1、 中国石油大学（北京）现代远程教育 毕 业 设 计（论文） 带式输送机自动张紧装置设计 姓 名： 学 号： 性 别： 专 业 : 机械设计及其自动化 批 次： 电子邮箱： 联系方式： 学习中心： 指导教师： i 带式输送机自动张紧装置设计 摘 要 带式输送机试高强力、大运量、大功率的现代化大型运输设备，在国民经济中发挥着重要作用。 带式输送机已成为我国煤矿井下连续运输系统的主要运输设备之一，它不仅具有大落差、连续性、高效性、长距离、大运量的特点，而且实现自动化集中控 制广泛应用于煤炭、冶金等多个工作领域。 输送机试橡胶和纤维织品两者复合而成的制品，在应用中的重锤张紧 装置，在运行一段时间后，重
2、锤会自动下降一段距离使输送带变长发生蠕变，使传送带变长而松弛。带式输送机的张紧装置使输送带不会发生打滑现象。 本文通过对带式输送机张紧装置的分析，指出当前张紧装置存在的缺陷，对张紧装置的原理及结构进行了改进设计。设计张紧装置主要由张紧绞车系统、液压系统、电气控制系统等部分组成。由于电流和负载之间存在线性比例关系，根据驱动电流来识别输送带上荷 载量，利用电流与力双反馈动态系统，通过检测电流量 的变化而控制比例溢流阀的溢流，从而控制系统的压力，使输送带产生相应的张紧力，使胶带的张紧力随捕捉驱动电机电流的变化而变化，时刻使交胶带的张紧处在一个动态控制的过程，保证输送带正常运行的必要张力，防止打滑。
3、关键词 ： 自动张紧装置； 带式输送机；动态控制 ii 目 录 第一章 绪 论 .1 1.1 概述 . 1 1.2 张紧装置的发展状况 . 2 1.3 研究的意义 . 2 第二章 动态分析 .3 2.1 动态张紧装置的系统的结构框图机液压系统框图 . 4 2.1.1 系统结构机工作原理 . 4 2.1.2 液压系统的结构机工作原理 . 5 2.1.3 张紧装置的特点及功能 . 6 2.2 带式输送机张紧力的计算 . 6 2.2.1 主要参数的确定 . 6 2.2.2 相关计算 . 6 2.3 张紧绞车的卷筒设计 . 7 2.3.1 钢丝绳的选择 . 7 2.3.2 卷筒及配件尺寸参数设计 .
4、7 第三章 控制系统动态模型建立 .9 3.1 功率放大器的传递函数 . 9 3.2 比例电磁衔铁及先导阀芯等平移组件的传递函数 . 10 3.3 溢流阀的传递函数 . 11 3.3.1 先导液阻网络和主阀控腔的传递函数 . 11 3.3.2 主阀运动及其增益的传递函数 . 12 iii 3.3.3 主阀进口管路容腔的压缩效应和流量的平衡关系 . 12 3.4 液压缸的传递函数 . 13 3.5 负载的传递函数 . 14 第四章 控制系统仿真 .15 4.1 选择仿真工具 . 15 4.2 系统的闭环传递函数 . 15 4.3 系统稳定性分析： . 16 第五章 总 结 .17 致 谢 .18
5、 参考文献 .18 1 第一章 绪 论 1.1 概述 带式输送机经过近两个世纪的发展，已从最初的小型运输工具发展成为具有高强力、大运量、大功率的现代化大型运输设备在国民经济发挥着重要的作用。带式输送机结构简单、工作平稳可靠，噪音小，能实现连续长距离大倾斜输送，设备运行 ，可在胶带的任意位置上加 料或卸料，具有生产效率高、输送量大、能源消耗少的特点，被广泛的应用于煤炭、冶金、矿山、化工、港口、电站、轻工、建材、粮食等工业领域。 二十世纪六十年代末开始，带式输送机进入了另一个新的发展时期，带式输送机技术迅速发展表现在：（ 1）带式输送机功能多元化、应用范围扩大化，如大倾角带式输送机及空间转弯带式输
6、送机等各种类型；（ 2）带式输送机的本身的技术向长距离、大运量、高带速的大型带式输送机方向发展，运行控制更加智能化、稳定化、界面化； (3)带式输送机本身关键零部件向高性能、高可靠性方向发展。 张紧装置是带式输送的 一个基本组成部分，是保证带式输送机正常工作的重要部件。对带式输送机的稳定运行有着至关重要的作用，他的性能的好坏直接影响着带式输送机的整机的工作性能，合理的设计张紧装置就很重要了。 在启动、稳定运行、制动过程中输送带会发生蠕变，是输送带变长而松弛。带式输送机的张紧装置使输送带不会发生打滑现象。由此可见，张紧装置是保证带式输送机正常运行 的保障，它的主要功能有以下几点：（ 1） 保证带
7、式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，防止输送带打滑，从而将驱动装置传递的摩擦牵引力传递给输送带，以带动输送机正常运转。（ 2）保证承载分支 最小张力点的必须张力，限制输送带在托辊之间的垂度，防止物料垂直跳动对托辊形成冲击而导致电机能量的损失及物料的洒落现象。（ 3）补偿输送带过度工况时产生的塑性变形，吸收蠕变产生的伸长变化，维持输送机正常运行所需的最小张紧力，从而保证带式输送机的正常运行。（ 4）减小启、制动是输送带中出现的动负荷。（ 5）带式输送机输送带有若干个接头，张紧装置为带式输送机储备了负荷以外的运输带余量，当输送带接头出现问题时可以通过放松张紧装置重新接头排除故障，为输送带重接接头提供
8、必要的行程。（ 6）在输送带、传动滚筒等部件维修时释放输送 带中的张紧力。 2 1.2 张紧装置的发展状况 张紧装置的性能好坏直接影响带式输送机整体的性能，发展大致经历了三个阶段 . 第一阶段，固定张紧装置。这个阶段的典型代表是绞车张紧装置，这类张紧输送带从本质上说，其功能仅仅是张紧，当输送带出于各种原因伸长，张紧力下降时，只能通过人的发现后，再次张紧。 第二阶段，自动张紧装置。这个阶段的典型代表是自动绞车张紧装置。这类只能实现在稳定阶段的自动张紧，保持输送带在该阶段的张力恒定。由于惯性大、响应速度慢，无法实现起、制动阶段的张力恒定。 第三阶段，阶段性的动态自动张紧，这类 产品的动态响应快，只
9、能实现起、制动阶段和稳定运行阶段的张力恒定，无法实现整套系统的动态张紧。 目前常用的带式输送机张紧装置主要有绞车张紧装置、重锤张紧装置、液压张紧装置。 （ 1） 绞车张紧装置可分为自动绞车张紧装置和固定绞车张紧装置两种形式。自动绞车张紧装置是有压力传感器根据带式输送机运行工况的需要自动控制张紧力的大小，由于压力传感器质量不高和机械系统惯性机信号滞后等因素的影响，自动绞车张紧装置有误动作的现象，影响自动绞车张紧装置的使用效果。固定绞车张紧装置是根据所需的张紧力调定后产生固定的张紧力，张紧力不能自 动调节，绞车张紧的缺点是当绞车和控制系统出现问题时，对带式输送机不能产生恒定的张紧力或张紧力失效，安
10、全可靠性相对降低。 （ 2）重锤张紧装置分为重载车式张紧装置和重锤张紧装置。重载车式张紧装置是将重物放在带式输送机的重物张紧车上，利用输送机地脚板的坡度使重物张紧车产生下滑力对输送机产生张紧力。重锤张紧装置是通过钢丝绳悬挂起来的重锤是输送机的张紧车产生张紧力。其特点都是有重物始终产生一个恒定的张紧力，安全可靠性比较高。缺点是张紧力不能调节。（ 3）液压张紧装置是有液压站产生的压力通过油缸对带式输送机施加张紧力，其特 点是可以根据输送机运行工况的需要调节张紧力的大小。由于液压站和油缸始终处于工作状态，当液压系统及控制系统出现故障时，对输送机不能产生恒定的张紧力或张紧力失效，安全可靠性相对降低。
11、1.3 研究的意义 常规 方式设计的张紧装置的动态张紧装置效果不佳，这类设计的问题在3 于都只能在静态特性的基础上实现各阶段独立的动态设计，即把整个张紧过程分为四个阶段：起动、运行、制动和停车，在每个阶段中设置固定张力的限定范围，只有在皮带产生 张力超出限定范围时，张紧系统进行调整，不能对皮带变化的张力进行及时调整，因此出现了不合理性，有 时余量过大，有时 余量不足，这样会导致输送带过紧张，应力疲劳，拉断，功率消耗过大等问题，造成巨大的浪费或不安全因素，达不到真正的张紧效果。 在论文中提出方案 电流与力双反馈动态张紧装置。根据识别电流来识别输送带上荷载量的原理，即电流和负载信息之间存在正比例关
12、系，采用电流作为闭环回路的反馈信号，直接从皮带输送机电机取得电流信号通过检测电流量变化计算出理论张紧力的值，然后与力传感器所测的实际张紧力的值比较后来自动调节张紧张力，从而适应负载随时的变化，保证输送机正常运行的必要张力，防止打滑。 此种电流反馈自动控制系统不 仅可以克服常规设计中张紧力不均的问题，满足整套张紧系统的要求，达到预期效果，还可以与正在研究的输送机的动力学设计匹配，适应输送机目前的发展形势 第 二 章 动态分析 4 2.1 动态张紧装置的系统的结构框图机液压系统框图 图 2-1 动态张紧装置系统框 图 2.1.1 系统结构机工作原理 张紧系统主要由慢速绞车、液压泵站、 粘性离合器、
13、矿用隔爆兼本质安全型电控箱及附件五大部分组成 。 图 2-2 整套控制系统的原理框图 1、螺钉 2、减速机 3、粘性离合器 4、电动机 5、机座 6、制动器 7、卷筒主轴 8、绞盘 9、卷筒 10、卷筒毂 11、制动轮 12、套筒 13、滚动轴承 14、主轴支架 15、联轴器 16、滑轮支架 17、滑轮组 18、滑轮组 1； 19 滑轮组 2 工作原理： 在正常运行阶段，有电流传感器测得电机的驱动电流 I，然后输入电控箱，经过一系列转换计算得出理论上的张紧力 F 理 ， 于此 同时有力传感器测得5 绞车钢丝绳上的张紧力 F 测 作为反馈信号，比较两值得大小，采用单片机来控制，输出模拟信号控制电
14、液比例溢流阀 的电流 i，由此来控制液压系统的压力 P，即控制油膜离合器的间距 h，具体分 为三种情况：当 F 测 F 理 时 ，控制离合器 2 动作，增加离合器间距 h，有绞车装置反转放出钢丝绳，减小钢丝绳上的张紧力与理论值平衡，这样一次一步一步缓慢动作； F 测 F 理 时 ，控制离合器 1 动作，减小离合器 1 间距 h，由绞车装置卷进钢丝绳，绳增加钢丝绳上的张紧力与理论值平衡，这样一次一次缓慢动作，最终达到张紧系统的力动态平衡。 2.1.2 液压系统的结构机工作原理 图 2-3 液压控制供油系统 1、 7、 9 油箱； 2、粗滤油器； 3、电动机； 4、油泵； 5 精滤油器； 6、电磁
15、比例溢流阀； 8、单向阀； 10、阻尼孔 ； 11、三位四通电磁换向阀； 12、 13 压力表； 14 传递离合器； 15、制动离合器； 16、梭阀； 17、常闭制动器 液压系统的结构和原理： 带式输送机工作时，输送带必须张紧处于张紧状态。启动油泵电机 3，压力油经过粗、精滤油器 2和 5、液控单向阀 8 和三位四通电磁换向阀 11 进入离合器 1 内的油缸，有控制箱电液比例溢流阀 6 的电流，从而控制液压系统工作的压力来推动离合器动作，启动慢速绞车电机， 慢速绞车转动，直接由钢丝绳拉动游动张紧小车。输送机起动阶段的张紧力由主控箱提供启动的电流 I，送入电磁比例溢流阀 6，经过一段时间，主控箱
16、 给出允许输送机起启6 动的信号，稳定运行阶段的张紧力由主控箱根据力和电流传感器反馈的信号来控制制动离合器 15、离合器 14、梭阀 16 和常闭制动器 17 各部件动作，具体的动作情况如上。在输送机运行过程中，输送带的张力随时发生变化，此时比例溢流阀和各离合器和制动器能及时响应动作，可以确保输送机在稳定运行时的张紧力保持平衡，从而实现了伸缩带式输送机输送带的动态张紧。 2.1.3 张紧装置的特点及功能 （ 1）电流与力双反馈自动控制系统可以克服常规设计中出现的问题，实现张紧装置的动态张紧，且达到最佳的张紧效果；（ 2）系统响应 速度快，稳定性高；（ 3）可根据输送机工况及对胶带张紧力的不同需
17、求，任意调节张紧力的范围。 2.2 带式输送机张紧力的计算 2.2.1 主要参数的确定 带式输送机的基本参数是带宽、带速与胶带强度，其它参数由此派生出来。张紧力的计算包括以下内容： （ 1）确定输送机系统；（ 2）确定带速、带宽、选定胶带强度；（ 3）选择滚筒与托辊；（ 4）阻力计算，张力计算，电动机功率计算等 2.2.2 相关计算 （ 1）圆周驱动力的计算 根据运量 、运距与倾角、运向等确定圆周驱动力，公式为 其中： C为安全系数、 f 为模拟摩擦系数、 Ln 为胶带的长度 m、 g 为重力加速度 m/s2、 qro承载分支 的托辊部分质量 Kg、 qrv 回程托辊部分质量 Kg、qB 为输送带单位长度质量 Kg/m、 qG 为物料的单位长度质量 Kg/m、 设备运行向上的倾角、 1sF 特种主要阻力 N、 2SF 特种附加阻力 N 计算圆周驱动力时，对于长距离带式输送机（机长大于 80m），附加阻力明显小于主要阻力，可引入系数 C 来考虑阻 力，它取决于输送机的长度。采 2 m in 1 2( 2 ) c o su b G S SF F q r o q r u q q s q H g F F 2-1（ ）
