CN104374660B - 一种摩擦轮磨损度监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于摩擦轮传动输送系统中摩擦轮的磨损度测量方法。测量系统包括辅助轮测速模块、主动轮测速模块和信号处理变送模块三个部分。辅助轮测速模块主要由一个可随固定轴心转动的弹性轮叉、辅助轮和接近开关等组成，弹性力使辅助轮和摩擦轮紧密接触并随之旋转，根据接触点线速度相等的关系计算得到摩擦轮的实时厚度；主动轮测速模块在现场控制系统不能提供摩擦轮转速参数时使用，其测速的基本原理是使用接近开关，计算固定时间内脉冲信号个数；本发明的信号处理变送模块以控制器为核心，对前两个测速模块的转速信号进行处理计算，并将信号以开关量、标准电流信号和串口信号给予输出。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦轮传动技术领域，具体涉及一种应用于输送线上的摩擦轮磨损程度的自动监测方法与仪器。
背景技术
摩擦轮传动是一种利用两轮直接接触或两轮夹持移动平台，并压紧而产生摩擦力以实现动力传递的机械传动方式。其具有机械结构简单，传动噪声小且维修方便等优点，在机械、纺织、汽车以及物流等行业应用广泛。
摩擦轮的结构一般为钢质轮毂外覆皮革、聚氨酯或橡胶等大摩擦系数的材料。在长期的使用过程中，摩擦轮外层摩擦材料的厚度逐渐减小，可能出现打滑、传动不平衡等情况。某一摩擦轮出现故障可能导致整个生产线停工，严重影响生产计划。因此，对摩擦轮磨损程度进行实时监测，并将信号输入给相应的控制系统很有必要。
目前可用于监测摩擦轮厚度的主要为非接触式传感器，包括电容式位移传感器、电涡流位移传感器、超声波位移传感器以及激光位移传感器等。电容式位移传感器测量范围小，对于旋转部件安装难度大；电涡流传感器只能对金属材质部件进行有效监测，对聚氨酯或橡胶等非金属对象无法测量；超声波位移传感器对短距离测量误差大，安装精度要求高且易受工作环境影响；激光位移传感器对被测物体的透明度有严格要求，对聚氨酯等半透明材料监测结果存在误差。
发明内容
针对现有非接触位移传感器用于监测摩擦轮厚度存在的缺陷，申请人经过研究改进，提供一种应用于摩擦轮传动输送系统中摩擦轮厚度的间接接触式位移监测方法，解决目前技术中存在的上述缺陷。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种用于监测摩擦轮磨损程度，即摩擦材料厚度的测量系统，由辅助轮测速模块、主动轮测速模块和信号处理变送模块三个部分组成。辅助轮测速模块和主动轮测速模块分别连接信号处理变送模块，信号处理变送模块连接具体应用对象的控制系统。
辅助轮测速模块用于测量摩擦轮厚度实时变化情况下旋转速度，由机壳、辅助轮、辅助轮感应触点、辅助轮叉、辅助轮测速接近开关、轮叉固定螺母、弹簧、轮叉固定轴、弹簧固定卡、上限位卡、下限位卡、信号端口、辅助轮伸出孔以及机壳固定位。机壳固定于应用现场的支架上，调整机壳安装孔使辅助轮和被测摩擦轮紧密接触；辅助轮安装于辅助轮叉上，辅助轮叉连接轮叉固定轴，轮叉固定轴连接机壳；辅助轮叉上还连接有辅助轮测速接近开关，辅助轮测速接近开关用于监测辅助轮的转速，辅助轮测速接近开关连接信号端口，信号端口固定于机壳上；弹簧一端连接轮叉固定轴，另一端连接辅助轮叉，弹簧弹力使辅助轮向摩擦轮方向产生压力；辅助轮叉两侧分别有上限位卡和下限位卡，它们都固定于机壳上，用于限制辅助轮叉的移动范围。
主动轮测速模块用于监测摩擦轮的转速，由触点盘、触点螺杆、感应触点、主动轮测速模块接近开关、主动轮测速模块安装支架和固定螺母以及支架固定螺丝组成。触点盘安装于被测摩擦轮的转轴上，触点盘圆周均匀分布多个凸出的螺杆，螺杆上安装金属磁性感应触点；主动轮测速模块接近开关和主动轮测速模块安装支架连接，安装于支架一端，通过调节支架安装位置使主动轮测速模块接近开关和感应触点保持在可测量范围内；主动轮测速模块安装支架安装在现场的固定导轨上。
信号处理变送模块的主要功能是接收辅助轮测速模块和主动轮测速模块的接近开关信号，进行处理并转换成标准的变送器信号。信号处理变送模块由控制器、键盘电路、隔离电路、显示电路、标准信号电路、串口通信电路、电源电路、相关端口和机壳组成。控制器是信号处理的核心，用于对接收信号的程序运算；键盘电路连接控制器I/O口，实现测量参数的输入；辅助轮测速模块的输出端口以及主动轮测速模块的接近开关端口连接隔离电路，隔离电路连接控制器的I/O口；控制器还分别与显示电路、标准信号电路和串口通信电路连接；显示电路实现运算结果的显示；标准信号电路把控制器运算结果进行D/A转换、再进一步处理为4-20mA的标准信号；串口通信电路实现RS-485信号转换。电源电路用于对上述各电路进行供电，相关端口实现信号的输入和输出，所有上述设备都安装于机壳内。
本发明计算摩擦轮磨损度是通过监测摩擦材料的厚度实现的。实际实施中要保证辅助轮测速模块中的辅助轮和输送线中的摩擦轮紧密接触，不产生滑动。在这种情况下，摩擦轮和辅助轮接触点的线速度是相同的，此线速度分别和各个轮子的转速和半径有关。摩擦轮的半径会随着使用时间逐渐减小，而辅助轮的材料可合适选择保证其半径基本不变。因此，通过辅助轮测速模块和主动轮测速模块分别测量出摩擦轮和辅助轮的转速，再把信号输入到信号处理变送模块，就可以计算出摩擦轮的实时半径，即磨损度。
本发明的有益技术效果是：
本发明的设计基于模块化方式，实际使用可根据现场情况选择其中一个或多个模块实现所需功能，具有配置灵活的特点。在应用现场本身具有控制系统且摩擦轮转速已知情况下，只需配置辅助轮测速模块即可实现摩擦轮厚度测量工作；在应用现场本身具有控制系统但摩擦轮转速未知情况下，需配置辅助轮测速模块和主动轮测速模块；在需现场显示和组网情况下，可增加信号处理变送模块。
本发明用于实现测量任务的主要元件是接近开关，信号形式为开关量脉冲，具有可靠度高，刚干扰能力强的特点。
本发明通用性强，不受摩擦轮摩擦面材质限制，可用于所有摩擦轮传动输送系统中。
本发明结构简单，相比现有非接触式位移传感器具有明显的成本优势。
附图说明
图1是本发明主体结构及安装示意图。
图2是本发明辅助轮测速模块结构示意图。
图3是本发明主动轮测速模块结构示图。
图4是信号处理变送模块原理结构图。
【附图符号说明】1.传动负载；2.摩擦轮；3.摩擦材料层；4.传动电机；5.摩擦轮转轴；6.固定螺母；7.辅助轮；8.辅助轮测速模块机壳；9.辅助轮测速模块安装支架；10.现场固定支架；11.触点盘；12.触点螺杆；13.感应触点；14.主动轮测速模块接近开关；15.主动轮测速模块安装支架；16.支架固定螺丝；17.信号处理变送模块；18.信号处理变送模块安装支架；19.辅助轮感应触点；20.辅助轮叉；21.辅助轮测速接近开关；22.轮叉固定螺母；23.弹簧；24.上限位卡；25.轮叉固定轴；26.弹簧固定卡；27.信号端口；28.下限位卡；29.机壳固定位；30.辅助轮伸出孔；31.输入A端口；32.输入B端口；33.RS-485端口；34.4-20mA端口；35.报警输出端口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本发明包括辅助轮测速模块36、主动轮测速模块37和信号处理变送模块38三个部分，其分别安装在现场固定支架10的合适位置。辅助轮测速模块36的安装位置和摩擦轮2平行，适当调节使辅助轮7和摩擦材料层3紧密接触；主动轮测速模块37的安装位置位于摩擦轮2的上方；信号处理变送模块38安装可根据现场情况调整，以方便现场显示和连接输入信号为根据，信号处理变送模块38外部有两类端口，输入端口包括输入A端口31和输入B端口32，其分别连接辅助轮测速模块36和主动轮测速模块37的接近开关信号，输出端口包括RS-485端口33、4-20mA端口34和报警输出端口35；传输系统的传动电机4连接摩擦轮2，摩擦材料层3和传动负载1紧密接触，摩擦轮2转动带动传动负载1运动，摩擦材料层3随时间推移逐渐磨损，从而引起摩擦轮2的半径减小。
见图2，本发明辅助轮测速模块包括辅助轮7、感应触点19、辅助轮叉20、接近开关21、轮叉固定螺母22、弹簧23、上限位卡24、轮叉固定轴25、弹簧固定卡26、信号端口27、下限位卡28、机壳固定位29、辅助轮伸出孔30、机壳8和安装支架9。机壳8由机壳固定位29固定在安装支架9上，安装支架9连接现场固定支架10；辅助轮7连接辅助轮叉20，辅助轮叉20连接轮叉固定轴25，轮叉固定螺母22用于固定辅助轮叉20，辅助轮叉20可以轮叉固定轴25为圆心转动；上限位卡24和下限位卡28固定在机壳8上，其作用是使辅助轮叉20在安全范围内运动；辅助轮叉20上还连接有弹簧23，弹簧23的一端卡在辅助轮叉20上，另一端卡在弹簧固定卡26上，弹簧23弹性使辅助轮叉20产生向辅助轮伸出孔30方向的力；辅助轮7一圈安装有金属磁性感应触点19，辅助轮叉20上对应感应触点19方向还连接有接近开关21，辅助轮7转动可使接近开关21产生脉冲信号，接近开关21一端连接信号端口27。
见图3，本发明主动轮测速模块由固定螺母6、触点盘11、触点螺杆12、感应触点13、接近开关14、安装支架15和固定螺丝16组成。触点盘11连接摩擦轮转轴5，并用固定螺母6固定，随摩擦轮2同步转动；触点盘11圆周均匀分布有触点螺杆12，感应触点13为金属磁性材料，连接在触点螺杆12上；感应触点13上方有接近开关14，其固定在安装支架15的一端，安装支架15另一端由固定螺丝16安装在现场支架10上；感应触点13触点盘11旋转，同时接近开关14产生脉冲信号，接近开关14的电缆线连接信号处理变送模块38的输入B端口32.
见图4，本发明信号处理变送模块主要由控制器、键盘电路、信号隔离电路、报警信号电路、显示电路、标准信号电路、串口通信电路、电源电路等部分组成。图中输入A连接辅助轮测速模块的信号端口27，输入B连接主动轮测速模块的接近开关信号，两信号经光耦隔离后输入到控制器；控制器通过编程计算一秒内脉冲的个数即可得到摩擦轮2的转速nm和辅助轮7的转速nf，因两轮之间紧密接触，其接触点的线速度V相同，则有关系式：
V＝2πrmnm＝2πrfnf
其中rm和rf分别为摩擦轮2的半径和辅助轮7的半径。辅助轮7作为被动轮，和摩擦轮2的接触压力不大，且所选材料的耐磨系数很高，因此可认为rf是一个常值，则摩擦轮2的实时半径为：
从而可知摩擦轮2的磨损度。
见图4，键盘电路的主要功能是输入摩擦轮2的最大半径、最小半径和报警限等参数；报警信号电路根据设置的报警上下限进行报警，其信号输出格式为开关量；标准信号电路将控制器计算输出的信号进行数模转换、信号变送等处理变换为4-20mA的标准信号，以满足作为通用仪表的需要；串口通信电路将控制器的串口信号转换为工业过程中常用的RS-485信号，以备组网使用；显示电路作为人机界面，处理键盘输入信号的识别和测量信号的现场显示。
Claims (2)
1.一种应用于摩擦轮传动的输送系统中摩擦轮磨损度的测量系统，其特征在于：包括辅助轮测速模块(36)、主动轮测速模块(37)和信号处理变送模块(38)三部分，辅助轮测速模块(36)的信号端口(27)连接信号处理变送模块(38)的输入A端口(31)，主动轮测速模块接近开关(14)连接信号处理变送模块(38)的输入B端口(32)，信号处理变送模块(38)还连接RS-485端口(33)、4-20mA端口(34)和报警输出端口(35)；辅助轮测速模块(36)包括辅助轮(7)、辅助轮感应触点(19)、辅助轮叉(20)、辅助轮测速接近开关(21)、轮叉固定螺母(22)、弹簧(23)、轮叉固定轴(25)、弹簧固定卡(26)、上限位卡(24)、下限位卡(28)、信号端口(27)、机壳(8)、辅助轮伸出孔(30)以及机壳固定位(29)；辅助轮(7)圆周分布连接有辅助轮感应触点(19)，辅助轮(7)轴心连接辅助轮叉(20)，辅助轮叉(20)连接辅助轮测速接近开关(21)和弹簧(23)，弹簧(23)一端连接弹簧固定卡(26)，另一端固定在辅助轮叉(20)上，辅助轮叉(20)还连接轮叉固定轴(25)，轮叉固定轴(25)、弹簧固定卡(26)、上限位卡(24)、下限位卡(28)以及辅助轮伸出孔(30)都与机壳(8)相连接；主动轮测速模块(37)包括触点盘(11)、触点螺杆(12)、感应触点(13)、主动轮测速模块接近开关(14)、主动轮测速模块安装支架(15)和固定螺母(6)以及支架固定螺丝(16)；触点盘(11)圆周分别连接多个触点螺杆(12)，触点螺杆(12)连接感应触点(13)，主动轮测速模块安装支架(15)的一端连接主动轮测速模块接近开关(14)，另一端固定于现场支架；触点盘(11)和现场的摩擦轮(2)连接，并用固定螺母(6)固定。
2.如权利要求1所述的一种应用于摩擦轮传动的输送系统中摩擦轮磨损度的测量系统的测量方法，其特征在于：
1)使用间接接触方式，将摩擦轮厚度或位移监测转变为转速监测，再根据线速度不变原理计算得到摩擦轮的实时厚度值；
2)使用具有弹性的轮叉连接辅助轮并和现场摩擦轮接触，保证摩擦轮半径减小后依然能和辅助轮紧密接触，从而使线速度不变条件一直成立；
3)在不能获知摩擦轮转速的系统中，使用触点盘的方式布置感应触点，且感应触点为金属磁性材料，在安装条件允许时可直接将感应触点通过磁力固定在摩擦轮轮毂上；
4)整个测量系统包括辅助轮测速模块、主动轮测速模块和信号处理变送模块三部分，各部分互有联系又相互独立，可根据现场情况合理选用；
5)信号处理变送模块包括有标准的电流信号、开关信号以及串口信号端口，符合通用仪表使用要求。
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