带式输送机智能软件张紧装置的研究.pdf

第 2 7卷第 2期 2 0 0 6年 2 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l V0 】 ． 2 7 N0 ． 2 F e b． 2 00 6 眄 产品 结构 钮 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 6 1 0 2 0 2 9 1 ． 0 3 带式输送机智能软件张紧装置的研究 张巨勇“ 。施浒立 ，陈志平。 1 ． 中国科学院国家天文台，北京 1 0 0 0 1 2 ；2 ． 杭州电子科技大学 ，杭州 3 1 0 0 1 8 ； 3 ． 中国科学院 研究生院，北京 1 0 0 0 4 9 摘要 张紧模型分析表 明， 拉 紧张力的调整具有复杂性， 采用智能软件张紧装置能够较好地 满足复杂的调整功能。 即智能软件模块根据采集的信 息。 实时计算系统所 需最小拉 紧张力值 ， 预 测 其增大与减小的趋势。 对比实际拉 紧张力， 进行判断与决策， 然后执行器执行决策结果。 关键词 智能软件；张紧装置；软件机械；软件技术 中图号 T P 3 9 1 ． 9 ；T H 1 3 5 文献标识码 A S t u d y o f Kn o wl e d g e wa r e Te n s i o n i n g De v i c e o f Be l t Co n v e y e r Z H A N G J u y o n g t ， S H I H ul i “ 。 。 C H E N Z h t p h 1 ． N a ti o n a l A s t r o n o m i c M O b s e r v a t o r i e s o f C h i n a ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 2 。 C h i n a ； 2 ． H a n g z h o u E l e c t r o n U n i v e r s i t y 。 H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 。C h i n a ； 3． Gr a d u a te S c h o o l o f t h e C h i n e s e Ac a d e my o f S c ie n c e s ，B e ij i n g 1 0 0 0 4 9 。Ch i n a } A b s t r a c t U s i n g k n o w l e d g e w a r e t e n s i o n i n g d e v i c e c a n s a t i s f y w e l l t h e c o m p l e x a d j u s t m e n t o f t e n s i t y t h a t s h o w e d b y t i g h t e n mo d e l a n a l y s i s ．T h e p ri n c i p l e o f k n o w l e d g e w a r e t e n s i o n i n g d e v i c e i s a c c o r d i n g t o g a t h e ri n g i n f o rum t i o n。s o f t wa r e mo d u l e r e al t i me c alc u l a t e a n d f o r e c a s t the mi n i mu m t e n s i t y v alu e d e ma n d e d b y s y s t e m ，c a r r i e 8 o u t e s t i ma t e a n d d e c i s i o n ma k i n g a f t e r c o n t r a s t i n g t h e mi n i mu m t e n s i t y v a l u e a n d t h e a c t u a l t e n s i t y v alu e， t h e n t h e d e c i s i o nma k i n g a r e i mp l e me n t e d． Ke y wo r d s k n o wl e d g e wa r e；t e n s i o n i n g d e v i c e s ；s o f t wa r e ma c h i ne r y ；s o f t wa r e t e c h n o l o g y O 引言 张紧装置种类较多， 以往大多用液压和机械机 构实现， 不仅部件较多 ， 机构庞大， 布置困难 。 而且张 力难 以实现 自动及时调整。特别是近年来输送机工 作距离增长， 负载增大与变化频繁 ， 张紧装置性能要 求更高， 以往类型的张紧装置难以适应要求或设计 难度很大。用软件模块与技术实现和拓展机械的部 分功能或全部功能， 使机械具有更大的柔性、 灵活性 和更高的“ 智力” 等 ， 是软件机械设计的理念和研究 内容。本文运用软件机械理念， 进行智能软件张紧 装置的设计研究 ， 使张紧装置具有数字化和智能化 的特点 ， 从而使张紧装置设计难度下降。 性能更佳 。 1 智能软件张紧功能 1 张紧模型分析 带式输送机的布置类型较多， 以机头驱动、 机尾 张紧的输送机为例进行模型分析。图 1 为输送机 的 受力简图。 s ； 一 s 。 ∑m 。 n ∑ m 。 n 1 式中 s ； 。 s 。 驱动滚 筒驱人 点和分离 点处 张 力 ； ， 承载 段和空 载段的非惯性阻力 ， 承载段阻力随承载物料量 的增大 而增大 。 与物料 出入输送带 的状 态等因素也有关 ； ∑ n ， ∑ m n 承载段和空载段的 惯性阻力。 根据输送带上某点张力等于沿输送带的运行方 向后一点的张力与这 2点 间的阻力之和， 则拉紧滚 筒驱入点张力 s ； 和分离点处的张力 s 。 分别为 s I _s 。 m n 2 s 。s ； 一 一 m 。 n 3 结合式 1 式 3 计算张紧装置的拉紧张力 Ⅳs i s 。 2 S 。 m n 4 驱动滚筒满足摩擦传动的条件为 S i ／ S 。≤ e 5 式中 a 驱动滚筒输送带包角 ； 输送带与滚筒表面之问的粘着系数。 为满足驱动圆周牵引力 ， 驱动滚筒分离处所 需最小张力由式 1 和式 5 联立求解为 s e 一 1 6 则所需张紧装置的最小拉紧张力 由式 4 得 N l_Ii 2 [ r ／ e 一 1 T ∑m 口 ] 7 维普资讯 2 9 2 带式输送机智能软件张紧装置的研究张巨勇 ， 等 第 2 7卷第 2期 根据式 1 ， 将式 7 改写为 N 2 [ ． m ． 口 m a ／ e 一 1 T ∑m 口 ] 8 式 8 表明， 输送带在启动加速阶段 ， 比正常运 行阶段 ， 要求张紧装置有更大的拉紧张力； 在工作运 行 阶段， 工况的变化， 使所需张紧装置提供的最小拉 紧张力随之变化。 输送带张力的变化 ， 使总输送带长度 f 产生弹 性伸缩量 △ z ∑△ s i f j／ E A 9 式中 △ s ； 第 f 小段 f 上张力的变化量 ； E 输送带的弹性模量 ； A 输送带的截面积。 这要求拉紧滚筒移动 , X l 1 2的位移。 才可以补偿 输送带的弹性伸缩。 2 智能软件张紧功能的理念 非固定式张紧装置拉紧张力是通过拉动输送带 的伸缩给予调整的， 也就是拉紧张力调整的同时 ， 输 送带的伸缩得以自动补偿。因此 ， 研究重点是拉紧 张力如何调整。 当系统所需拉紧张力上升时， 若滞后提高拉紧张 力 ， 要么张紧装置的拉紧张力本身富裕度较大， 要么 易出现拉紧张力不足 ， 造成摩擦打滑情况。当系统所 需拉紧张力下降时， 若提前降低张紧装置的拉紧张 力， 同样会出现类似情况 ； 因此 ， 当系统所需拉紧张力 有上升趋势时， 能提前提高拉紧张力， 当所需拉紧张 力有下降趋势时， 能滞后降低拉紧张力的张紧装置才 是合理的。面对不同情况实现提前或滞后调整 ， 需要 张紧装置具有状态的判断能力； 如何预测所需拉紧张 力有上升与下降趋势， 需要张紧装置具有预测判断能 力 ； 拉紧张力调整不能太频繁， 所需的富裕， 在不同工 况下应有不同的富裕度， 需要张紧装置具有工况的识 别能力 ； 此外为了系统安全， 还需要张紧装置具有保 护的判断能力。以上这些“ 智能” 功能， 在以往张紧装 置的控制系统中是难以同时实现的。 智能软件张紧功能 ， 有别于以往张紧装置的核 心部件是机 电产品 ， 其核心部件是一个软件模块 ， 它 模仿人能够根据系统 采集的有关参数信息 ， 作逻辑 “ 思考” 后 ， 做出判断 ， 对拉紧张力进行正确地维持与 调整 ， 也就是说 ， 根 据系统适时对 张紧力 的要求趋 势， 做出判断， 是不进行张紧装置拉紧张力的调整， 以免冲击产生 ， 还是提前增大张紧力 。 防范张紧力不 足， 造成驱动打滑， 或滞后减小张 紧力， 防范不必要 长时间的过大张紧力， 以免引起设备寿命的下降； 当 系统负载增大， 可能将超出系统额定负载时， 发出报 警 ， 过负载时， 能够与系统其 它保护装置联保， 停止 系统运行， 保护系统设备安全。 2 备舀 毫 软件张紧装置的设计 智能软件张紧装置的原理与工作过程 由式 1 可知 ， 负载和运行工况的变化引起牵引力 的变化 ， 牵 引 力由驱动电机的驱动力矩提供， 检测驱动电机的有 关电气参数， 能够测出驱动力矩 ； 根据驱 动传动比关 系， 可以算出系统的牵引力 ； 检测驱动电机角加速 度 ， 根据驱动传动 比关系， 也能计算输送带运行 的线 加速度 或直接检测输送带线加速度 ； 空载段输送带 的质量∑m 和空载段的阻力 主要是输送带与托 辊的摩擦阻力和本身重量的阻力分量 。 对于同一个 系统 ， 不同工况下基本上是一个定值。因此 ， 驱动力 矩和输送带加速度已知， 可据式 7 求得对拉紧张力 的最小要求。通过在张紧装置硬件的拉紧索上安装 拉力传感器可检测实际拉紧张力的大小。将这 检 测到的参数信息传人计算机， 计算机中的软件模块， 依据检测到的参数信息， 分析系统对拉紧张力增大与 减小的趋势及对比检测到的实际拉紧张力， 就是否调 整张紧装置的硬件， 使输送带产生伸缩， 调整拉紧张 力的大小等功能， 进行“ 智能” 判断与决策 ， 然后将结 果传给张紧装置的执行件 ， 进行执行。 具体设计中， 首先是 自动张紧功能的软件模块 设计 。图 2为智能软件张紧装置软件模块的控制策 略框图， 它由 2个子模块组成。方框外部分为准备 子模块 ， 为满足系统启动所需较大张紧力 的要求提 前做好准备 ； 方框内的部分为系统工作子模块 ， 对应 系统启动、 运行和停车各阶段对 张紧力的要求及设 备过负载保护等进行“ 智能” 决策。 图2 软件模块的控制策略框图 F i g ． 2 Co n t r o l t a c ti c o f s o ft wa r e mo d u l e 维普资讯 第 2 7卷第 2期 2 O O 6年 2 月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y Vn 1 ． 2 7 N b． 2 F e b．20 06 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 6 } 0 2 ． 0 2 9 3 ． 0 3 斜 井 防 跑 车 装 置 陆兴华 ．刘金龙 ．黄传辉 1 ． 中国矿业大学 机电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 中国矿业大学 材料学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 3 ． 徐州工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对煤矿斜井运输 中矿车易跑车的实际问题， 设计了一种斜井防跑车装置 ， 指 出了现 有的防跑车装置的缺点。 分析 了该斜井防跑车装置的优点； 推导出了钢丝绳在绳道 中摩擦力与正压 力的关系式； 针对斜井运输的实际情况， 给出了具体的设计计算范例。 关键词制动车；制动缸；下托轮 ；电磁换向阎 中图号T D 5 3 4 文献标识码 B Tr a m c a r s Es c a p e Pr e v e n t i n g De 、 ， i c e i n I n c l i n e d Tu n n e l L U Xi n gh u a 。LI L T J l nl 蚰 ．m J ANG C h u a nh u P 。 1 ． C o l l e g e o f M e c h a n i c al E n g i n e e r i n g ． C h i n a U n i v e r s i t y o f M i ni n g a n d T e c h n o l o g y - X u z h o u 2 2 1 0 0 8 - C h i n a ； 2． c o l l e g e o f Ma t e ri a l E n g i n e e ri n g -C h i n a U niv e rsi t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y -X u z h o u 2 2 1 0 0 8- C h i n a ； 3 ． C o ll e g e o f M ech a ni c a l E n g i n e e ri n g - X u z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o gy - X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ．C h i na Ab s t r a c t De a l s w i t h t r a me a r s ， u s i n g i n i n c l i n e d t u n n e l t r a n s p o r t a t i o n ，e a s y O S C 印e p r a c t i c a l p r o b l e m． I t h a s d e s i g r t e d a s e t o f t h e t r a mc a r s e s c a D e p r e v e n t i n g d e v i c e i n i n c l i n e d t u n n e 1 ． I t p o i n t s o u t t h e d e f e c t t h e t r a m c a m O S C a D e p r e v e n t i n g d e v i c e u s i n g n o w a n d a n aly s e s i t s a d v ant a g e ． I t d e d u c e s t h e f u n c t i o n b e t w e e n f r i c t i o n a n d n o r ma l p res s u r e u s i n g i n s t e e l wi r e rop e i n i t s t u n n e 1 ． Ac c o r d i n g t o t h e i n c l i n e d t u n n e l t ran s p o r t a t i o n p r a c t i c a l s i t u a t i o n． i t g i y e s p mc t i c a l d e s i g n c a l e u l mi o n e x a mp l e． Ke y wo r d s b rak e t r a m c a r s ；b r a k e h y d r a u l i c v a t ； h o l d w h e e l b e l o w；e l e c t r o m a g n e t i s m e x c h a n g e v a l v e 0 前言 斜井运输中经常采用的运输方式是 在斜井上 方安置绞车牵引矿车运输物料。由于人为操作及其 他因素 ， 经常出现牵引钢丝绳断绳 ， 矿车沿轨道飞速 下落 。 造成人员的伤亡及财产 的损坏。斜井防跑车 问题一直是煤矿生产中急需解决的棘手问题。 目前 策略框图中， 、 a 和 Ⅳ i 分别为系统第 i 次采 集到的圆周驱动牵引力、 输送带加速度和拉紧装置 对输送带提供的拉紧张力 ； N 为系统对拉紧张力 要求的最小值 依据 、 a 和系统本身参数计算 ； Ⅳ 和 Ⅳ 岫分别为系统启动所要求拉紧张力 的最 大和最小设定值 ； N 和 Ⅳ 分别为系统运行负载增 大或故障时， 拉紧张力达到的报警和停车设定值 ； h 和k分别为满足拉紧张力滞后和提前控制策略的设 定系数值 ， { hk I h ， k ∈ O ， 1 } ， 根据拉紧张力大小 的不同区段设置不同的值。 智能软件张紧功能模块设计后 ， 可方便地与电 动绞车或液压绞车配合组成智能软件张紧装置。当 软件张紧功能模块决策需要拉紧张力作调整时， 打 开电磁制动闸， 驱动绞车电机正转或反转， 调整拉紧 张力大小。当拉紧张力不需要作调整 时， 锁上电磁 制动闸， 停止绞车电机运转。拉紧张力调节的过程， 也是输送带长度伸缩调整的过程 。因此 ， 智能软件 张紧装置不仅对输送带张力进行了控制 ， 也对输送 带长度的伸缩进行了“ 智能” 调整。 由于张紧功能的控制是一个软件模块 。 很容易 进行张紧功能有关设定参数的修改， 丰富与深化控 制策略， 改变它的性能 ； 甚至很容易扩展软件模块 的 功能 ， 或结合系统其它控制功能模块， 将整个系统的 控制合为一体 ， 使整个系统实现“ 智能” 化 ， 提高系统 的工作性能， 即智能软件张 紧装置具有很高 的灵 活 性， 能适应不同场合的要求 ， 具有通用性 ； 同时， 软件 较硬件控制具有更高的稳定性与安全性。 参考文献 [ 1 ] 施浒立 ， 周津慧。 徐 国华 ． 软件机械 [ J ] ． 电子机械工程 。 2 0 0 2 5 1 5． [ 2 ] 施浒立。 张巨勇． 软件安全保护装置[ J ] ． 机电工程。 2 0 0 4 ． 2 1 1 8 一 l 1 ． [ 3 ] 周津慧。 施浒立 ． 软件缓 冲器[ J ] ． 西安 电子科技大学学 报 自然科 学版 ， 2 0 0 2 ， 1 2 9 1 2 1 5 1 7 ． [ 4 ] 徐伟， 寇子明。 李元元． 带式输送机张紧装置的张紧力计算[ J ] ． 煤 矿机电。 2 0 0 5 2 5 5 5 7 ． [ 5 ] 邓春芳， 王鹰． 输送带的张力计算[ J ] ． 太原重型机械学院学报， 2 0 0 4 3 2 1 6 2 1 8 ． [ 6 ] 李福同． 带式输送机张紧装置主要参数的计算[ J ] ． 煤矿机械。 2 0 0 2 4 1 7 1 8 ． [ 7 ] 焦文良， 姜平 ． 交流 电动机力 矩检测 方法 及应用 [ J ] ． 煤矿 机械 ． 2 o o 2 8 5 1 5 2 ． 作者简介 张 巨勇 1 9 7 4一 ， 江西 德兴人 ， 中 国科学 院研究 生 院、 国家天文台在读博士研究生 ． 主要 研究方 向为光机 电一体化 、 天 文仪器、 机械C A D ／ C A E 。发表各类论文 l O 余篇。 合译著作 I 部， T d 0 1 06 4 8 7 5 4 1 1 ， Em a i l 晰 b a o ． 1 c ． c n ． 收稿 日期 2 0 0 5 ． 1 1 - 1 1 维普资讯