ЛЕНТОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР

Предлагаемая полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к ленточным конвейерам, в которых применяются устройства натяжения ленты.
Известны ленточные конвейеры: [Л.Г. Шахмейстер. Теория и расчет ленточных конвейеров. - М.: Машиностроение, 1997, стр. 191], содержащие приводной и натяжной барабаны, обхватываемые лентой, и механизм перемещения оси натяжного барабана, обеспечивающий настройку требуемого натяжения ленты путем установки соответствующего положения натяжного барабана.
Известные ленточные конвейеры довольно просты, однако, при изменении скорости работы и нагрузки на них в широких пределах зачастую происходит проскальзывание ленты. Последнее существенно снижает надежность и долговечность конвейера.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является ленточный конвейер [патент РФ на полезную модель №111119, МПК B65G 15/00, опубл. 10.12.2011], содержащий ленту, охватывающую приводной и натяжной барабаны, снабженные регулируемыми приводами, датчики натяжения ленты, установленные с возможностью измерения натяжения ленты в точках набегания и сбегания ленты с приводного барабана, блок управления, реле контроля скорости ленты и стопорное устройство, на регулируемом приводе приводного барабана установлен датчик измерения момента, при этом датчики натяжения ленты, датчик измерения момента, реле контроля скорости ленты соединены с входом блока управления, выходы которого соединены с входами регулируемых приводов натяжного и приводного барабанов.
Вероятность проскальзывания ленты конвейера-прототипа намного меньше, чем у обычных конвейеров-аналогов. Тем не менее, она остается значительной из-за того, что снижение вероятности проскальзывания ленты достигается путем увеличения натяжения всей ленты с помощью натяжного барабана и регулируемого привода.
С увеличением натяжения всей ленты возрастает максимальное натяжение ленты в точке набегания ленты на приводной барабан. Последнее может привести к проскальзыванию и обрыву ленты, увеличивает износ ленты, что снижает надежность и долговечность конвейера.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание ленточного конвейера повышенной надежности за счет увеличения долговечности ленты путем уменьшения вероятности проскальзывания ленты при увеличении загрузки конвейера без увеличения натяжения всей ленты.
Решение задачи достигается тем, что аналогично прототипу ленточный конвейер включает ленту, охватывающую приводной и натяжной барабаны, снабженные регулируемыми приводами, датчики натяжения ленты, установленные с возможностью измерения натяжения ленты в точках набегания и сбегания ленты с приводного барабана, блок управления, при этом датчики натяжения ленты соединены с входом блока управления, выходы которого соединены с входами регулируемых приводов натяжного и приводного барабанов. В отличие от прототипа конвейер содержит дополнительный приводной барабан, снабженный регулируемым приводом и датчиком измерения момента, соединенным с входом блока управления, и отклоняющий барабан, расположенный между натяжным барабаном и дополнительным приводным барабаном. Вход регулируемого привода дополнительного приводного барабана соединен с выходом блока управления. Блок управления содержит нечеткий контроллер.
Благодаря вышеописанной совокупности признаков повышается надежность и долговечность конвейера путем снижения вероятности проскальзывания ленты за счет увеличения ее натяжения в точке сбегания с приводного барабана без увеличения натяжения в точке набегания.
доп.пр.бар
Введение дополнительного приводного барабана позволяет при увеличении нагрузки на конвейер увеличить натяжение ленты только на участке между приводным и дополнительным приводным барабаном без увеличения натяжения всей ленты. Отклоняющий барабан увеличивает тяговую способность дополнительного приводного барабана путем увеличения угла обхвата лентой дополнительного приводного барабана. Регулируемый привод дополнительного приводного барабана предназначен для изменения значения момента - M на валу
дополнительного приводного барабана, посредством чего увеличивается тяговое усилие, передаваемое ленте, что приводит к увеличению натяжения ленты только на участке между приводным и дополнительным приводным барабаном.
В эксплуатационном режиме работы ленточного конвейера значительное увеличение нагрузки на ленту может привести к проскальзыванию ленты относительно приводного барабана, что соответствует аварийному режиму работы ленточного конвейера. Условие отсутствия проскальзывания ленты относительно приводного барабана определяется следующей формулой:
б
нб
где S - натяжение ленты в точке ее набегания на приводной барабан;
сб
S - натяжение ленты в точке ее сбегания с приводного барабана;
µα
e - тяговый фактор приводного барабана;
µ - коэффициент сцепления ленты с приводным барабаном;
α - угол обхвата лентой приводного барабана.
µα
нб
сб
Значение тягового фактора e приводного барабана постоянно для конкретного типа ленты и конструкции барабана. Чтобы обеспечить отсутствие проскальзывания ленты относительно приводного барабана необходимо уменьшить натяжение S ленты в точке ее набегания на приводной барабан и увеличить натяжение S ленты в точке ее сбегания с приводного барабана.
нб
сб
Уменьшение натяжения S ленты в точке ее набегания на приводной барабан может достигаться уменьшением загрузки конвейера и снижением натяжения всей ленты с помощью натяжного барабана и регулируемого привода. Уменьшение загрузки конвейера снижает производительность конвейера. Снижение натяжения всей ленты приводит к снижению натяжения S ленты в точке ее сбегания с приводного барабана, что не приводит к значительному уменьшению значения . Также недостаточное натяжение способствует образованию изгибов в ленте, что снижает долговечность ленты.
сб
нб
нб
Увеличение натяжения S ленты в точке ее сбегания с приводного барабана может достигаться путем увеличения натяжения всей ленты, но при этом возрастает S. С увеличением натяжения всей ленты, увеличивается максимальное натяжение ленты, т.к. натяжение ленты по длине конвейера неодинаково и зависит от конструкции конвейера, типа ленты, загруженности конвейера и распределения груза на ленте по всей длине конвейера. Согласно теории тягового расчета максимальное натяжение ленты будет в точке ее набегания на приводной барабан, т.е. равно S. Увеличение максимального натяжения ленты приводит к обрывам и увеличению износа ленты.
сб
нб
В предлагаемой полезной модели отсутствие проскальзывания ленты относительно приводного барабана достигается путем увеличения натяжения ленты только на участке между приводным и дополнительным приводным барабаном без увеличения натяжения всей ленты. С увеличением натяжения ленты только на участке между приводным и дополнительным приводным барабаном, увеличивается натяжение S ленты в точке ее сбегания с приводного барабана без увеличения максимального натяжения - натяжения S ленты в точке ее набегания на приводной барабан, что приводит к снижению значения . Следовательно, вероятность проскальзывания ленты относительно приводного барабана снижается, увеличивается долговечность ленты и повышается надежность конвейера.
В тяжелых условиях работы конвейера, при случайном характере изменения загрузки конвейера блок управления, выполненный на базе нечеткого контроллера, обладает высоким быстродействием, не нуждается в точной настройке внутренних параметров, остается более устойчивым и не дает больших отклонений от оптимальной настройки по сравнению с другими блоками управления. Поэтому применение нечеткого контроллера, увеличивает эффективность работы блока управления, что снижает вероятность проскальзывания ленты относительно приводного барабана и повышает надежность конвейера.
доп.пр.бар.
Для работы нечеткого контроллера вводят в его программу базу правил и значения функций принадлежности. Для формирования базы правил системы нечеткого вывода выбирают в качестве лингвистических переменных, например, значения отношения натяжений в точке набегания ленты на приводной барабан и сбегания ленты с приводного барабана и значения момента M на валу дополнительного приводного барабана.
доп.пр.бар.
Исходя из заданных баз правил и функций принадлежности с помощью стандартных [Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 736 с.: ил.] процедур: фаззификации входных данных, агрегирования предусловий в нечетких правилах продукций, активизации и композиции подзаключений в нечетких правилах продукций, аккумулирования заключений нечетких правил продукций, дефаззификации выходных переменных; нечеткий контроллер при изменении нагрузки на конвейер определяет оптимальное значение M для выполнения условия отсутствия проскальзывания ленты относительно приводного барабана.
Сущность полезной модели иллюстрируется фиг., на которой представлена схема ленточного конвейера, где 1 - лента, 2 - приводной барабан, 3 - натяжной барабан; 4 - регулируемый привод приводного барабана 2; 5 - регулируемый привод натяжного барабана 3; 6, 7 - датчики измерения натяжения ленты 1; 8 - блок управления; 9 - дополнительный приводной барабан; 10 - регулируемый привод дополнительного приводного барабана 9; 11 - датчик измерения момента; 12 - отклоняющий барабан.
Ленточный конвейер включает ленту 1, охватывающую приводной барабан 2, снабженный регулируемым приводом 4, и натяжной барабан 3, снабженный регулируемым приводом 5, датчик 6, установленный с возможностью измерения натяжения в точке набегания ленты 1 на приводной барабан 2, датчик 7, установленный с возможностью измерения натяжения ленты 1 в точке сбегания с приводного барабана 2, блок управления 8. На конвейере установлен дополнительный приводной барабан 9, снабженный регулируемым приводом 10 и датчиком И измерения момента, и отклоняющий барабан 12, расположенный между натяжным барабаном 3 и дополнительным приводным барабаном 9. Вход блока управления 8 соединен с датчиками 6, 7 измерения натяжения ленты 1 и с датчиком 11 измерения момента, а выходы блока 8 соединены с входами регулируемых приводов 4, 5, 10. Блок управления 8 выполнен на базе нечеткого контроллера.
Ленточный конвейер работает следующим образом.
µα
Перед включением конвейера начальное натяжение ленты 1 обеспечивают с помощью регулируемого привода 5 и натяжного барабана 3. В программу нечеткого контроллера блока управления 8 вводят значение тягового фактора e приводного барабана 2, базу правил и значения функций принадлежности. Для формирования базы правил системы нечеткого вывода выбирают лингвистические переменные.
доп.пр.бар.
В частном случае реализации в качестве входной лингвистической переменной выбирают значение отношения натяжений в точке набегания ленты 1 на приводной барабан 2 и сбегания ленты 1 с приводного барабана 2 - . В качестве выходной лингвистической переменной выбирают значение момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9.
µα
µα
доп.пр.бар.
доп.пр.бар.
доп.пр.бар.
Значения нечетких переменных для входной лингвистической переменной имеют следующую терминологию: «норма», «больше нормы». Под «норма» понимают область значений  в диапазоне от нуля до e. Под «больше нормы» понимают значение  больше e. Значения нечетких переменных для выходной лингвистической переменной имеют следующую терминологию: «оставить без изменений», «увеличить». Под «оставить без изменений» понимают задание не изменять значение момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9. Под «увеличить» понимают задание увеличить значение момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9. Функции принадлежности  и момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9 представляют в виде графиков терм-множеств.
Для реализации методов нечеткой логики формируют следующие правила:
доп.пр.бар.
1. ЕСЛИ значение  находится в области значений «норма», то значение момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9: «оставить без изменений»;
2. ЕСЛИ значение  находится в области значений «больше
доп.пр.бар.
нормы», то значение момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9: «увеличить».
доп.пр.бар.
доп.пр.бар.
µα
µα
После включения конвейера и запуска ленты 1 с помощью регулируемого привода 4 и приводного барабана 2, на него поступает груз. С увеличением грузопотока, увеличивается значение . С датчика 6 в блок управления 8 поступает информация о натяжении в точке набегания ленты 1 на приводной барабан 2. С датчика 7 в блок управления 8 поступает информация о натяжении в точке сбегания ленты 1 с приводного барабана 2. С датчика 11 в блок управления 8 поступает информация о значении момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9. Чтобы не допустить переход работы конвейера в аварийный режим с проскальзыванием ленты 1 относительно приводного барабана 2, блок управления 8 по полученной информации с датчиков 6, 7, 11 постоянно рассчитывает фактическое значение  и сравнивает со значением тягового фактора e приводного барабана 2, определяя «норма» или «больше нормы». В автоматическом режиме, по заданной программе блок управления 8 посредством управляющих сигналов на регулируемый привод 10 дополнительного приводного барабана 9 регулирует величину момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9 в пределах «оставить без изменения» или «увеличить» таким образом, чтобы значение  было больше значения тягового фактора e приводного барабана 2, что обеспечивает оптимальное натяжение ленты 1 на участке между приводным барабаном 2 и дополнительным барабаном 9 и, следовательно, отсутствие проскальзывания ленты 1 относительно приводного барабана 2.
доп.пр.бар.
Таким образом, ленточный конвейер обладает повышенной надежностью за счет снижения вероятности проскальзывания ленты 1 относительно приводного барабана 9 без увеличения натяжения всей ленты 1 при повышенной загрузке конвейера, путем автоматического регулирования величины момента - M на валу дополнительного приводного барабана 9.