一种纠偏器测试设备设计

宁国栋　杨振强

【摘 要】本文论述了设计一种纠偏器的测试设备，该测试设备由机械部分和电气部分组成。本文设计的设备可以模拟纠偏器在工业生产流水线现场运行环境，测试在不同线速度下纠偏器的精度指标；独有的扰动机构使设备可模拟比流水线现场更苛刻的环境，且均能实现对纠偏器的测试。

【关键词】传动带；纠偏器；主动轮组件；扰动轮组件；簧片张紧机构；直线导轨；伺服电机调速器；纠偏控制器；传感器

中图分类号： TP274.2；TP333 文献标识码： A 文章编号： 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 导引

工业生产流水线上通常用输送带运行相关零件、产品。由于轨道所处状况不同，输送带受力不一致，常使输送带运行跑偏：输送带朝一侧偏移，影响输送带正常工作。为此，通常采用在输送带上加纠偏器，纠正输送带向一侧跑偏现象。纠偏器產品生产后，为了验证其精度及可靠性，需模拟现场环境对纠偏器性能进行测试。因此需要设计一套纠偏器测试设备对纠偏器进行测试，以检验纠偏器纠偏性能。

1 设计方案

1.1 原理简介

本测试设备包括机械部分和电气部分，机械部分包括纠偏器、伺服电机、主动轮组件、扰动轮组件、传动带、直线导轨、传动轴、滚轮、固定支脚、刻度尺、安装平台底板、簧片张紧机构等。电气部分包括松下公司的伺服调速器、纠偏控制器、传感器、直流电源、断路器、电源电缆、电机电缆、编码器电缆及控制电缆等。

其设计原理框图如下：伺服电机通过联轴器将动力传输到主动轮组件上，主动轮组件中两只滚轮与传动带压紧配合，传动带穿过扰动轮组件上滚轮，纠偏器上滚轮，形成封闭带传动。扰动轮组件沿直线导轨产生运动，牵连传动带偏移，偏移量传至传感器部位产生位移信号量再传至纠偏控制器，由纠偏控制器发出控制信号至纠偏器，使其运动，纠正传动带偏移。

因此本方案主要构成一传动带及其传动的机械系统。

1.2 设计计算

（1）原始数据：根据现场使用状况，确定皮带最大线速度为Vmax=5m/s滚简圆周力（选定）Fmax=30N，滚筒直径D=60mm

（2）电机的选择：功率750W，连续额定转矩2.4N.m，最大转速3000r/min

（3）传动的总效率：η总=η带η滚筒η轴承η联轴器=0.96×0.95×0.992×0.99=0.896

（4）皮带计算：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总=0.9*26.54*6.28/0.896=167W

1.3 设计说明

纠偏器测试设备主机结构设计如下图所示：

为了模拟工业生产现场传送带，本设备设计生产一个环型的橡胶传动带，将传动带套装在主动轮组件、扰动轮组件及纠偏器的滚轮上，见图2、3。主动轮组件支架上装有伺服电机，电机与传动轴通过联轴器连接，传动轴安装在滚轮轴芯上，用于驱动滚轮。滚轮与皮带压紧，滚轮表面加工成网纹状以增加滚轮与传动带之间摩擦力，同时设计有簧片张紧机构，使传动带与滚轮之间保持压紧力。设备整体通过滚轮带动皮带在主动轮组件、扰动轮组件、纠偏器之间运行。扰动轮组件底盘下设有2根平行的直线滑动导轨，将其安装在平台底板上，直线滑动导轨与主动轮组件、扰动轮组件的安装位置平行。

外力作用在扰动轮组件的把手上，可使扰动轮带动传动带沿直线导轨相对运动，传动带受连动产生与其运行方向相垂直的位移，称扰动位移。扰动位移产生后，进入传感器U形感应口的传动带边缘发生偏移，传感器测试出皮带边缘位置并与预先设定的位置相比较，将其偏移量转化为与之成比例的电信号。纠偏控制器接收传感器探测到的偏移信号，信号经放大校准输出到驱动电路，驱动电路根据信号的大小控制纠偏器内部电机的运转角度，纠偏器丝杆将角位移量转成线位移量，推动纠偏器滚轮偏转一定的角度，将皮带的边缘牵连运动至原先设定位置，从而实现纠偏。

上述过程模拟了工业生产流水线输送带偏移纠正的工作流程，纠偏器纠偏响应速度及纠偏精度决定了纠偏器的性能指标。纠偏器测试设备是验证检验纠偏器性能指标的必需设备。

为了模拟传送带工作状况，本测试设备增加扰动轮组件。在扰动组件支架上安装有把手，用于人为施加随机扰动，使传动带发生偏移。随机扰动前后最大行程达到100mm，联动皮带边缘产生约87.8mm的偏移量，它比现场的运行状况更加严酷。同时，为了提高系统稳定性，在扰动轮组件安装底板增加了两根复位弹资作为机械复位机构，见图3。

伺服电机由伺服调速器控制转速：通过直流电源调节旋钮控制伺服驱动器输入电压信号量，从而改变电机旋转磁场频率，达到控制电机转速。使该设备能模拟0～3000转/分任何一状态下工作环境。

2 测试

2.1 纠偏器精度测试

预先通过纠偏控制器、传感器设定传动带基准位置，并记录传动带边缘在刻度尺上数值（正常调整为0）。启动整个设备，使其按照设定的转速运行。人为作用扰动轮，使传动带产生偏移量，随着偏移量传至传感器位置，测试到信号通过纠偏控制器控制即开始响应纠偏。在传动带刚离开传感器测试区域后部，开始记录传动带边缘在刻度尺上数值，即为传动带的偏移量。

本文选择了三个典型转速下，测试不同大小扰动量，通过纠偏器后传动带边缘偏移量定义为纠偏精度值。

2.2 纠偏器纠偏响应速度测试：

通过扰动轮组件上把手，变化扰动量大小，记录传动带边缘在刻度尺上数值，即为纠偏器纠偏精度。用秒表读取扰动频率，记录纠偏精度。

正常机械设备将其响应速度为0.1S以内即可。为了使运行环境模拟最为苛刻状态，设置电机转速n= 1500r/min，扰动量设置为50mm，及100mm两种状况，测试数据见表2。

3 总结

本文关键所在：（1）用平行导轨上安装扰动轮组件牵动传动带实现偏移量产生，模拟工况范围尺度大。为了检测纠偏器的精度，可随时改变传动带的偏移量。（2）随时增加设备的扰动频率，更有效测试纠偏器的响应速度。

为了使设备更加自动化，在扰动轮组件上可增加可控转速伺服电机驱动一组凸轮机构实行传动带偏移，通过设计凸轮外形结构，实现不同偏移扰动量。通过改变电机转速，设置扰动频率。这样就方便地实现扰动量及扰动频率施加，完善设备测试性能。

总之，在目前狀态：以封闭的环形橡胶带模仿输送带，以交流伺服电机为驱动器，模拟5m/min以下的不同线速度的输送带运行，且可施加不同大小扰动跑偏量，通过纠偏器纠偏后，设备可有效地测试出纠偏精度等指标。