一种螺旋输送机和一种用于在沿着螺旋路径前进的模块式输送机皮带中收紧松弛部的方法。该螺旋输送机包括一个旋转的圆柱形驱动转鼓，该圆柱形驱动转鼓带有多个平行的驱动构件，这些驱动构件从该转鼓的底部向顶部在其周缘上延伸。每个驱动构件都包括向外伸出的脊，该脊从该转鼓的底部延伸至其顶部以便接合该皮带的内边缘。马达驱动的收紧轴和轴装链轮组在皮带从该转鼓上释放之后收紧该皮带的松弛部。为了控制皮带从驱动转鼓上卸放处的张力，该收紧马达通常以闭环控制模式运行、但是在该收紧马达失速时切换至开环恒速控制模式。
1.一种用于控制螺旋皮带输送机系统的卸放区段中的张力的方法，该方法包括：在以转鼓速度进行旋转的螺旋输送机驱动转鼓上、从入口到出口沿着一条螺旋路径来驱动输送机皮带；
通过被收紧马达驱动的驱动轴来驱动该输送机皮带，该收紧马达包括在该输送机皮带的路径的、位于该驱动转鼓的出口下游的卸放区段中；
以闭环控制模式控制该收紧马达的速度，以调节该收紧马达的速度从而维持该卸放区段中的输送机皮带的恒定张力；
从该闭环控制模式切换至开环控制模式从而在该收紧马达的所确定的速度降至低于预定失速速度水平时控制该收紧马达以减小的速度运行。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括根据该转鼓速度来计算标称收紧速度，其中以该标称收紧速度运行的收紧马达是与该驱动转鼓的旋转相协调的。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括将该减小的速度设定为小于该标称收紧速度的水平。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括根据该转鼓速度来设定该减小的速度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该减小的速度大于该失速速度水平。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该收紧马达被控制成在从该闭环控制模式到该开环控制模式的切换之后以该减小的速度运行预定的时间段，并且进一步包括在该预定的时间段逝去时切换返回至该闭环控制模式。
7.如权利要求1所述的方法，其中，该卸放区段中的输送机皮带的张力是通过一个张力传感器测量的。
8.如权利要求1所述的方法，其中，该卸放区段中的输送机皮带的张力是从该驱动轴中的扭矩的测量值来确定的。
9.如权利要求1所述的方法，其中，该卸放区段中的输送机皮带的张力是由从收紧马达的电流的测量值来确定的。
圆柱形驱动转鼓，该圆柱形驱动转鼓具有竖直旋转轴线以及围绕其周缘间隔开的多个驱动构件；
第一马达，该第一马达联接至该圆柱形驱动转鼓上以使该圆柱形驱动转鼓围绕其旋转轴线以转鼓速度进行旋转；
输送机皮带，该输送机皮带具有内边缘，该内边缘带有被这些驱动构件强制性接合的多个驱动接收构件，该输送机皮带被安排成沿着螺旋路径在该圆柱形驱动转鼓上从入口向出口上下地前进；
收紧机构，该收紧机构在该出口下游的卸放区段中驱动地接合该输送机皮带、并且包括驱动轴和第二马达，该第二马达以收紧速度运行并且驱动该驱动轴；
传感器，用于测量该螺旋输送机的、指示该卸放区段中的输送机皮带的张力的操作变量；并且产生反馈信号；
控制系统，该控制系统联接至该第二马达上并且接收该反馈信号并且产生收紧速度信号以便根据该反馈信号以闭环控制运行模式来调节该第二马达的速度从而维持该卸放区段中的输送机皮带的恒定张力，其中，在该控制系统检测到阻塞条件时该控制系统停用该闭环控制运行模式并且切换至开环控制运行模式。
11.如权利要求10所述的螺旋输送机，其中由该传感器测量的操作变量选自下组，该组由以下各项构成：该驱动轴中的扭矩、该第二马达中的电流、以及该卸放区段中的输送机皮带的张力。
12.如权利要求10所述的螺旋输送机，其中，该控制系统根据该转鼓速度来计算该第二马达的标称收紧速度，其中以该标称收紧速度运行的收紧马达是与该圆柱形驱动转鼓的旋转相协调的。
13.如权利要求10所述的螺旋输送机，其中，该传感器是用于测量该驱动轴中的扭矩的扭矩传感器，并且其中，该控制系统将该反馈信号与扭矩设定值进行比较来产生该收紧速度信号。
14.如权利要求10所述的螺旋输送机，其中，该控制系统在预定的时间段之后切换返回至该闭环控制运行模式。
15.如权利要求10所述的螺旋输送机，其中，该控制系统包括用于接收该反馈信号并且计算该收紧速度信号的一个可编程逻辑控制器并且包括一个变频驱动器，该变频驱动器联接至该第二马达并且接收来自该可编程逻辑控制器的收紧速度信号来调节该第二马达的速度。
16.如权利要求13所述的螺旋输送机，其中，该扭矩传感器包括：连接至该驱动轴上的一个扭矩臂；以及
连接至该扭矩臂与一个静止附接点之间的一个测力元件。
圆柱形驱动转鼓，该圆柱形驱动转鼓具有竖直旋转轴线；
第一马达，该第一马达联接至该圆柱形驱动转鼓上以使该圆柱形驱动转鼓围绕其旋转轴线以转鼓速度进行旋转；
输送机皮带，该输送机皮带被安排成沿着螺旋路径在该圆柱形驱动转鼓上从入口向出口上下地前进；
收紧机构，该收紧机构在卸放区段中驱动地接合该出口下游的输送机皮带；并且包括驱动轴和第二马达，该第二马达以收紧速度运行并且驱动该驱动轴；
切换装置，用于在该失速检测装置检测到失速条件时从该第二马达的闭环控制切换至该第二马达的速度的开环恒速控制。
18.如权利要求17所述的螺旋输送机，其中，该切换装置包括一个计时器，在检测到失速条件时该计时器被激活来在预定的时间段内计时结束，并且其中，当该计时器到时间时该切换装置从该第二马达的速度的开环恒速控制切换至该第二马达的闭环控制。
19.如权利要求17所述的螺旋输送机，包括一个控制器，该控制器控制该第二马达的速度并且包括该失速检测装置和该切换装置。
20.如权利要求19所述的螺旋输送机，进一步包括一个扭矩传感器，以用于测量该驱动轴的扭矩并且将扭矩信号发送至该控制器。
21.如权利要求20所述的螺旋输送机，其中，该失速检测装置是从该扭矩测量的快速增大来检测失速的。
22.如权利要求20所述的螺旋输送机，其中，该控制器在闭环控制中控制第二马达的速度以维持该驱动轴中的恒定扭矩。
23.如权利要求19所述的螺旋输送机，进一步包括一个张力传感器，以用于测量该卸放区段中输送机皮带的张力并且将张力信号发送至该控制器以维持该卸放区段中的输送机皮带的恒定张力。
24.如权利要求17所述的螺旋输送机，其中，该圆柱形驱动转鼓具有围绕该圆柱形驱动转鼓的周缘间隔开的多个驱动构件，并且其中，该输送机皮带具有内边缘，该内边缘带有被这些驱动构件强制性接合的多个驱动接收构件。
具有受控收紧的螺旋输送机
[0001] 发明背景
[0002] 本发明总体上涉及动力驱动的输送机，并且更具体地涉及其中的输送机皮带围绕一个旋转驱动塔在螺旋路径中驱动的螺旋型输送机。
[0003] 输送机皮带通常被用于将物品例如食品和其他材料输送穿过冷却或加热过的环境。其中的输送机皮带遵循着围绕中央塔、转鼓或保持架卷绕的螺旋路径的螺旋输送机被用于冰箱和烤箱中以提供具有小的占地面积的长的输送路径。
[0004] 一些螺旋输送机被构造为具有支撑在一个中央的不旋转的塔上的螺旋轨道。其输送机皮带围绕该螺旋轨道而被位于该螺旋路径外部的单一位置处的多个驱动链轮所驱动。在皮带中出现在其与这些驱动链轮的接合处的正前方的最大张力对于这样的长皮带会是相当高的。为了减小最大皮带张力，使用了超速驱动的螺旋输送机系统。在这些超速驱动系统中，输送机皮带是通过皮带的内边缘与转鼓的更快旋转的外表面之间的摩擦接触来驱动的，其中该皮带被螺旋地缠绕在该转鼓上。因为是沿着整个螺旋路径来驱动皮带，所以减小了最大皮带张力。但为了转鼓与皮带边缘之间的有效的摩擦接合，仍需要一定的张力。此外，这种摩擦接合引起了皮带边缘和转鼓外表面的磨损。由于驱动该转鼓所要求的大部分旋转能量损失在摩擦中，因此电动机和功率需求会是相当高的。并且，由于超速驱动系统对转鼓外部与皮带的内边缘之间的摩擦是敏感的，因此张力和超速驱动的特有设置是因设施而变化的。
[0005] 已经使用了其中的位于旋转保持架外部的驱动结构与位于输送机皮带内部的结构相接合的强制性驱动螺旋型系统来克服超速驱动系统的一些缺点。由于在位于保持架上规则地间隔开的驱动结构与皮带内边缘上的规则地间隔开的边缘结构之间存在强制性接合，因此不存在如在超速驱动系统中的滑动。不需要额外的张紧并且摩擦损失较小。但是强制性驱动螺旋型系统的一个问题在于将皮带与保持架上的驱动结构干脆地接合并且与之脱离接合。另一个问题是，当离开该驱动转鼓时皮带会失掉其驱动力。在传统的螺旋输送机中，在该转鼓的下游的收紧滚轮或链轮是以恒速运行的。如果收紧马达和该转鼓的马达的速度相匹配以确保该皮带速度保持恒定，则运行将没有问题。但是皮带温度的变化(例如在冰柜或更恶劣的应用中)致使该皮带收缩和膨胀，这将影响皮带从转鼓进行收紧的正时。当该转鼓的马达和该收紧马达的速度固定时，收紧不能相对于正时变化来调节并且将拉动太猛或拉动不足。
[0006] 概述
[0007] 一种采用了本发明多个特征的、用于控制螺旋皮带输送机系统的卸放区段中的张力的方法包括：(a)在以转鼓速度进行旋转的螺旋输送机驱动转鼓上、从入口到出口沿着一条螺旋路径来驱动输送机皮带；(b)通过被收紧马达驱动的驱动轴来驱动该输送机皮带，该收紧马达包括在该输送机皮带的路径的、位于该驱动转鼓的出口下游的卸放区段中；(c)确定该卸放区段中的输送机皮带的张力；(d)以闭环控制模式控制该收紧马达的速度，以调节该收紧马达的速度从而维持该卸放区段中的输送机皮带的恒定张力；(e)确定该收紧马达的速度；并且(f)从该闭环控制模式切换至开环控制模式从而在该收紧马达的所确定的速度降至低于预定失速速度水平时控制该收紧马达以减小的速度运行。
[0008] 在本发明的另一个方面，采用了本发明多个特征的螺旋输送机的一种型式包括一个具有竖直旋转轴线的圆柱形驱动转鼓以及围绕其周缘间隔开的多个驱动构件。联接至该驱动转鼓上第一马达使该驱动转鼓围绕其旋转轴线以转鼓速度进行旋转。输送机皮带具有内边缘，该内边缘带有被这些驱动构件强制性地接合的多个驱动接收构件。该输送机皮带被安排成沿着螺旋路径在该驱动转鼓上从入口向出口上下地前进；收紧机构包括驱动轴和以收紧速度运行并且驱动该驱动轴的第二马达，该收紧机构在该出口下游的卸放区段中接合并且驱动该输送机皮带。传感器测量该螺旋输送机的、指示该卸放区段中的输送机皮带的张力的操作变量并且产生反馈信号。联接至该第二马达上的控制系统接收该反馈信号并且产生收紧速度信号以便根据该反馈信号以闭环控制运行模式来调节该第二马达的速度从而维持该卸放区段中的输送机皮带的恒定张力。
[0009] 在本发明的又一个方面，采用了本发明多个特征的螺旋输送机的另一种型式包括一个具有竖直旋转轴线的圆柱形驱动转鼓。第一马达联接至该驱动转鼓上以使该驱动转鼓围绕其旋转轴线以转鼓速度进行旋转。输送机皮带被安排成沿着螺旋路径在该驱动转鼓上从入口向出口上下地前进。收紧机构在卸放区段中驱动地接合该出口下游的输送机皮带、并且包括驱动轴和第二马达，该第二马达以收紧速度运行并且驱动该驱动轴。失速检测装置检测该第二马达的失速条件。当该失速装置检测到失速条件时，切换装置将对第二马达的速度的控制从闭环控制切换至开环恒速控制。
[0010] 附图简要说明
[0011] 参照以下描述、所附权利要求书和附图将会更好地理解本发明的这些特征及其优点，在附图中：
[0012] 图1是体现本发明特征的一种直接驱动螺旋输送机系统的侧向立面示意图；
[0013] 图2是用于图1的螺旋输送机系统的控制系统的框图；
[0014] 图3是通过图2的控制系统中的控制器来进行的控制模式切换例程的流程；并且[0015] 图4是转鼓马达速度、收紧马达速度输入、和驱动轴扭矩的正时图，展示了图2的控制系统的运行。
具体实施方式
[0016] 图1中示意性示出了一种螺旋输送机。该螺旋输送机包括一个处于圆柱形转鼓或保持架形式的驱动转鼓10，该驱动转鼓被驱动以便围绕竖直旋转轴线12旋转。该旋转的转鼓具有多个平行的、总体上竖直的驱动构件14，这些驱动构件围绕其周边16是规则地间隔开的。每个驱动构件的长度在转鼓的底部18与顶部19之间延伸。输送机皮带20围绕该转鼓从入口17到出口17’沿着多层螺旋路径。该路径是由一个螺旋搬运装置(carryway)或由位于底部的一个搬运装置以及安装在皮带上的多个搭接板(stacker plate)限定的。该皮带的内边缘上的驱动接收元件强制性地接合这些驱动构件，这些驱动构件随着该转鼓的旋转而驱动该皮带向上或向下。在这个实例中，该皮带被该转鼓驱动向上。转鼓10在其底部18处被安装至一个底座24上并且被马达21旋转。该皮带围绕不同的收紧链轮、惰轮链轮以及给送链轮22行进，使其产生了从位于转鼓顶部的出口17’返回至底部处的入口17的路径。安装在驱动轴15上的这些收紧链轮22’正好在皮带从螺旋路径离开的出口17’下游接合该皮带路径的卸放区段25中的皮带。在2012年1月19日公开的国际公开号WO2012/009222A1“强制驱动式螺旋输送机和皮带(Positive-Drive Spiral Conveyor and Belt)”中披露了此类螺旋输送机系统的一个实例。
[0017] 由于输送机皮带20被驱动转鼓10强制性地接合并驱动，所以该转鼓和收紧机构的速度的必须相协调或者同步，该收紧机构包括收紧驱动轴15、链轮22’、和收紧马达23。如果该收紧马达运行太快，它将试图将皮带从转鼓上以比该转鼓可以提供的更快的速度拉下。这可能致使这些链轮跳齿并且可能损坏皮带和链轮齿。如果收紧马达运行太慢，则皮带20将在该皮带从转鼓10离开的出口下游的卸放区段25中变得松弛并且开始堆叠。为了避免这些问题，该收紧马达23在正常运行过程中以闭环控制模式运行，例如闭环恒扭矩控制模式。
[0018] 图2中示出了用于收紧马达23的控制系统的框图。该示例性的控制系统包括一个可编程序逻辑控制器(PLC)28或其他可编程装置以及一个马达控制器30，例如变频驱动器。控制器28向马达控制器30发送收紧速度信号32，该马达控制器通过控制线路34来控制收紧马达23的速度。图1中还示出了，扭矩杠杆或臂36附接在驱动轴15的一端处。该扭矩臂的远端附接至测力元件38上。该测力元件还附接至一个静止点40上。当驱动轴15的扭矩增大，扭矩臂36围绕其到该轴的连接点顺时针旋转。测力元件38产生扭矩反馈信号42，该信号被发送至控制器28。因此，测力元件用作测量该收紧驱动轴15的扭矩的扭矩传感器，该扭矩是卸放区段25中的皮带张力的指示。确定扭矩的另一种方法是通过从该收紧马达的电流的测量值来估计。并且，代替或除了测量扭矩之外，该控制系统还可以使用张力传感器43来测量卸放区段25中的输送机皮带20的张力。张力传感器43可以是安装在该输送机皮带自身中并且将张力反馈信号45发送至控制器28的传感器、或者是例如测力元件，该测力元件被定位在该皮带下方的略微升高的搬运路径中以便通过皮带排放抵抗该搬运路径的力来感测皮带张力。所以该传感器(无论是扭矩传感器或张力传感器)都测量该螺旋输送机的、指示卸放区段25中的输送机皮带20的张力的操作变量。
[0019] 控制器28被编程来运行一个软件控制例程，该例程将扭矩反馈信号42与预定的(操作者可设定的或根据经验设定的)扭矩设定点进行比较。(在该反馈信号是张力测量值的情况下，将张力反馈信号45与张力设定点相比较。)这两个量之间的差表示控制器的误差信号，控制器根据这个误差信号来计算收紧速度信号32。该控制例程可以是例如比例-积分-微分(PID)控制器。比例、积分和微分的控制增益参数可以是根据经验确定的或者是手动可设定的。由于该误差信号是测量扭矩与设定点扭矩值之间的差，所以该控制器调节收紧马达23的速度以维持驱动轴15的扭矩恒定或使得该卸放区域中的输送机皮带的张力恒定。在这个闭环控制运行模式中，收紧马达速度被动态地调节以考虑皮带的伸展和收缩以及通过使马达以恒定速度运行所不能克服的其他影响。
[0020] 在一些应用中，例如在冰柜中，被输送的食品可能冻在该输送机皮带的输送表面上。在图1中，刮刀26被示出为是定位成当皮带20围绕收紧链轮22’时抵靠皮带。该刮刀从皮带上刮掉冰和冷冻产品。在一些情况下，冰和冷冻物品可能停留在刮刀26与皮带20之间。当发生以上情况时，该皮带阻塞，从而致使收紧马达23失速并且使得来自转鼓10的皮带堆叠。
[0021] 为了解决与失速的收紧马达23相关联的这些问题，该控制器提供了切换装置，该切换装置从闭环控制运行模式切换至开环恒速运行模式。开环运行模式可以被设定成持续预定的(操作者可设定的或根据经验确定的)时间段或直至阻塞条件清除。感测刮刀上的压力减轻、检测马达电流或功率或是驱动轴扭矩从高水平发生大幅下降、或观察该刮刀以检测阻塞材料从刮刀上的清除是对该控制器提供如下信号的其他方式：这些信号指示了阻塞已被清除并且该马达不再失速从而可以恢复闭环控制。该控制器直接通过该马达轴上的转速计或编码器、或间接地根据该控制例程所计算的速度信号来确定收紧马达的速度。当该收紧速度下降到低于预定的(操作者可定置的或根据经验确定的)失速速度，或扭矩测量值快速地增大超过标准的扭矩水平(失速检测装置的两个实例)时，进行从闭环到开环运行的切换，并且该控制器将减小的收紧速度信号发送至马达控制器30。该减小的速度信号持续该预定时间段的持续时间或直至表面阻塞条件已经清除。接着控制器28再次切换返回至闭环控制模式。
[0022] 如图2所示，该控制器接收来自该转鼓马达或其速度控制器的转鼓速度信号44。根据该转鼓速度，控制器28计算出标称收紧速度，该标称收紧速度代表在没有负载、温度、或其他通常影响转鼓与收紧机构之间的正时的影响下与转鼓速度一致的收紧速度。例如，该标称速度可以是根据经验确定的或可以是典型闭环运行过程中的平均速度。该控制器从闭环切换至开环运行时的失速速度可以例如被设定成该标称收紧速度的百分比分数(例如10％)。同样，用于开环恒速运行的减小的速度设定可以例如被设定成该标称收紧速度的百分比分数(例如80％)。
[0023] 图4的正时图表和图3中的控制模式切换例程的示例性型式的流程展示了阻塞条件期间该控制器的运行。如图4所示，转鼓速度(Vd，顶部迹线)一直保持恒定。中间迹线示出了举例而言当控制器以闭环控制模式作为恒扭矩控制器运行时，控制线路34上的收紧速度控制信号Vt。该信号以对应于标称收紧速度46的恒定水平开始。而该收紧马达以该标称收紧速度运行，扭矩(T，底部迹线)由于该闭环恒扭矩控制也是恒定的。当在时刻tj1开始发生阻塞时，该控制器减小收紧速度Vt以对抗驱动轴中扭矩T的快速增大。控制器28定期运行的图3的控制环切换例程首先在步骤60确定开环计时器是否到时间而指示该预定开环时间段结束。该例程检查开环计时器标记的状态，该计时器标记是在启动时初始设定的。如果该开环计时器没有运行，则该例程在步骤62根据转鼓速度来计算标称收紧速度。接着该例程在步骤64将实际的收紧速度与失速速度水平(该标称收紧速度的百分比分数)进行比较。如果该实际速度超过该失速速度，则该控制器以闭环恒扭矩控制模式运行。首先，该例程在步骤66中启动失速计时器并且清除失速计时器标记。失速计时器标记在启动时被初始地清除。
由于每次重启该失速计时器时实际速度都超过了失速速度，所以只要实际速度始终高于失速速度，该失速计时器就永不计时结束。接着，该例程在步骤68运行该恒扭矩PID(或其他)控制器例程。该控制器例程根据测量扭矩和扭矩设定点来计算更新后的收紧速度。最后，在步骤70，该更新后的收紧速度以收紧速度信号被发送至该马达控制器。当该例程接下来运行时，如果实际收紧速度小于失速速度水平，则该例程首先在步骤72检查该失速计时器标记来查看该失速计时器是否计时结束，该失速计时器是初始化过的并且该失速计时器标记清除了上一次实际速度超过失速速度的记录。如果它没有计时结束(该失速计时器标记仍是清除的)，而指示该失速条件没有持续足够长，则该例程再次运行闭合的PID控制器。事实上如果马达失速，则该PID控制系统继续将该收紧速度向零减小。如果该收紧速度仍旧低于失速速度水平，则最终该失速计时器计时结束，并且该例程在步骤76启动一个开环计时器并且清除开环计时器标记，从而指示开环控制模块的开始。在步骤78，该收紧速度被设定为减小的恒定速度水平，即，该标称收紧速度的百分比分数。在步骤70，该减小的收紧速度以收紧速度信号被发送至该马达控制器。下次该例程运行时，该开环计时器尚未计时结束并且该控制器将相同的减小的收紧信号发送至该马达控制器。开环运行持续到该开环计时器计时结束并且从步骤60起恢复正常操作。因此，运行其控制模式切换例程的控制器28包括用于检测失速的收紧马达的失速检测装置和用于在开环马达控制与闭环马达控制之间进行切换的切换装置。在这个实例中，该开环计时器和失速计时器通过计时器例程运行，这些计时器例程例如在这些计时器计时结束时将这些定时器以规律的间隔进行减量并且设定计时结束标记，即开环计时器标记和失速计时器标记。这些标记告诉这两个决定框60和72这些计时器是否计时结束。作为一个替代方案，这些计时器可以在控制环切换例程内，因为该例程以规律的周期速率运行。在这种情况下，每次当实际收紧速度小于失速速度时该失速计时器被该切换例程减量，并且每次当开环计时器没有计时结束时该开环计时器被减量。
[0024] 图4中的信号时间迹线展示了控制模式切换例程的操作。在tj1处出现阻塞之后，在to1处该失速计时器最终计时结束并且启用开环控制。该收紧马达以减小的收紧速度Vtr开环行，持续该开环计时器时间段的持续时间，这个持续时间在to2结束。接着闭环恒扭矩控制恢复。该收紧速度初始地增大以收紧皮带中堆叠的松弛部并且最后在tj2处出现第二次阻塞时开始稳定。该控制模式切换例程像第一次阻塞那样运行。最终，该闭环恒扭矩控制稳定下来而使该收紧马达以标称收紧速度Vtr运行。(中间迹线中的交叉阴影区域指示开环控制模式；在所有其他时间，控制环是闭合的。)
[0025] 尽管已经关于示例性版本描述了本发明，但其他型式也是可能的。例如，该收紧马达可以被实现为在具有或不具有变频驱动器的情况下可以改变其速度的任何种类的马达。作为另一个实例，具有控制模式切换的控制器可以在低张力、过度驱动的螺旋路径的情况下、或在堆叠式螺旋路径的情况下、以及在通过举例描述的强制性驱动的螺旋路径的情况下运行。
