Способ контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера

 

Изобретение относится к автоматизации конвейерного транспорта и предназначено для контроля проскальзывания и скорости лент транспортирующих машин непрерывного действия для перемещения сыпучих материалов в различных областях производства. Цель изобретения - повышение надежности контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера. Для этого из сигнала текущей скорости ленты выделяют высокочастотную составляющую (ВЧС) и низкочастотную составляющую (НЧС) спектра колебаний и сравнивают их с соответствующими заданными уровнями. В случае превышения допустимого уровня ВЧС формируют сигнал управления, соответствующий проскальзыванию ленты конвейера. При превышении допустимого уровна НЧС формируют сигнал управления скоростью ленты. В качестве ВЧС и НЧС спектра колебаний принимают сумму соответствующих средних и текущих центрированных значений кол

шумейко иван алексеевич

соловьева вера анатольевна

шилов василий борисович+2068610тIрреR11 198092 ленинград, ивана черных 411 198260 ленинград, стойкости 2/11-227

11 190068 ленинград, наб.крюкова

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОО)4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ)УЬЛИН

ГОсудАРстВенный НОмитет

flO ИЗСБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4287445/27-03 (22} 2! 07.87 (46) 28.02.90. Бюл. № 8 (71) Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова, Центральный научно-исследовательский и проектный институт «ЦНИИпромзернопроект» и Всесоюзный научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности (72) В. А. Хобин, А. И. Павлов, В. М. Левинский, В. М. Касьянов, А. A. Равдин, A. А. Захарченко, А. М. Бри.иков и 10. Г. Морозов (53) 621.867. 154 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 910508, кл. B 65 G 43/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 977320, кл. В 65 G 43/00. 1980.

Авторское свидетельство СССР № 387895, кл. В 65 G 43/00, 1969. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ И СКОРОСТИ ЛЕНТЫ КОНВЕЙЕРА (57) Изобретение относится к автоматизации конвейерного транспорта и предназначено для контроля проскальзывания и скорости лент транспортирующих машин непрерывного действия для перемещения сыпуИзобретение относится к области автоматизации конвейерного транспорта, и может быть использовано для контроля npocvàëüçûãànèÿ и скорости лент транспортирующих машин непрерывногодействия, предназначенных преимущественно для перемещения сыпучих материалов в различных областях производства.

Цель изобретения — повышение надежности контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера.

„„SU„„1546(51)5 В 65 б 43 00 43 04

2 чих материалов в различных областях производства. Цель изобретения — повышение надежности контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера. Для этого из сигнала текущей скорости ленты выделяют высокочастотную составляющую (ВЧС) и низкочастотную составляющую (НЧС) спектра колебаний и сравнивают их с соответствующими заданными уровнями. В случае превышения допустимого уровня ВЧС формируют сигнал управления, соответствующий проскальзыванию ленты конвейера. При превышении допустимого уровня НЧС формируют сигнал управления скоростью ленты. В качестве ВЧС и НЧС спектра колебаний принимают сумму соответствующих средних и текущих центрированных значений колебаний скорости ленты. Среднее центрированное значени колебаний скорости ленты определяется как усреднение по времени модуля текущего центрированного значения колебаний скорости ленты в интервале времени усреднения. Интервал времени усреднения устанавливают скользящиM и равным обратной величине минимального значения частоты ВЧС спектра колебаний. Способ отдельно осуществляет контроль снижений скорости ленты, обусловленных внешними факторами. 3 з. и. ф-лы, 5 ил.

На фиг. 1 показаны графики изменения во времени величины текущей скорости ленты и ее составляющих; на фиг. 2 — типичные спектральные плотности низкочастотной H высокочастотной составляющих колебании скорости ленты и амплитудно-частотные характеристики механических систем электродвигатель — натяжной барабан и лента — натяжной барабан; на фиг. 3 графики плотностей вероятности величин соответственно текущей скорости (а), низко1546371 з, частотной составляющей скорости (6) и вы,сокочастотной составляющей скорости (в); на фиг. 4 — идеализированный график высокочастотных колебаний скорости на коротком интервале времени и график изменения модуля колебаний высокочастотной со- 5 ставляющей скорости; на фиг. 5 — блоксхема устройства для реализации способа контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера.

Устройство содержит фильтры 1 и 2, блок

3 определения модуля сигнала, блок 4 усреднения, блок 5 масштабирования, сумматоры 6 и 7, компараторы 8 и 9.

Способ осуществляется следующим образом.

В реальных условиях работы ленточных конвейеров текущее значение скорости ленты V(t) вследствие ее колебаний является случайной функцией времени. Параметры случайного процесса изменения текущего значения скорости ленты (например, спект- 20 ральный состав) определяются двумя группами факторов, влияющих на скорость ленты, а именно изменениями напряжения AU, частоты Лы, и коэффициента мощности Лсояр сети питания приводного электродвигателя конвейера, а также изменениями момента 25

ЛМ,. сил сопротивления, приведенных к валу электродвигателя, ввиду изменения нагрузки на тяговом органе конвейера — ленте, т. е. факторами, которые оказыва ет влияние па скорость ленты вследствие изменения скорости вращения электродвигателя; изменениями фрикционных свойств контактной пары приводной барабан — контактируюгций с ннм участок ленты, пульсациями нагрузки нг тяговом органе ввиду обрыва грузонесущих органов, заторов и т. д., упругими продольными и поперечными колебаниями самой ленты при ослаблении ее натяжения.

Изменения этих факторов могут вызвать проскальзывание ленты относительно приводного барабана и, следовательно, повлияют на величину текущей скорости ленты. 40

Факторы первой группы обуславливают медленные (низкочастотные) изменения скорости ленты, так как, во-первых, эти факторы сами меняются как правило медленно, во-вторых, даже если происходит скачкообразное их изменение, то вследствие инер- 45 ционности механической системы электродвигатель — механическая передача (редуктор} — приводной барабан — лента натяжной барабан скорость ленты будет изменяться плавно, в соответствии с динами50 ческими (частотными) свойствами системы по каналу AU — Л, либо Ль, — AV, либо

Лсояр — A V, либо ЛМ, — Л Г

Таким образом, если из сигнала текущей скорости ленты каким-либо образом выделить составляющую с высокочастотным спектром колебаний и составляющую с низкочастотным спектром колебаний, то, сравнивая параметры этих двух составляющих с

4 соответствующими заданными их уровнями, возможно по результатам этих сравнений осуществлять контроль проскальзывания и скорости ленты, а именно по изменению параметров составляющей с высокочастотным спектром колебаний осуществлять контроль проскальзывания ленты и по изменению параметров составляющей с низкочастотным спектром колебаний осуществлять контроль скорости ленты.

Поскольку на величину текущей скорости ленты V(t) одновременно оказывают влияние факторы обеих групп, то величина V(t) может быть представлена в виде трех составляющих

V(t) = Vo -+ AV>(t) + Л в,®, (1) где Vo — номинальное значевгие V(t), т. е. величина текущей скорости ленты в идеальных условиях работы конвейера, когда отсутствуют все факторы, обуславливак>щие изменение скорости ленты;

ЛVgt) — низкочастотная составляющая колебаний скорости ленты;

Л V, (t) — высокочастотная составли(ощая колебаний скорости ленты.

Из изложенного следует, что изменения как самой скорости V(t), так и ее составляющих ЛК(/) и AV (t) носят колебательный характер и поэтому каждая из этих трех величин может быть представлена детерминированной (средним значением1 составляющей соответственно V, AV> }1 AVg и центрированной случайной составляющей соответственно V(t), AV„(t) и ЛГв(/) с величинами спектральных плотностей 5„(ь), 5m „(v) и

5в, в ((О), т

V(t) = Р+ РУ); (2)

A V(t) = ЛО+ Л Цф (3) твЯ= ть() + Л V,(>). (4)

Таким образом, как следует из (3) и (4), в качестве параметров составляющих с низкочастотным и высокочастотным спектрами колебаний можно принять суммы средних и текуших центрированных значений скорости ленты. В соответствии с (1), (3} и (4) можем записать

V(t) = Vo + AV (t) + AVa(t) = — Vo + A4 +

+ A Vlf(t) 1 A V8 + Л (Д (5)

Изменения во времени текущеи скорости ленты V(t) и ее составляющих показаны на фиг. 1.

Рассматривая колебания текущей скорости V(t) обусловленные факторами первой группы; как низкочастотную составляющую колебаний скорости AVgt), с учетом сказанного ее спектральный состав (спектральная плотность 5в„(а) будет определяться следующим выражением:

5ь,„(о) = Аг (в)5 (а), (6) где Ак(в) — амплитудно-частотная характеристика механической системы электродвигатель — натяжной барабан., в которую входят электродвигатель, механическая пе1546371

ЛV РЛ1„ Н, (10) 45

55 редача (редуктор), приводной барабан, лента, натяжной барабан;

S< (а) — спектральная плогиость изменения факторов первой группы.

Вид зависимостей 5а,„(ь) и А (4в) показан на фиг. 2.

Очевидно, что диапазон частот, в котором Sk „(co) ) О не превосходит диапазон частот, где А,(а) =» О и, следовательно, максимальную частоту э1 спектра низкочастотных колебаний можно принять равной максимальной частоте полосы пропускания механической системы «электродвигатель — натяжной барабан».

Факторы второй группы обуславливают быстрые (высокочастотные) изменения скорости ленты в диапазоне частот в ...аз, так как, во-первых, сами эти факторы изменяются очень быстро и, во-вторых, инерционность механической системы, которая определяет верхнюю границу спектрального состава колебаний скорости, значительно меньше, поскольку в механическую систему в этом случае входят только лента и натяжной барабан.

Рассматривая колебания текущей скорости V(t), обусловленные факторами второй группы, как высокочастотную составляющую колебаний скорости ЛУв(/), ее спектральный состав (спектральная плотность 5в,(а) будет определяться следующим выражением

5.. () =- А () 5 . (), (7) где А4(ж) — амплитудно-частотная характеристика механической системы

«лента — натяжной барабан», в которую входят лента и натяжной барабан;

5,(оз) — спектральная плотность изменения факторов второй группы.

Вид зависимостей 5 „, (а) и А (а) показан на фиг. 2.

Очевидно, что диапазон частот, в котором 5в,, {ъ) ) О не превосходит диапазона частот, где А„(ь) ) О, т. е. аз (в4, причем минимальная частота спектра высокочастотных колебаний равна или больше максимальной частоты спектра низкочастотных колебанкк, т. е. о ) coi, причем обычно аг) coi Таким образом, максимальную частоту спектра низкочастотных колебаний можно принять равной максимальной частоте полосы пропусканкя механической системы электродвигатель — натяжной барабан, минимальную частоту спектра высокочастотных колебаний принимают равной илк большей максимальной частоты спектра низкочастотных колебаний, а максимальную частоту спектра высокочастотных колебаний принимают равной или меньшей максимальной ч астоты полосы пропускания механической системы лента — натяжной барабан.

Спектральная плотность постоянной величины Vp при а О, т. е. 5„(о) = О. Таким образом, спектральная плотность 5.(в) текущей скорости V(t) полностью определяется спектральными плотностями ее низкочастотHOH H высокочастотной COCT38 IHlOLLI,HX

5„((o) = 5z „((o) + Sw,(4p). (8)

Поскольку составляющие выражения (5) имеют разный спектральный состав, случайные низкочастотные и высокочастотные составляющие текущей скорости могут быть разделены частотной фильтрацией сигнала текущей скорости ленты V(t).

При раздельном измерении составляющих ЛУв(/) и ЛУв(1), входящих в выражение (1), для определения факта проскальзывания ленты, вызванного факторами второй группы, достаточно найти разность ЛУ "— — ЛУв(/) к определить ее знак, где ЛУ "— допустимое отклонение текущего значения скорости ленты V(t). При ядп(ЛР " — ЛУв(/))с (О величина проскальзывания больше дои уст и мой.

Поскольку физически непосредственному измерению поддается только переменная

V(t), то выделение составляющих AVgt) и ЛУв() возможно следующим образом. Колебания величин AV>(t) и b,Vä(t) не являются симметричными, это объясняется тем обстоятельством, что превышение скоростью ленты величины Vp в силу свойств электропривода и механической системы электропривод— приводной барабан — лента — натяжкой барабан менее вероятны, чем ее снижение относительно Vp.

Графики плотностей вероятности Р„, Рв„ к Р,, величин V(t), ЛУв(/) и ЛУв() соответственно представлены на фиг. 3.

Математическое ожидание (среднее значение) скорости движения ленты определяется выражением два;

V=(оР йг, (9) о где У "— практически возможное максимальное значение текущек скорости V(t).

Математическое ожидание (среднее значение) колебаний низкочастотной составляк1щей скорости определяется выражением

ЛУ„= 5 а математическое ожидание колебаний высокочастотной составляющей скорости определяется выражением в 4ВФ

A V = (Л УвРЛивйи. (1! ) в о

Плотности вероятностей P-.„P „H Рв,, имеют близкий друг к другу вид, причем У (Vp, Л9. (О, ЛУв (О.

Математическое ожидание (среднее значение) высокочастотных изменений скорости, характеризующее проскальзывание ленты, может быть определено следующим образом.

На коротком интервале времени высокочастотные колебания скорости близки к гармони1546371

7 ческим, кроме того, текущее значение скорости V(t) можно рассматривать как огибаюгцую этих высокочастотных колебаний, т. е. составляющую Vo+ ЛУ + ЛУ,(/) (фиг. 1) можно рассматривать как верхнюю границу высокочастотных колебаний скорости, поскольку значения V(t) практически только в весьма редких случаях могут превышать величину Vo+ ЛУн + AV (t).

Очевидно, что математическое ожидание гармонических колебаний некоторой вели,,чины y(t), смещенных по оси ординат относительно нуля на величину амплитуды их колебаний А, равно юоТ д() = т ((A + Asincot)d(oot) = A, г% (12) где А — амплитуда колебаний величины y(t);

Т вЂ” интервал времени оценки математического ожидания.

Математическое же ожидание модуля колебаний величины у(1) определяется выражением

1 1

M(lg(t)ll = -спт $ Alsin tld(

>d(ot) = — +coscotl, = — ><(cosa — coso) =

К(= — А. (1 3)

Следовательно, чтобы вычислить значение величины А, достаточно увеличить по лученную в выражении (13) величину в л/2 ,раз

Величина же А характеризует и опредеЛяет смещение текущих значений центр пованных составляющих высокочастотных к лебаний скорости ленты относительно верхней огибающей скорости V(t) и значит определяет величину средней скорости пр скальзывания ленты.

Поскольку величина А есть случайная функция времени, то для контроля проскальзывания ленты по изменению параметра А необходимо осуществлять операцию усреднения сигнала на некотором интервале времени.

Таким образом, среднее значение высокочастотных колебаний скорости, а именно величина ЛУв, может быть определена усреднением по времени.

Поскольку высокочастотные колебания скорости ленты обычно характеризуются большими вариациями амплитуд и частот этих колебаний, быстрыми их изменениями, г. е. как амплитуды, так и частота колебаний случайным образом изменяются во времени, то для повышения точности контроля проскальзывания ленты по изменению среднего значения высокочастотных колебаний, которое будет являться функцией времени, интервал времени усреднения должен быть скользящим и равным (tit + Т1). Зна75

8 чение Т, должно быть меньше Т, что допустимо, так как оценивается величина математического ожидания нестационарного процесса и для обеспечения необходимой точности контроля проскальзывания может быть взята близкой или равной обратной величины минимального значения частоты высокочастотного спектра. Следовательно, с учетом (13) величина ЛУв определяется следующим выражением +т.

ЛУ.®=, 5 М.(t)ldt (14) гт, Точно так же, как величина ЛУв(/) является мерой проскальзывания ленты, вызванного факторами второй группы, так и величина Л V, (t) является мерой снижения скорости ленты, вызванного факторами первой группы. Поэтому для определения величины снижения скорости, вызванного факторами первой группы, необходимо в соответствии с выражением (1) из величины текущей скорости V(t) вычесть высокочастотную составляющую колебаний скорости

AVe(t) и затем осуществить преобразования в соответствии с выражениями (4), (5) и (3);

V(t) AVe(t)„= V(t) — (ЛУв+ ЛУв(/) = Vo+

+ ЛV„+ ЛV„(t) + ЛVg + AVgt) — ЛУв— — ЛРв(1) = Vo + Л1 н (t). (15)

Поскольку Vo = const, то для определения факта снижения скорости ленты, вызванного факторами первой группы, достаточно найти Разность (Vo+ ЛУв" ) — (V, + ЛУ„() и определить ее знак. Значения ЛУ ", AV(t) меньше нуля. При sign ((Vo+ ЛV ")— — (Vo + ЛV„(t)g (0 величина снижения скорости больше допустимой.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность контроля таких проскальзываний ленты, которые обусловлены внутречними факторами конвейера, определяющими зарождающиеся и развивающиеся дефекты машины и значит эффективен при использовании в системах автоматической диагностики зарождающихся дефектов. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает возможность отдельно осуществлять контроль таких снижений скорос-и ленты, которые обусловлены внешними факторами, не имеющими отношения к дефекту машины.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный теку щему значению скорости ленты У(/), поступает на входы фильтров 1 и 2. Фильтр 1 полосовой и выделяет из входного сигнала У(1) сигнал, соответствующий центрированной высокочастотной случайной составляющей AVa(t).

Фильтр 2 низких частот отфильтровывает (убирает) из входного сигнала V(t) центрированную высокочастотную случайную составляющую ЛУв(1), т. е. формирует сигнал, соответствующий разности У(1) — AV t).

1546371

Выходной сигнал фильтра 1 поступает на вход блока 3 определения модуля сигнала АР (), а с его выхода — на вход блока

4 усреднения. С выхода блока 4 усреднения сигнал поступает на вход блока 5 масштабирования, который осуществляет операцию

его увеличения в я/2 раз и, следовательно, выходной сигнал блока 5 масштабирования содержит информацию о средней величине

ЛРе высокочастотной составляющей скорости. 10

Сумматор 6 осуществляет операцию сложения поступающих на его входы сигналов от блока 5 масштабирования и фильтра 1 и таким образом формирует в соответствии с выражением (4) сигнал о величине ЛЩ1):

b, () = AVg+ AVg(t).

Сумматор 7 осуществляет операцию алгебраического суммирования (вычисления) поступающих на его входы сигналов от фильтра 2 и блока 5 масштабирования (V(f) — ЛРв(1)) — Ve = Vp + Л х + " н" 20 х(1) = Vp+ AV ().

Таким образом, сигнал на выходе сумматора 6 пропорционален величине проскальзывания ленты, обусловленной возникшим дефе кто м кон вейер а.

В случае достижения сигналом на выходе сумматора 6 предельно допустимого значения (порога срабатывания), определяющего максимально допустимое проскальзывание AVf " ленты ввиду внутренних факто-. ров конвейера, компаратор 8 формирует выходной сигнал, который может быть использован для автоматического управления конвейером.

Сигнал на выходе сумматора 7 пропорционален величине снижения скорости ленты, обусловленного внутренними факторами, которые в совокупности приводят к изменению скорости вращения электропривода конвейера, но не имеют отношения к неисправности конвейера. При достижении сигналом на выходе сумматора 7 предельно 40 допустимого значения (порога срабатыва10 ния), определяющего максимально допустимое снижение скорости ЛИ " ленты из-за внешних факторов, компаратора 9 формирует выходной сигнал, который может быть использован для автоматического управления конвейером.

Формула изобретения

i. Способ контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера, основанный на измерении текущего сигнала скорости ленты конвейера и сравнении его с заданным, отличаощийся тем, что, с целью повышения надежности контроля проскальзывания и скорости ленты конвейера из сигнала текущей скорости ленты выделяют высокочастотную и низкочастотную составляющие спектры колебаний, сравнивают их с соответствующими заданными уровнями, в случае превышения допустимого уровня высокочастотной составляющей формируют сигнал управления, соответствующий проскальзыванию ленты конвейера, а в случае превышения допустимого уровня низкочастотной составляющей формируют сигнал управления скоростью ленты.

2. Способ по п. 1, отличсиощийся тем, что в качестве высокочастотной и низкочастотной составляющих спектра колебаний принимают сумму соответствующих средних и текущих центрированных значений колебаний скорости ленты.

3. Способ по и. 2, отличающийся тем, что среднее центрированное значение колебаний скорости ленты определяется как усреднение по времени модуля текущего центрированного значения колебаний скорости ленты в интервале времени усреднения.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что интервал времени усреднения устанавливают скользящим и равным обратной величине минимального значения частоты высокочастотной составляющей спектра колебаний.

1546371!

5463?1

Составитель О. Капканец

Редактор О. Спесивых Техред И. Верес Корректор А. Обруйар

Тираж 654 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, . Г а нна,101