/s=1592.4r/min

M=Fmax*D/2=0.9N.m

P=Mω/η總=0.9*26.54*6.28/0.896=167W

1.3 設(shè)計(jì)說明

糾偏器測(cè)試設(shè)備主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：

為了模擬工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)傳送帶，本設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)一個(gè)環(huán)型的橡膠傳動(dòng)帶，將傳動(dòng)帶套裝在主動(dòng)輪組件、擾動(dòng)輪組件及糾偏器的滾輪上，見圖2、3。主動(dòng)輪組件支架上裝有伺服電機(jī)，電機(jī)與傳動(dòng)軸通過聯(lián)軸器連接，傳動(dòng)軸安裝在滾輪軸芯上，用于驅(qū)動(dòng)滾輪。滾輪與皮帶壓緊，滾輪表面加工成網(wǎng)紋狀以增加滾輪與傳動(dòng)帶之間摩擦力，同時(shí)設(shè)計(jì)有簧片張緊機(jī)構(gòu)，使傳動(dòng)帶與滾輪之間保持壓緊力。設(shè)備整體通過滾輪帶動(dòng)皮帶在主動(dòng)輪組件、擾動(dòng)輪組件、糾偏器之間運(yùn)行。擾動(dòng)輪組件底盤下設(shè)有2根平行的直線滑動(dòng)導(dǎo)軌，將其安裝在平臺(tái)底板上，直線滑動(dòng)導(dǎo)軌與主動(dòng)輪組件、擾動(dòng)輪組件的安裝位置平行。

外力作用在擾動(dòng)輪組件的把手上，可使擾動(dòng)輪帶動(dòng)傳動(dòng)帶沿直線導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)帶受連動(dòng)產(chǎn)生與其運(yùn)行方向相垂直的位移，稱擾動(dòng)位移。擾動(dòng)位移產(chǎn)生后，進(jìn)入傳感器U形感應(yīng)口的傳動(dòng)帶邊緣發(fā)生偏移，傳感器測(cè)試出皮帶邊緣位置并與預(yù)先設(shè)定的位置相比較，將其偏移量轉(zhuǎn)化為與之成比例的電信號(hào)。糾偏控制器接收傳感器探測(cè)到的偏移信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大校準(zhǔn)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)信號(hào)的大小控制糾偏器內(nèi)部電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度，糾偏器絲桿將角位移量轉(zhuǎn)成線位移量，推動(dòng)糾偏器滾輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，將皮帶的邊緣牽連運(yùn)動(dòng)至原先設(shè)定位置，從而實(shí)現(xiàn)糾偏。

上述過程模擬了工業(yè)生產(chǎn)流水線輸送帶偏移糾正的工作流程，糾偏器糾偏響應(yīng)速度及糾偏精度決定了糾偏器的性能指標(biāo)。糾偏器測(cè)試設(shè)備是驗(yàn)證檢驗(yàn)糾偏器性能指標(biāo)的必需設(shè)備。

為了模擬傳送帶工作狀況，本測(cè)試設(shè)備增加擾動(dòng)輪組件。在擾動(dòng)組件支架上安裝有把手，用于人為施加隨機(jī)擾動(dòng)，使傳動(dòng)帶發(fā)生偏移。隨機(jī)擾動(dòng)前后最大行程達(dá)到100mm，聯(lián)動(dòng)皮帶邊緣產(chǎn)生約87.8mm的偏移量，它比現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況更加嚴(yán)酷。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在擾動(dòng)輪組件安裝底板增加了兩根復(fù)位彈資作為機(jī)械復(fù)位機(jī)構(gòu)，見圖3。

伺服電機(jī)由伺服調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速：通過直流電源調(diào)節(jié)旋鈕控制伺服驅(qū)動(dòng)器輸入電壓信號(hào)量，從而改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。使該設(shè)備能模擬0～3000轉(zhuǎn)/分任何一狀態(tài)下工作環(huán)境。

2 測(cè)試

2.1 糾偏器精度測(cè)試

預(yù)先通過糾偏控制器、傳感器設(shè)定傳動(dòng)帶基準(zhǔn)位置，并記錄傳動(dòng)帶邊緣在刻度尺上數(shù)值（正常調(diào)整為0）。啟動(dòng)整個(gè)設(shè)備，使其按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。人為作用擾動(dòng)輪，使傳動(dòng)帶產(chǎn)生偏移量，隨著偏移量傳至傳感器位置，測(cè)試到信號(hào)通過糾偏控制器控制即開始響應(yīng)糾偏。在傳動(dòng)帶剛離開傳感器測(cè)試區(qū)域后部，開始記錄傳動(dòng)帶邊緣在刻度尺上數(shù)值，即為傳動(dòng)帶的偏移量。

本文選擇了三個(gè)典型轉(zhuǎn)速下，測(cè)試不同大小擾動(dòng)量，通過糾偏器后傳動(dòng)帶邊緣偏移量定義為糾偏精度值。

2.2 糾偏器糾偏響應(yīng)速度測(cè)試：

通過擾動(dòng)輪組件上把手，變化擾動(dòng)量大小，記錄傳動(dòng)帶邊緣在刻度尺上數(shù)值，即為糾偏器糾偏精度。用秒表讀取擾動(dòng)頻率，記錄糾偏精度。

正常機(jī)械設(shè)備將其響應(yīng)速度為0.1S以內(nèi)即可。為了使運(yùn)行環(huán)境模擬最為苛刻狀態(tài)，設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速n= 1500r/min，擾動(dòng)量設(shè)置為50mm，及100mm兩種狀況，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

3 總結(jié)

本文關(guān)鍵所在：（1）用平行導(dǎo)軌上安裝擾動(dòng)輪組件牽動(dòng)傳動(dòng)帶實(shí)現(xiàn)偏移量產(chǎn)生，模擬工況范圍尺度大。為了檢測(cè)糾偏器的精度，可隨時(shí)改變傳動(dòng)帶的偏移量。（2）隨時(shí)增加設(shè)備的擾動(dòng)頻率，更有效測(cè)試糾偏器的響應(yīng)速度。

為了使設(shè)備更加自動(dòng)化，在擾動(dòng)輪組件上可增加可控轉(zhuǎn)速伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一組凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)行傳動(dòng)帶偏移，通過設(shè)計(jì)凸輪外形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同偏移擾動(dòng)量。通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，設(shè)置擾動(dòng)頻率。這樣就方便地實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)量及擾動(dòng)頻率施加，完善設(shè)備測(cè)試性能。

總之，在目前狀態(tài)：以封閉的環(huán)形橡膠帶模仿輸送帶，以交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)器，模擬5m/min以下的不同線速度的輸送帶運(yùn)行，且可施加不同大小擾動(dòng)跑偏量，通過糾偏器糾偏后，設(shè)備可有效地測(cè)試出糾偏精度等指標(biāo)。