长距离带式输送机自动拉紧装置的研究.pdf

第2 9 卷第2 期 西 安科技 大 学 学报 2 0 0 9年 3月 J O UR NA L OF X I A N UN I VE R S I T Y O F S C I E NC E AN D T E C HN OL O GY Vo 1 ． 2 9 No ． 1 Ma r ． 2 o o 9 文章编号 1 6 7 2- 9 3 1 5 2 0 0 9 0 2- 0 2 1 90 4 长距离带式输送机 自动拉紧装置的研究 马胜利， 李福霞 西安科技大学 机械工程学院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 通过对胶带上静、 动张力的分析， 针对长距离、 大运量带式输送机在拉紧过程中胶带伸长 量变化较大以及在稳定和非稳定工况下对张紧力要求不同等情况， 设计了一种采用拉力传感器 进行适时反馈拉 紧力的由比例溢流阀控制的胶带 自动拉 紧装置， 介绍了该拉 紧装置的结构、 工作 原理及特点。 关键词 输送机 ；胶带； 拉 紧力；自动拉 紧；电磁 阀 中图分类号 T D 5 2 8． 9 文献标志码 A 0引 言 随着我国高产高效的综采放顶采煤工艺的大力推广， 煤矿用带式输送机正逐渐向着大功率、 大运量、 长距离的方向发展 q ] 。随着输送带长度的增加， 其伸长量也在增加， 且其受动态张力的影响也趋于明 显。由于传统张紧装置受张紧距离和张紧力的限制， 难以适应 5 0 0 111 以上带式输送机的张紧要求。长距 离带式输送机的张紧装置不仅要满足输送带伸长量的要求， 而且要满足张紧力实时可调。现今， 采用常 规的拉紧系统既不能有效解决输送带伸长量变化较大的实际问题， 又不能根据负载变化适时控制胶带的 动态张紧力_ 4 J 。所以， 有必要研制一种既能满足动态工况要求， 又能满足稳态工况要求， 且张紧力可测 可调， 具有较高安全可靠性的新型张紧装置。 1 胶带上的张 力分析 输送机胶带上的张力情况是影响输送机正常运行和胶带使用寿命的重要因素。张力分析的目的就 是要搞清楚皮带上的张力如何分布及其在各种工况情况下的变化情况， 以便合理选择与布置张紧装置。 1 ． 1 胶带上的静张力 胶带的静张力主要是 由带式输送机正常运行时的运行 阻力产生 ， 按阻力作用的性质可将它分为均布 阻力和集中阻力。均布阻力包括 胶带和物料的变形阻力、 托辊的运行阻力等； 集中阻力包括 改向滚筒 的阻力、 装料点的阻力、 清扫器的阻力等。 为简化计算， 此处对输送机运行阻力采用近似计算。胶带总的运行阻力可分为重载段阻力 ， 空载 段阻力 ． 近似计算的经验公式如下 r0 Wk K Q 2 q d q g g ” g l g w c o Q l g s i n卢， 1 Q q l g w C O S 卢 Q l g s i n 卢， 2 K q d q l g w C O S ／ 3 T - q d l g s i n卢 ． 3 式中K为与输送机长度有关的系数； Q为每米胶带的货载质量， k g ／ m； q 为每米胶带的质量， k g ／ m； L为 输送机的铺设长度 ， m； g为重力加速度 ， m／ s ； 卢为输送机的铺设倾角 ， md ； w为总的运行阻力系数 ； q ， q 为重段、 空段单位长度托辊转动部分质量， k g ／ m； w ， 为重段、 空段的运行阻力系数。 收稿 日期 2 0 0 8 0 61 5 作者简介 马胜利 1 9 6 2一 ， 男 ， 陕西西安人 ， 副教授， 主要从事机电液传动与控制方面的研究 2 2 0 西安科技大学 学报 2 0 0 9盘 在公式 1 和 2 中， 输送机重载分支向上运行时取正号， 向下运行时取负号； 而公式 3 正负号的取 舍则与之相反 。 如果加上输送机运行中的附加阻力 W ， 则输送机总的运行阻力 为 ∑W1 ． 1 ． 4 一 般来说 ， 胶带与驱动滚筒分离点处的张力就是胶带 的最小张力。 因此 ， 在输 送机设计 时， 通常是先 求出胶带在驱动滚筒分离点处的张力 ， 再求出胶带在驱动滚筒相遇点处的张力 。 ． 正常运行时 ， 5 正常运行时 ， 5 T 。 ． 6 式中 为胶带在主动传动滚筒上 的滑动角。 1 ． 2胶带上的动张力 胶带上的动张力主要是由带式输送机在非稳定运行状态下的加速度的影响而产生。 起动时， 由于加速度而产生了动张力， 因此需要增加摩擦牵引力以平衡动张力， 即 F 一 一 m0 0 ． 7 驱动滚筒上的牵引力仍然是紧边与松边的张力差 ， 综合式 5 6 7 得 m o ∑m o , ； T 式中 ∑m为 系 统的 总 变 位质量， k g ； a 为 系 统的 运动加 速度， m ／ s ． 可见 ， 起动工况下的 值与稳定运行时不同， 且与起动加速度有关。 由于起动时的安全系数小于稳定 运行时 的安全系数 ， 所以， 若要继续增大驱动力就需调整松边张力 。 制动时， 电机停止输出转矩。 此时， 成为紧边张力， 成为松边张力， 且仍然满足欧拉公式， 此时 ／ ， 因此制动力公式为 一1 ． 8 制动时胶带的力平衡方程为 w o m 口 F ． 9 综合式 8 9 有 二 ∑，孔 n 一 。 ； 二 - ∑m n 一 。 式 中 口 为制动减速度 ， m ／ s ． ． 可见 ， 与制动减速度 口 有关。 为了延长胶带的使用寿命 ， 在输送机停止运行后 ， 胶带通常只需维持 较低的张紧力 ， 因此在制动过程中， 胶带的张紧力要小于正常运行时的张紧力。 由上述分析可知 ， 在起 、 制动等非稳定工况下 ， 胶带对张紧力的要求是不同的。 因此 ， 为使胶带能够平 稳运行 ， 拉紧装置应能 自动调整拉紧力 ， 并具有快速响应 的性能。 2 自动拉紧装置的原理[ ’ ] 在原有的自动拉紧装置的基础上， 通过对胶带上的张力和输送机的工作状况的深入分析， 对 自动拉 紧装置的液压系统重新进行了设计， 对传统拉紧装置的缺点作了改进。 本装置主要采用比例溢流阀来控 制液压马达 的输 出扭矩 ， 并通过将传感器所测得 的张力值进行反馈来实现对胶带在不同工况下的张紧力 进行适时控制。 自动拉紧装置的布置示意图如图 1 所示 ， 其液压系统的工作原理图如图2 所示。 第2期 马胜利等 长距离带式输送机 自动拉紧装置的研究 2 2 1 操作人员按下拉紧装置 的启动按钮 ， 油泵电机启动 ， 电 磁 阀2 0带电， 盘形制动闸 l 5松闸。 然后 ， 电磁阀 7右端和电 磁阀2 l左端同时带电， 液压油流经阀 7右端和阀2 1 左端使 缓冲油缸张紧和液压 马达正转 紧绳 。 张力传感器将所测 张 力值转换成电流 ， ， 此电流 ， 与比例阀 6的输入 电流 ， n 1 ， 2 ， 3， 4 进行 比较 。 ， 一 1 ． 5 ， 2 为输送机 电机启动所需张力 对应的电流 ， ， 2 为正常运行所需张力对应的电流 ， 1 3 0 ． 9 1 2 №． 。 ⋯ Sk e t c h o f t he a u t ⋯ o m a t i c a ⋯ l t e n s eI 3 或故障时张力对应的电流。 当 ， 。 时， 延迟s 后 ， 电控系 ． ． ， 统将比例阀6 的输入电流切换为， ， 并发信号使输送机电机 l 胶 管 2 张 紧 小 车 3 导 向 滑 轮 4 张 紧 缓 冲 油 缸 油液经其右端使液压马达反转松绳。 器’ 张紧小车滑轮 当，1 2 时 ， 延迟 3 s ， 电控系统将 比例阀6的输入电 流切换为 ， 2 ， 电磁阀2 0断电， 制动闸 1 5制动 ， 电磁 阀7 断 电处于中位 ， 油泵 电机停转 ， 拉 紧装 置在蓄能器和制动 闸的作用的下 ， 张力保持不变。 在此期间， ， 不断变化 ， 比 例 阀6的输入电流保持 ， 2 不变 ， 当， ， 一3 k N≤，1 2 时 ， 电磁阀 7右端带电， 缓冲油缸紧带 ， 同时为蓄能器蓄能 ； 当1 2， ≤， 2 3 k N时， 电磁阀7 左端带电， 缓冲油缸松 带 ， 实现对张紧力的微量调节 ， 此时 ， 缓冲油缸不仅可以 起到微调的作用 ， 也可在胶带受到重大冲击时起到缓 冲 作用 ； 当 ，I 2 3 k N时 ， 电磁 阀2 0带电， 制动闸 1 5松闸， 电磁阀2 l 右端带 电， 液压马达反转松绳 ， 实现张紧力的大范 围调节。 1 4 网2液压系统原理图 当 ，， 3 时 ， 延迟3 s ， 电控系统将 比例阀6的输入电 F i g ． 2 P r i c i p l e s c h e m a t i c s o f h y d r u l i s y s t e m 流切换为 ， 并发信号使输送机电机制动并减速运行。 当 1 油 箱 2 滤 油器 3 电 机 4 变 量 泵 5 - llq 阀 6 比 例 溢 输送机的测速装置测到输送机电机转速减到 0时 ， 控制 流阀 7 ， 2 1 三位四通双向电磁换向阀 8 压力继电器 9 苗 系统发信号使油泵电机停转， 各电磁阀断电， 制动闸制 能 器 o 张 力 传 感 器 1 1 缓 冲 油 缸 溢 流 1 3 液 控 动 ，整 个 拉 紧 装 置 停 止 工 作 。 盖 向 简 。 。 当 ，， 4 时 ， 延迟 3 s ， 电控系统将 比例 阀6的输入电 阀 2 2 空气滤清器 2 3 液位计 2 4回 油滤油器 流切换为 ， 4 ， 并发信号使油泵 电机停转 ， 各 电磁阀断电， 制动闸制动 ， 整个拉紧装置停止 [ 作。 专 门针对带式输送机紧急停机 、 断带或 突然断电停机时最易造成 自动拉 紧装置受到破坏等情况 ， 将 比例溢阀的输入 电流设定为 ， 4 ； 缓冲油缸起到了微调和缓冲双重作用 ； 缓冲油缸在微调时， 采用大容量蓄 能器维持张力恒定 可避免泵频繁启动 ； 比例溢流阀的输出压力可按输入信号的大小改变液压马达的输 出扭矩 ， 实现对张紧力的适时控制 。 3 结语 根据上述的对胶带张力的分析可知， 输送机在起 、 制动等非稳定工况下 ， 胶带对 张紧力 的要求不同。 因此 ， 为使输送带能够平稳运行 ， 为使 自动拉紧装置能适时张紧 ， 将 比例控制技术应用到 自动拉紧装置 中 是一种必然的趋势。本系统所采用的比例溢流阀可以根据工况要求改变系统工作压力， 体现了比例控制 西安科技大学 学报 2 0 0 9 阜 技术的优势。 参考文献 R e f e r e n c e s 王永智， 廉自生， 吴波． 可伸缩带式输送机自动张紧绞车的研究[ J ] ． 科学之友， 2 0 0 6 ， 4 1 0 1 1 ． WA N G Y o n g - z h i ， L I A N Z i - s h e n g ， Wu B o ． T h e s t u d y o f a u t o m a t i c a l l y t e n s i o n i n g u s e d i n r e t r a c t a b l e b e l t c o n v e y o r [ J ] ． F ri e n d s o f S c i e n c e ， 2 0 0 6， 4 1 01 1 李光布． 带式输送机动力学研究及设计[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 8 ． L 1 G u a n g b u ．T h e res e a l h a n d d e s i g n o f b e l t c o n v e y o r d y n a m i c s [ M] ．B e i j i n g Ma c h i n e r y I n d u s t ry P l s s ， 1 9 9 8 ． 许益民． 比例控制系统分析与设计 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 ． X U Y i m i n ．The a n a l y s i s a n d d e s i g n o f p r o p o r t i o n al c o n t r o l s y s t e m[ M] ． B e r i n g M a c h i n e I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 5 ． 路甬祥 ， 胡大绂． 电液比例控制技术[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 8 ． L u Y o n g x i a n g ， H U D a - 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d i s t a n c e b e l t c o n v e y o r MA S h e n g - l i ， LI F u x i a C o l l e g e o fMe c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， a n U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， X i 口 n 7 1 0 0 5 4 。 C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a n a l y z i n g t h e s t a t i c a n d d y n a mi c t e n s i o n ，t h i s a r t i c l e d e s i g n e d a ll a u t o ma t i c t e n s e d e v i c e u s i n g a t e n s i o n s e n s o r w h i c h wa s c o n t r o l l e d b y t h e p rop o r t i o n a l r e l i e f v a l v e a n d i n t r o d u c e d t h e s t r u c t u r e o f t h e d e v i c e，i t s wo r k i n g p ri n c i p l e a n d c h a r a c t e ri s t i c s f o r t h e s i t u a t i o n t h a t t h e b e l t t e l o n g a t i o n i s l a r g e r i n t h e t i g h t e n i n g c o u r s e o f t h e l o n g d i s t a n c e ，l a r g e v o l u me b e l t c o n v e y o r a n d the r e q u e s t s o f the t e n s i o n a r e d i ff e r e n t u n d e r t h e s t a b i l i t y a n d n o n ． s t a b l e c o n d i t i o n ． Ke y wo r d s c o n v e y o r ；t a p e ；t e n s i o n；a u t o ma t i c t e n s i o n；e l e c t roma g n e t i c v a l v e } Bi o g r a p h yMA S h e n g - l i ，As s o c i a t e Pr o f e s s o r ，Xi ’ a n 7 1 0 0 5 4，P． R． Ch i n a，T e l 0 08 61 3 9 91 8 0 4 08 7 。E． ma i l ms 14 0 8 1 2 6． c o m 1 J 1 j 1 j] J 1 J