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摘要:以提高帶傳動的穩定性，保持帶傳動張緊力為目標，設計了一種基于PLC的帶傳動自動張緊控制系統。首先，在完成自動張緊裝置結構設計的基礎上，分析了影響帶傳動張緊力的因素。其次，以液壓缸、比例換向閥為硬件核心完成了自動張緊裝置的硬件設計，并通過傳感器、比例反饋環節搭建了張緊裝置的自動控制系統，利用AMESim繪制了控制系統原理圖。最后，以FX2N系列PLC為控制核心進行了I/O分配并進行了程序設計，繪制了控制系統的基本功能流程圖。本研究通過PLC對自動張緊裝置的有效控制，增強了夾緊裝置的適用性。
關鍵詞:夾緊裝置;PLC;多模式;仿真
0引言
帶傳動裝置在企業生產、工業設備、機械加工中應用廣泛。而在特定環境中傳動裝置易受突變載荷和傳送帶自身粘彈特性的影響，存在張緊力不足等問題［1－3］。張緊裝置是帶傳動進行正常工作的核心組成部分，其張緊力太小會增大皮帶的橫向振動，過度張緊又會導致運行時皮帶表面與帶輪之間的并顯著增加整個附件系統的振動和噪聲水平。摩擦力大幅增加，加劇皮帶的磨損，縮短皮帶的使用壽命，影響工業設備的正常運行［4－5］。因此，如何在保證帶傳動系統原有性能的同時，解決好張緊力不足等問題，提高帶傳動工作的穩定性及可靠性，成為值得研究的問題。該文設計了一種提高帶傳動裝置可靠性的自動控制系統。通過比例反饋環節進行帶傳動裝置張緊力的自適應控制，提高帶傳動裝置在載荷不斷變化等特殊條件下的可靠性，擴大了帶傳動裝置的使用范圍與效率。
1帶傳動系統的結構與分析
1.1基本結構
該文參照《機械行業標準(JB/T9895－2008)》一般帶傳動裝置的技術條件［6］，其基本結構，如圖1所示;基本參數，如表1所示。
1.2張緊力影響因素分析
對帶傳動的張緊力進行系統的動力學分析研究，這對于了解傳動帶橫向振動特性，減小系統的振動，提高皮帶的使用壽命等具有重要意義，影響張緊力因素主要有:(1)傳動帶為彈性體，在電動機張緊力以及摩擦阻力等因素綜合作用下出現彈性變形，從而使得張緊力有所降低;(2)隨著傳動帶工作時間增加，局部位置出現塑形、蠕變變形，傳動帶長度增加，從而使得張緊力降低。從上述分析得出，張緊力處于動態變化過程，通過自動張緊裝置實現張緊力的動態補償，從而確保傳動系統始終具有合適的張緊度。
1.3張緊裝置的基本假設
該文將帶傳動系統作為連續體，進行了如下假設［7］:(1)傳送帶橫向振動影響較小忽略不計;(2)傳送帶剪切和彎曲應力忽略不計;(3)忽略傳送帶垂度變化引起的長度變化;(4)忽略傳送帶縱向拉伸引起的橫向變形。
2自動張緊裝置的設計
2.1基本結構
自動張緊控制系統包括檢測與PLC控制裝置、液壓控制系統、自動伸縮裝置等，結構如圖2所示。
2.2工作原理
在帶式傳動裝置啟動時，通過調整主動輪與從動輪間的距離張緊裝置有一定量的預緊力，具體的控制原理為［8］:(1)當檢測到液壓缸壓力超過所設上限值時，表明帶傳動裝置張力過大，則PLC向液壓系統發出控制指令，液壓缸緩慢收縮，從而減少張緊力;(2)當檢測到液壓缸壓力小于所設下限值時，表明帶傳動裝置張力過小，則PLC向液壓系統發出指令，液壓缸緩慢伸出，增加張緊力;(3)當液壓缸壓力在設定值范圍區間時，則表明帶傳動裝置張力在合理范圍內。
2.3液壓控制系統
通過傳感器對液壓缸壓力進行實時檢測，經D/A轉換后傳輸給PLC，PLC將測定壓力值與設定壓力值進行比對，從而確定張緊液壓缸的伸出、回縮、保持不變，利用AMESim繪制了控制系統原理圖［9］，其液壓控制系統結構見圖3所示。對圖3所建立的仿真模型進行仿真實驗，分別得到了和帶傳動裝置運行狀態曲線、自動張緊裝置的特征曲線，分別如圖4、圖5所示。當帶傳動裝置運行在9.6s時，出現了松弛的現象，傳動系統的狀態急劇下降，這時自動張緊裝置在傳感器、PLC、比例反饋環節、換向閥的控制下，向張緊液壓缸輸出18.5Bar的壓力，使其快速張緊進而保持帶傳動裝置的穩定傳輸。
3自動張緊裝置控制系統設計
3.1控制系統的I/O分配
該設計選用三菱系列的FX2N機型作為控制器，該PLC的I/O點數分配為12輸入、12輸出［10－11］，可以滿足其控制要求，I/O點數分配見表2所示。
3.2控制系統的基本功能
控制程序可參照表2控制系統I/O分配表進行設計，主要目標是實現自動張緊裝置的停止、無張緊、自動張緊的模式控制，控制模式狀態一覽表，如表3所示，控制系統的基本功能，如圖6所示。在實際應用中工程技術人員可在文中所闡述的控制功能及原理的基礎上進行改進與擴展。
4結束語
針對傳統帶傳動裝置存在的控制不夠靈活，及易受突變載荷和傳送帶自身粘彈特性的影響，存在張緊力不足等問題。文中首先進行了自動張緊裝置的系統設計，建立了自動張緊裝置的仿真模型，完成了仿真實驗。其次，以FX2N系列PLC為控制核心，闡述了系統的控制要點、控制思路及基本功能。為自動張緊裝置的靈活使用及一體化控制創造了條件;不僅提高了帶傳動的可靠性，同時增強了設備的適用性，具有一定的推廣價值。
作者：王亞楠 鄭凱 單位：西安交通工程學院
