自动液压拉紧装置的研究开发.pdf

第5期 总第1 6 8期 2 0 1 1 年 1 0月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI C AL E NGI NE ER l NG A UT 0MA r I 1 0N No ． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 1 0 ． 0 0 9 0 0 3 自动液压拉 紧装置 的研究开发 程俊 萍 西山煤电集团公司 机电厂，山西太原0 3 0 0 5 3 摘要在分析国内外带式输送机机尾自移装置与液压自动张紧装置的同步性的基础上，针对目前综采工作面 快速推移的要求，开发了一种可在输送机不停机的条件下实现输送机机尾移动和输送带伸缩的新型液压自动 张紧装置，并介绍了其工作原理和结构特点。 关键词自移机尾；动态响应；蓄能器；拉紧装置 中图分类号T H 2 2 2 文献标识码 A 0 引言 伸缩带式输送机是 目前煤矿井下顺槽运输 的主要 设备 ，其机尾与转载机机头搭接 ，当采煤机完成一个 截深时 ，需前移机尾。随着高产高效工作面的不断出 现 ，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾能随着工作面的 快速推进实现快速 自移。 国内现有带式输送机 自移机尾装置及 自动张紧装 置不能够实现不停机快速移动，其主要原 因是由于与 自移机尾装置配套的 自动拉紧装置不能实现在机尾 自 移时同步张紧胶带 。 马蹄尔机构是顺槽转载机与带式输送机的中间衔 接装置。它适用于高产高效工作面，可满足快速推进 的需要 ，同时具有胶带跑偏调整、转载机推移方向校 正和 自行前移等功能 ，能保证快速运送煤炭的通畅和 衔接。 目前应用于可伸缩带式输送机的拉紧装置主要 有 A P W 拉紧装置 、H P W 拉紧装置 、固定绞车拉紧装 置、油缸 慢速绞车式拉紧装置、油缸 液压绞车式 拉紧装置 ，而真正能与马蹄尔机构机尾连续 自移相配 合并运行平稳 的只有 A P W 拉 紧装置 ，其余的几种拉 紧装置虽在国产可伸缩带式输送机上普遍使用，但仅 能满足胶带机尾 自移的功能 ，而不能实现机尾 自移时 不停车的要求 。 1 胶带输送机在连续运行时的受力情况 首先分析胶带输送机在连续运行时的拉力情况。 胶带机的胶带主要承受稳定运行状态下的静拉力 s 和在非稳定运行状态 启动和制动下 的动拉力 S 。静拉力所产生的位移 称之为静位移 ，动拉力导 致 的变形称之为动位移 ，在输送货物重力的作用下由 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 1 3 ；修 回日期 2 0 1 1 - 0 5 ． 1 3 作者简介 程俊萍 1 9 7 2 一 ， 女 ， 山西太原人 ， 工程师， 大专 。 胶带在托辊间的垂度变化而产生 的变形称之为几何位 移 ，则胶带在运行 中某点在某一时刻的总位移为上述 三者之和 ，而胶带 的总拉力为此点此刻动拉力和静拉 力之和。 输送带上某一点的拉力等于沿某一运动方向前一 点的拉力与这两点之间的运行阻力之和。在皮带机设 计中 ，其拉力是利用逐点计算法计算的 ，通常从最小 拉力点开始。输送带最小拉力 同时要满足两个条件 ①满足皮带在滚筒上不打滑；②满足输送带在两组托 辊间的下垂度 。带式输送机所需的拉 紧力 ，在启动、 稳定运行和制动过程中是不同的。因此 ，计算拉紧力 时 ，应按各种工况下输送带在驱动滚筒上都不打滑的 条件计算。理想的拉紧装置应能根据输送机的不同运 行状态 自动调整拉紧力 ，这样 ，既可满足输送带在垂 度和摩擦牵引力方面的要求 ，又可保证输送带不承受 过大的拉力。 考虑到胶带运行中的速度和载荷的不均匀性 ，为 保证在最恶劣 的条件下胶带在驱动滚筒上不打滑 ，同 时又要保证输送带不承受过大的拉紧力 ，因此拉紧装 置的工作拉力为最小拉力的 1 ． 2倍 ～1 ． 3倍 ，最 大起 车拉力为运行拉力的 1 ． 3 倍 ～1 ． 5倍。 通过以上分析 ，可 以得知 自移机尾的移动过程实 际上是胶带机 的非稳定工作过程 。在移动过程中，机 尾 自移的加速度和位移使胶带的动拉力和静拉力在瞬 间均发生了较大的变化，胶带的拉紧力急剧下降，此 时，其拉紧装置应及时产生一个拉紧力使储带小车立 刻响应，迅速位移并恢复至胶带正常工作所需要的拉 力 ，否则 ，将会 导致胶带打滑 ，严 重时将会发 生事 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第 5期 程俊 萍 自动液 压拉 紧装置的研 究开发 9 1 故 。 2 与 自移机尾配套的自动拉紧装置方案设想 根据自移机尾胶带运输机的拉紧力分析， 借鉴国 内外拉紧装置的结构、原理，结合国内现有生产技术 水平 ， 设想了如下 3种方案①行星轮绞车拉紧装 置；②变频控制绞车式拉紧装置；③液压绞车式拉紧 装置。 2 ． 1 行星轮绞车拉 紧装置 行星轮绞车拉紧装置的原理框 图见 图 1 。它主要 由带制动器的行星轮绞车 、可调液压离合器 、微型液 压泵站 、电机 、拉力传感器和电控箱组成。 一一 图 1 行星轮绞车拉 紧装置原 理框 图 2 ． 2 变频控制绞车式拉 紧装置 变频控制绞车式拉紧装置的原理框图见图 2 。它 由机械 绞车、可调液压离合 器、微 型液压泵站 、电 机、拉力传感器和变频控制箱组成。 图 2 变频控制式拉紧装置原理框 图 2 ． 3 液压绞车式拉 紧装置 液压绞车式拉紧装置原理框 图见图 3 。它 由液压 绞车、辅助拉紧油缸、液压泵站、拉力传感器和电控 箱组成 。 3 方案分析及选择 方案一优点是传动路线短 ，响应速度快 ；缺点是 现有绞车的制动机构易失效 ，国产液压离合器安全调 节性能差 ，防爆式小型液压泵站 目前没有配套 ，且设 计 、开发周期长。 方案二结构紧凑 ，运行平稳 ，安全性能好 ；缺点 是与之配套的防爆变频控制器需开发，国产液压离合 器安全调节性能差 ，防爆式小型液压泵站 目前没有配 套 ，且设计、开发周期长。 方案三以液压绞车作为主拉紧绞车 ，辅助拉紧油 缸与蓄能器作为动态补偿 ，动作较为平稳 ，且在现有 的基础上开发周期短 ；缺点是 由于从 电机得电到系统 建压有一个时间延迟 ，当机尾快速 自移时，其响应速 度满足不了需求 ，这就要求泵站一直运行 ，能量损失 大 ，系统发热大 ，液压系统需要增加换热装置 ，且泵 的寿命短 。 经过对上述3种方案的比较分析，根据目前的现 状，可优先开发液压绞车式拉紧装置，但需解决由于 液压系统长期连续运行而导致的系统发热问题 ，对此 有两种解决方案①增加换热装置，提高自动程度； ②通过人工超前输人机尾移动信号并强制起动泵站建 立系统压力。 图 3 液压绞 车式拉紧装置原理框 图 4 液压绞车式拉紧装置的工作过程及特点 液压绞车式拉紧装置主要配置如下 泵站及管、 阀；拉力传感器；拉力油缸、液压拉力绞车；滑轮组 及支座、钢丝绳、绳卡；含 P L C的电控箱；信号控 制线及信号发生器；辅材等。 4 ． 1 液压绞车式拉 紧装置的工作流程 当皮带机主控发出起车指令后 ，首先起动液压绞 车预拉紧 ，绞车预拉 紧完成后 ，液压油缸开始动作 ， 并与液压绞车同步拉紧，当拉紧力达到正常运行拉紧 力的 1 ． 3倍 ～1 ． 5倍时 ，拉紧装置给皮带机主控 回复 指令 ，皮带机主电机开始得电，皮带机启动。当皮带 机完成启动过程并转入正常运行时 ，液压系统的拉紧 力降至设定 的正常拉紧力 ，拉紧装置的液压系统泵站 延时停止运行 ，液压绞车制动并 自锁 ，液压油缸通过 蓄能器保压并补充能量 ，活塞杆回缩 ，拉紧滚筒小车 位移 ，将弹性伸长的胶带储存 ，使胶带仍处于正常拉 力下运行。 若胶带继续伸长，油缸回缩使得系统压力低于设 定值时 ，拉力传感器发出指令，泵站再次启动 ，拉紧 绞车开始拉紧 ，拉紧油缸活塞杆腔压力升高，腔体容 积减小 ，杆腔内油压 向蓄能器 回油使之再次储能 ，保 持并恢复到正常的拉紧力 。 当马蹄尔机构需移动时，拉力传感器发出信号， 液压泵站随即启动 ，主拉紧油缸通过有足够能量的蓄 能器站快速向油缸中补充能量 ，直至一个机尾移动行 程结束 ，系统仍然处于工作状态 2 0 s 根据现场要求 设定 ，液压绞车继续拉紧，液压油缸 回位 ，直到复 位后为下一循环做好准备 ，液压系统泵站停止工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1 年 第 5期 4 ． 2 该 自动拉 紧装置的特点 1 该拉紧装置与 自移机尾配合使用可实现不 停机快速自移，节省了工作面顺槽的运输时间，大大 提高了工作效率。机尾缩短或延长动作时电气控制与 自动液压拉紧装置完全同步，不停机缩移机尾时皮带 机不产生严重的打滑 、跑偏 。 2 拉紧装置的控制在原有拉力传感器的基础 上又在张紧油缸上加 了一个触发器 ，从而更好地保证 了与机尾 自移的同步。 3 机尾 自移 油缸设 置前 移速 度液 控单 向阀 ， 以调节机尾移动速度。 4 快速响应 由液压油缸承担 ，增加一 8 0 L的 蓄能器站。 5 经济及社会效益 本产品针对综采工作面和掘进工作面运输巷带式 输送机拆 除、前 移、安装机尾工作时间长、效率低 、 安全可靠性较差等问题 ，通过新型的自动张紧装置与 自移机尾装置配合使用 ，可在输送机不停机的条件下 实现输送机机尾的移动和输送带的伸缩 ，大大提高了 输送机的输送效率。 De v e l o p me n t o f Au t o ma t i c Hy d r a u l i c Te n s i o n De v i c e CHENG J i m- p i n g Me c h a n i c a l ＆E l e c tr i c a l F a c t o r y ， X i s h a n C o a l E l e c t r i c i t y G r o u p C o m p any ， T a i y u a n 0 3 0 0 5 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n a n a l y s i s o f mo b i l e b e l t t a i l a n d h y d r a u l i c a u t o ma t i c t e n s i o n d e v i c e o n c o n v e y o r a t h o me a n d a b r o a d，aime d a t t h e r e q u i r e me n t s o f t h e f u l l y me c h a n i z e d f a c e，a k i n d o f a u t o ma ti c h y d r a u l i c t e n s i o n d e v i c e wh i c h c o u l d a c h i e v e t h e t e l e s c o p i c mo t i o n o f b e l t t a i l i n c o n v e y o r n o n s t o p c o n d i t i o n Was d e v e l o p e d ，a n d the w o r k i n g p ri n c i p l e a n d s t r u c t u r a l f e a t u r e s of t h e d e v i c e we r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． Ke y wo r d s mo b i l e bel t t a i l ；d y n a mi c r e s p o n s e；a c c u mu l a t o r ；t e n s i o n d e vic e 上接第 8 6页 参考文献 [ 3 ] 付永忠 ． S o l i d Wo r k s 2 0 0 3 ／ C A Mw o r k s 实用技术精粹[ M] [ 1 ] 张浩 ， 冯长建 ．基于 S o l i d Wo r k s 软件的虚拟样机技术及 其应用[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 4 9 6 7 - 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