在短距离内实现运送车自动纠偏的设计与应用

在短距离内实现运送车自动纠偏的设计与应用

谭祖辉黄雨轩黄敬贵           

江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂 赣州经开区香江大道1号 341000

摘要：烟叶原料仓库5吨电梯通过运送车运送片叶的作业过程中，其运动轨迹存在偏移或歪斜等不稳定运行的现象，会带来较严重安全隐患的问题。本技术采用PLC进行程序控制，通过步进电机调整纠偏轮的移动，可在同一运行周期内实现运送车在作业近程中的自动纠偏效果，顺利解决了运送车在作业过程中存在偏移或歪斜等问题，同时，也解决了运送车行因运动轨迹发生变化而易发生撞击、损坏轿厢门洞或轿厢内壁的安全隐患的问题，满足安全生产的需要。

关键词：短距离 运送车 运送片烟 电梯 偏移 歪斜 自动纠偏

0 引言

目前卷烟厂的片烟因其特殊用途，新调入的片烟烟叶需放置于醇化仓库中进行自然醇化处理，一般存放片烟烟叶箱的仓库是多层仓储结构，烟厂普遍采用的是液压抱车进入电梯内进行存取运送方式，但这种常见的作业方式易使液压抱车在进出货梯的过程中，易出现碰撞电梯、载重负荷过大导致的下沉冲击电梯等问题，对电梯和烟箱都可能有损耗。而使用运送车进行远程操控自动作业的方式虽然使自动作业效率得到提高，但经过多次装卸、运送作业后，其运行轨迹可能会发生一定的偏移或歪斜，易发生撞击、损坏轿厢门洞或轿厢内壁的安全隐患等问题。操作人员需在停机状态下，进入电梯来调整运送车的位置，因烟叶箱运送车体积大重量重，在调整过程中，操作人员易扭伤、碰伤，存在安全隐患。这又对电梯内的自动运送车的运送功能提出了新的要求，既要保证接运送车发生偏移后，能在短距离内能较快纠正并稳定其运行轨迹，确保作业过程中的安全。

1 原因分析

运送车作业过程中的运行轨迹发生变化造成偏移或歪斜的原因主要如下几方面：

1.1 运送车在作业前通过现场人员的操作将其运行到指定位置区域，运送车的放置点与定置点要求的位置区域可能已经产生了一定的位置偏移或歪斜现象。

1.2 运送车运送的片烟箱是使用夹抱车夹抱进行取、放作业的，在夹抱车把片烟箱放置到运送车上的瞬间，片烟箱可能会对运送车产生一定的冲击力，使本已在轿厢内对中平行放置的运送车在冲击力的作用下而发生位置偏移或歪斜。

1.3 现场作业人员在通过夹抱车装卸片烟箱时对运送车造成了较大的推拉作用、装运送车上装载的片烟箱数量不对称或片烟箱在运送车上没有在居中位置上进行摆放而对运送车左右两端施加的重力不对称明显造成不平衡现象等原因均可造成运送车的主动轮在运行过程中受力不均衡，进而造成运送车运行轨迹的偏移或歪斜。

1.4 因电梯轿厢底板上的钢纹花板变形、地面凹凸不平及电梯轿厢底板位置作业点的不同，也易使运送车在运行过程中发生运行轨迹的偏移或歪斜现象。

以上这些因素在短时间内没有太大的影响，但是当运送车长时间运行后，所造成的影响将逐步叠加，进而导致行车轨迹及停车位置明显偏离原预定位置，就会产生较大的安全隐患。

2提出设计思路

运送车的偏斜方式可以分为两类：一是歪斜，即运送车的左、右两端分别与电梯轿厢左、右两端的距离不相等；二是偏移，即运送车左、右两端分别与电梯轿厢左、右两端的距离相等，但运送车发生左、右整体偏移，整体不处于定点位置上。

2.1 针对运送车歪斜的情况，需要检查左、右两端与轿厢箱体之间的距离，将距离信号传送给PLC进行逻辑判断[3]。

2.2 在运送车正中间安装检测传感器，通过传感器的信号确定运送车的偏移情况。

2.3 设计和制造一套纠偏执行装置，其中包括：从动轮方向检测，转向连杆，转向控制机构等。

3设计方案的确立

3.1 设计原理

通过安装在运送车前端的超声波测距传感器以及漫反射式光电管所组成的传感器模组对运送车的实际位置进行信号采集，再经由电控箱内的PLC进行信号处理，确定运送车的实际偏移和歪斜程度，并确定是否需要纠偏和纠偏方案，将纠偏指令发送至步进电机控制器，以此控制步进电机正反转，步进电机的双向运动则通过丝杆传导至连杆处，进而使转向轮同步动作，达到纠偏的目的；安装再丝杆上的感应金属片则与对向安装在支架上的三个光电开关共同组成定位模块，为转向轮纠偏时提供左右极限信号、零点信号。通过采用步进电机进行纠偏，纠偏精度可以达到0.1s，保障了运送车运行的稳定准确，方便了现场操作人员操作使用，降低操作人员的劳动强度，提高了运送车运行效率，确保了现场、设备安全。

3.2 硬件选择

3.2.1 取运送车进电梯后停止时与轿厢直接的距离为基准，此时，运送车与轿厢之间的设计距离为220mm左右，运送车歪斜导致的两端与轿厢的距离差不超过100mm（因运送车运行距离短，产生的偏差有限）。对此选用两个检测距离为40-400MM的激光传感器即可满足设计要求。

3.2.2 针对偏移检测，因轿厢无参照物，所以在此选用需反射片的光电管，将反射片贴于轿厢用于偏移检测。

3.3.3 因纠偏装置需要满足向两个方向均可运作，此时采用86贯通式直线丝杆步进电机（含编程器和控制器）更为可靠、方便（方向可控，速度可调，无需增加电源）。

3.3.4 在丝杆上安装定位挡片，通过安装在机架上的三个光电管检测当前丝杆所在方向。

4对自动纠偏装置的测试和状态验证

以上改进措施实施后，通过PLC与步进电机编程器的配合使用，达到如下效果：

4.1 在非纠偏状态时，纠偏装置自动回到中心点，保证运送车按设定的轨迹正常运行。

4.2 当运送车无负载出轿厢的时候进行纠偏，防止负载过大造成步进电机堵转，也确保纠偏过程的顺畅。

4.3 歪斜纠偏和偏移纠偏所采用的纠偏形式不同，歪斜纠偏可以根据歪斜程度，自动调整纠偏幅度；偏移纠偏则采用固定纠偏模式，单次纠偏后装置将向目标方向偏移3CM左右。

4.4 歪斜纠偏和偏移纠偏在同一运行周期内完成，当同时存在两张偏斜状况时，纠偏装置先进行歪斜纠偏，然后进行偏移纠偏。

在片烟运送车作业运行过程中，该纠偏装置运行动作顺畅、灵活，无需操作人员额外干预，达到了预期的目的和使用效果。

5有益效果

本技术改进能有效解决在现有空间局限性的条件下的运送车作业过程中的运行轨迹发生变化造成偏移或歪斜的现象，降低了操作人员劳动强度，降低了作业安全隐患，满足了安全生产的需要，具体有益效果表现在以下几个方面：

5.1 该新型自动纠偏装置在不改变运送车整体构造情况下，采用PLC进行逻辑控制，通过步进电机调整纠偏轮的移动，从而顺利完成对运送车的自动纠偏动作，保障运送车运行轨迹的稳定和作业安全，确保正常生产作业效率，确保电梯使用过程中的安全。

5.2 该自动纠偏装置设计时考虑到了装置的执行可靠性、精度和安全性，纠偏动作顺畅、灵活，无需操作人员额外干预，纠偏精度可以达到0.1s，具有高可靠性、高精度、低成本、免维护和满足安全运行的特点。

5.3 该自动纠偏装置设计时考虑到了装置的强度、安全性和减小操作人员的劳动强度，使用的材料都是环保，安全性高，重点是降低操作人员劳动强度，提高了运送车的运行效率，保障操作现场安全稳定。

5.4 该自动纠偏装置可任意切换使用，并具有低成本、稳定性好的特点，适宜类似运送车的装配使用。

6结束语

本文主要从片烟运送车的现有结构现状及存在的问题、提出改进设计思路及相关解决方案、最终验证效果等方面阐述了对运送车在电梯的短距离范围内实现自动纠偏功能的设计与应用。通过上述改进设计改进实施的装置设计合理、方案有效，避免了现有结构局限性，保持了设备原有结构和性能，当运送车运行轨迹发生歪斜、偏移或歪斜偏移现象时，能够对运送车的运行轨迹进行自动纠偏，最终使运送车回到定点位置上，且纠偏过程无需操作人员额外干预，动作顺畅、灵活，降低了操作工劳动强度。该套自动纠偏装置既适宜烟草行业运送物料出入空间受限的电梯轿厢运送车技术的应用，也适用于其它推广使用类似物料运送车技术或相应的设施上的推广使用，具有较好推广和使用价值。

参考文献

[1]机械工程材料，王爱珍，北京航空航天大学出版社 2009-02；

Mechanical Engineering Materials, Wang Aizhen, Beihang University Press 2009-02;

[2]机械工程概论 第2版，刘永贤，机械工业出版社 2017-02；

Introduction to Mechanical Engineering 2nd Edition, Liu Yongxian, Machinery Industry Press 2017-02;

[3]电气控制与PLC应用技术[J]，梅丽凤，机械工业出版社 2012-03；

Electrical control and PLC application technology [J], Mei Lifeng, Machinery Industry Press 2012-03;

[4]自动检测与转换技术[J]，梁深，机械工业出版社 2013-01；

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