自动张紧液压系统（共7篇）
自动张紧液压系统 篇1
0 引言
排土机是露天煤矿连续或半连续开采成套设备的一部分,它是一种大型高效物料装卸搬运装备,物料的输送主要依靠皮带。皮带的拉紧保证输送带在传动滚筒分离点具有足够张力,以满足传动滚筒的摩擦传动要求,在物料的输送中起着举足轻重的作用。排土机皮带张紧传统形式为人工调节,每次调节时都需要停机操作,张紧后用螺丝拧紧,耗时费事。排土机在工作过程中,不同的工况下皮带起动、制动需要的张紧力不同,而传统张紧皮带张紧后,位置固定不变,不能调整张紧力,所以常常出现皮带寿命缩短等问题。
针对这些结构不合理所带来的这些问题,设计出排土机自动张紧系统,可以随着不同工况、不同张紧力自动进行调节,避免了皮带寿命缩短的问题,并用AMESim软件进行验证。
1 传统排土机皮带张紧系统
传统排土机皮带张紧结构如图1所示,其工作原理:支架与排土机固定不动,螺纹杆连接支架与滚筒支承体,当皮带需要张紧时,把两个液压千斤顶分别放在滚筒两侧支架和滚筒支撑体之间,把螺纹杆与支架连接螺母拧下,用液压千斤顶调好位置后拧上螺母。
1-支架;2-液压千斤顶;3-滚筒支撑体;4-销轴;5-螺纹杆;6-滚筒;7-皮带
传统排土机皮带张紧存在的问题:在应对不同工况时,需要停机进行调整皮带张力,耗时耗力;同一种工况,起动、制动所需张力不同,但传统张紧方式一旦确定位置便不会改变,调整不了张力,使皮带的使用寿命缩短。
2 排土机皮带自动张紧系统
设计的排土机皮带自动张紧系统机械结构如图2所示,其工作原理:支架与排土机固定,滚筒支承体可在导轨上移动,液压缸一端固定在支架上、另一端连接滚筒支承体,液压缸伸缩带动皮带张紧和放松。
1-支架;2-液压缸;3-滚筒支撑体;4-滚筒;5-皮带
设计的排土机皮带自动张紧系统液压如图3所示。两个同步液压缸分别固定在滚筒两侧支架和滚筒支承体之间。其原理为:当张紧启动、制动时,需要的张紧力大于正常运行时所需要的,故每个液压缸的一侧设置两个压力继电器;启动时,电机工作,使油液从油箱通过变量泵进入油缸,当压力达到设定压力值时,压力继电器1给3 Y型三位四通电磁换向阀信号,使其换到中位,起到保压的作用;当经过时间t,启动完成进入稳定工作状态时,皮带需要的张力减小,这时换向阀切换到右位,当到达设定压力值时,压力继电器2给换向阀信号使其换到中位,皮带张力恒定工作。
1-油箱;2-溢流阀;3-Y型三位四通电磁换向阀;4-压力继电器1;5-压力继电器2;6-油缸;7-液控单向阀;8-单向阀;9-过滤器;10-变量泵;11-电机
3 AMESim仿真
AMESim是IMAGINE公司推出的基于功率键合图的机电液仿真分析软件,以其强大的仿真和分析能力在各个领域得到了广泛的应用。它是一个方便、高效、直观的动态系统建模和仿真分析工具,用其进行仿真分析避免了繁琐的公式推导。
3.1 AMESim建模
以排土机排料臂部分的皮带为例进行仿真分析。已知:生产率Qt=8625t/h,v=3.75m/s,L=60m。选用型号为st1000的钢丝绳芯输送带,带宽B为1600mm。由于输送带为钢丝绳芯,为了便于分析并接近实际,输送带单元采用Kelven-Vogit模型(Kelven-Vogit模型是由阻尼器和弹簧并联组成的),设传送带空载段每20m为一个单元,承载段每12m为一个单元,AMESim模型图如图4所示。输入阶跃信号,得到单位阶跃响应输出曲线,如图5所示。
由图5可知,调节时间ts=4s,超调量Mp=0.35。经过一定调节时间,系统趋于稳定,说明该皮带系统有较好的动态特性和可行性。
排土机皮带自动张紧系统是由机械系统和液压系统两部分组成的,图6为其在AMESim中的总模型图。为了便于分析研究,作了如下假设:油泵为定量泵;将机械系统中另一端滚筒去掉,直接将皮带两端与两液压油缸相连;仅分析皮带张紧启动的情况。
3.2 AMESim参数设置
根据排土机相关参数,给模型设置参数。皮带承载段单元质量m1:8243kg;皮带空载段单元质量m2:960kg;单元i的等效阻尼Ci:3456kN/m;单元i的等效刚度Ki:3840kN/m;承载段阻力f1:1813 kg;空载段阻力f1:211 kg;滚筒直径:800mm;滚筒等效转动惯量:00214kg/m2;液压缸杆径:70mm;液压缸缸径:125mm;溢流阀压力:210bar;电机转速:1450 r/min;泵排量:10.8cc/r。
3.3 仿真结果
仿真结果如图7所示。
由图7可知,张紧系统具有良好的稳定性。系统皮带张紧力初始升高较快,在50s时趋于稳定,达到177kN;皮带伸长量稳定状态下达到0.33m;液压缸杆伸出速度在1s时达到最大0.021m/s,后逐渐降低,在张紧稳定状态时速度为0。
但在实际张紧中,稳定后的张紧力会小于张紧过程中的最大张紧力,这是实际系统中的震荡造成的。
4 结语
所设计的排土机自动张紧系统结合机械系统和液压系统,具有自动张紧皮带、张紧力可调的优点,克服了原张紧系统需要停机进行手动皮带张紧所带来的耗时费力的问题;也解决了原系统张紧力不能调节所带来的皮带寿命减少的问题。
摘要：针对传统排土机上皮带采用的手动机械张紧方式的缺陷,提出一种排土机皮带自动张紧系统,其由机械系统和液压系统组成,利用液压缸伸缩实现皮带张紧,省时省力,且张紧力可自动调节。
关键词：自动张紧,皮带,排土机,AMESim
参考文献
[1]宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京:机械工业出版社,2006
[2]周雄,朱新才,李亮.液压自动张紧装置在斗轮机悬臂皮带中的应用[J].冶金设备,2005,(6)
[3]宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京:机械工业出版社,2006
[4]付永领,祁晓野.AMESim系统建模与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006
[5]付晓敏.基于AMESim的带式输送机动态仿真研究[D].青岛:山东科技大学,2011
自动张紧液压系统 篇2
1 液压自动张紧装置的基本工作原理和结构
点动远程控制开关, 液压站电机启动, 拉紧油缸活塞杆伸出, 液压绞车运转, 张紧钢丝绳使胶带张紧, 当拉力达到带式输送机正常起动时的起动张力时 (具体数值可根据现场实际要求设定) , 带式输送机起动并加速运行;当达到等速运行状态后, 张紧装置使胶带张力降低到正常运行所需值, 同时制动液压绞车以保持胶带张力并使液压站停止工作。本装置由液压站、液压绞车、拉紧油缸、电控柜和张力传感器组成。
2 液压自动张紧装置的特点
(1) 在带式输送机起动时松边的胶带能够及时被张紧, 大大改善了带式输送机的起动特性, 能够减轻甚至消除其他张紧形式下出现的波涌、打带现象。
(2) 在带式输送机正常运转阶段, 对由于运输量发生变化引起的胶带张紧力波动, 液压自动张紧装置的缓冲油缸对胶带的张力进行调整, 使胶带的受力更加平稳、合理。
(3) 装置配有可靠的张力传感器, 能对张力变化做出及时反应和调整。有效地防止了带式输送机运行中的胶带打滑现象。
(4) 装置设有手动控制, 便于对带式输送机胶带的收储。
3 常见故障与分析
(1) 液压系统起动后无压力或压力调不上去。分析产生原因: (1) 溢流阀泄漏; (2) 电机转向是否正确; (3) 油泵损坏; (4) 液压油不足; (5) 压力表开关是否打开; (6) 油泵进油管是否漏气。
(2) 泵运转噪音大或效率低。分析产生原因: (1) 电机和油泵轴线不同轴; (2) 泵内有杂质。
(3) 压力脉动大流量不足甚至管道振动、噪音严重。分析产生原因: (1) 油箱油位不足; (2) 管道内有空气; (3) 系统中溢流阀不稳定。
(4) 液压绞车不运转。分析产生原因: (1) 系统是否有压力; (2) 电磁阀是否有电; (3) 电磁阀内有无异物; (4) 绞车马达是否损坏。
(5) 绞车不自锁。一般情况是绞车多次过载使用, 蝶形弹簧磨损超出标准。
4 液压自动张紧装置的维护与保养
在设备的使用过程中, 要定期检查液压油液位, 及时补充, 保证该设备的油量。检查液压系统元件, 对失效或损坏的要及时修理或者更换, 保障系统的稳定性。液压自动张紧装置使用过程中要认真做好定期检修、维护和保养, 使其处于良好的工作状态, 保障带式输送机的正常运行。
参考文献
[1]戴建立.带式输送机自动张紧装置的现状及研究[J].煤矿机械, 2007, 28 (11) :3-5.
自动张紧液压系统 篇3
关键词：带式输送机,张紧装置,变频
0引言
可伸缩带式输送机是保证煤矿工作面运输的重要设备之一,其张紧装置的可靠工作是输送机正常工作的保证。随着可伸缩带式输送机由短距离、小运量向长距离、大运量、高速度发展,张紧装置也由螺旋张紧、 液压张紧、APW张紧发展到现在的变频自动张紧［１－３］。可伸缩带式输送机由短距离向长距离发展过程中,由于张紧装置的发展滞后,给输送机的可靠运行带来诸多问题,行程不够、停机峰值张力过高、断带等。 可伸缩带式输送机在启动阶段、匀速运行阶段和停机阶段分离点张力变化幅度远远大于同规格的钢丝绳固定带式输送机,这就要求张紧装置在不同阶段提供不同的稳定张力,且能快速自动调节［４－９］。本文根据目前煤矿长距离、大运量可伸缩带式输送机使用的变频自动张紧装置,对其工作原理和控制原理以及使用中出现的问题给予介绍。
1可伸缩带式输送机分离点张力分析
1.1稳定运行阶段分析
带式输送机稳定工况下传动滚筒传递到输送带上的驱动力为:
其中:FＨ为主要阻力;FＮ为附加阻力;FＳｔ为提升阻力;FＨＳ为特种阻力。
此时传动滚筒上输送带满足:F=T1-T2(其中,T１为传动滚筒奔入点张力,T２为传动滚筒分离点张力)。要保证输送机正常工作,张紧装置需提供稳定的张力值T２。
如果稳定运行阶段输送机停机,分离点张力为:
其中:T２′为未经调节的传动滚筒分离点张力;fΔL２为弹性变形引起的附加力;F飘为停机时由输送带飘带下垂引起的附加力。
停机时输送带飘带下垂引起的附加力会引起分离点张力增加,不能正确地计算和分析此峰值张力的大小和趋势,是造成输送机破坏的重要原因。
1.2启动阶段分析
启动阶段传动滚筒驱动力为:
其中:∑m为所有旋转部件的质量;aＡ为带式输送机启动加速度。分析传动滚筒驱动力和输送带力平衡关系式知,驱动力FＡ、T１随着时间不断增加,会先增加后减小,而T２会不断地减小。同时由于弹性变形与塑性变形主要出现在启动阶段初期,所以要求张紧装置在输送机刚启动时,需快速张紧变形量,提高分离点张力,才能保证驱动滚筒不打滑。
1.3停机阶段分析
停机阶段传动滚筒驱动力为:
其中:aＢ为带式输送机停机时减速度。此时传动滚筒上输送带满足:FＢ=T１-T２。
停机阶段分三种情况分析:可控减速停机、自由减速停机、断电停机。断电停机是对输送机最为不利的停机情况,此情况下停机与自由停机减速度相同,滚筒驱动力FＢ立即减小为零,输送机在运行阻力的作用下,速度快速减小为零。不同的是,由于断电后,张紧装置无法动作,不能在输送机减速为零的这段时间释放弹性变形量,导致T′２上升到最大值,从而造成设备的严重损坏。这就是现在自动张紧装置另外增加一套缓冲装置的主要原因。
2变频自动张紧装置组成及工作原理
2.1系统组成及主要参数
变频自动张紧装置主要由张紧绞车、电控系统、制动器液压泵站、缓冲装置、检测系统、冷却系统等组成。 其系统组成框图如图1所示。
张紧绞车主要由变频防爆电机、湿式摩擦制动器、 行星传动减速器、滚筒、支架和滑轮组组成。
电控系统主要由防爆控制箱(变压器、隔离开关、 变频器、西门子可编程控制器、本安电源、隔离栅、接触器、)本安操作箱、本安接线箱组成,其主回路如图2所示。
整机主要参数如下:
总装机功率(kW): 55;
单根钢丝绳最大牵引力(kN):100.6;
钢丝绳牵引速度(m/s):0.50;
钢丝绳直径(mm):20;
最大静态制动扭矩(Nm):2 250;
最大动态制动扭矩(Nm):1 200~1 450;
电压(V):AC660;
滚筒直径(mm):530;
制动器开启压力(MPa):7.5;
减速器减速比:76。
制动器液压泵站主要由防爆电机、齿轮泵、卸荷溢流阀、电磁换向阀、蓄能器、油箱、压力表、过滤器、手压泵等组成,其原理图如图3所示。
液压泵站主要参数如下:
电机额定功率(kW):1.1;
电机额定转速(r/min):1 450;
系统压力(MPa):7.5;
系统流量(L/min):10;
油箱容积(L):65。
缓冲装置主要由防爆电机、乳化液泵、油缸、蓄能器、溢流阀、单向阀、截止阀、安全阀等组成,见图4。
１－防爆电机；２－齿轮泵；３－手压泵；４－卸荷溢流阀；５－电磁换向阀；６－蓄能器；７－制动器
１－防爆电机；２－乳化液泵；３－溢流阀；４－单向阀；５－油缸；６－蓄能器；７－截止阀
检测系统主要由游动小车位置检测开关(空位、满位)、张力传感器、制动压力传感器、缓冲压力传感器、 冷却水温度传感器、速度传感器等组成。
冷却系统主要由防爆电机、泵、水箱等组成。
2.2机械传动原理
图5为带式输送机变频自动张紧装置传动原理。 当输送机张力达到调节值时,制动器打开,防爆电机输出转矩,锥齿轮一级减速后,再传给两级行星减速,行星减速器输出轴通过联接盘将转矩传递给滚筒。滚筒缠绕钢丝绳,经3个动滑轮,2个定滑轮,将力传给输送机变向滚筒。绞车滚筒顺时针旋转紧带,张力增大;绞车滚筒逆时针旋转松带,张力减小。
2.3变频张紧装置工作原理
变频张紧装置工作前,先开启冷却系统。冷却系统能通过温度传感器检测冷却水箱温度,如过水温低于设定温度,则停止工作,如果检测到温度高于设定值,会自动开启,直至温度降下。冷却系统主要用于降低变频器及防爆控制箱温度,避免由于温度过高导致电器报故障。
制动器液压泵站工作原理:变频张紧装置工作前,先检测泵站压力是否为7MPa,如小于此值,则先启动泵站,将压力升至7MPa,然后处于待机状态。当变频绞车需要工作时,PLC控制电磁换向阀工作,蓄能器储存的能量可以打开制动器,绞车可以正反转工作。 工作3次~5次后,如压力小于5 MPa后,PLC重新启动泵站,将压力升到设定值。压力达不到设定值,绞车不允许转动。
当变频自动张紧装置收到集控的启车信号后,先启动冷却系统、制动器泵站,同时检测水温、油温正常后,检测张力与启动张力值是否相同。如差值超过设定值,则打开制动器,控制张紧绞车松带或紧带,使张力与设定值相等。电机转动的速度(频率)大小与张力差值相关:差值越大,频率越大,转速越高,反之亦然。 张力调节到启动张力后,变频自动张紧装置发张力备妥信号给集控,集控启动输送机电机。启动阶段结束后,变频自动张紧装置自动将张力调节到运行张力。 输送机匀速运行过程中,如被检张力在设定范围内变化,张紧绞车保持待机;当被测张力高于或低于设定运行张力值,则绞车被激活,快速将张力调节到设定运行张力值,然后再次保持待机状态。当变频自动张紧装置收到集控的停车信号后,控制箱PLC立即激活绞车电机,将张力降至停机张力。停机阶段变频绞车制动器一直处于打开状态,以便于变频器能快速作出反应。 停机阶段结束后,变频绞车保持张力,控制箱PLC控制电磁阀,关闭制动器。变频自动张紧装置完成输送机从启动到停机过程对张力的自动调节。
1-防爆电机;2-制动器;3-减速器;4-绞车滚筒;5-油缸;6-蓄能器;7-滑轮系
3张力控制原理
可伸缩带式输送机对张力的要求是:启动张力大于运行张力和停机张力,启动张力通常为运行张力的1.2倍~1.5倍;驱动滚筒分离点张力在不同阶段保持为恒张力。
根据上述要求,变频自动张紧装置在不同阶段控制原理相同,区别在于各运行阶段张力设定值不同。 因此,下面以运行阶段张力控制为例给予解释。变频自动张紧装置控制系统框图见图6。张紧绞车滚筒的转速与张力差值大小成正比。假设张力检测值为F, 运行张力设定值为F０。
张紧绞车滚筒的转速为:
其中:p为电机极数;s为电机转差率;f为电源频率, Hz;i为减速器传动比;ΔF为张力差值,kN;ΔI为张力传感器电流信号差值,mA。
控制箱PLC检测绞车张力值F并与设定值F０比较:如果F０-ΔF<F<F０+ΔF,则变频绞车处于待机状态,称F０±ΔF为稳态区;如果F>F０+ΔF或F<F０-ΔF,则PLC发信号控制变频器的频率信号,使绞车可松带可紧带,调节张力等于F０时,停止调节。
4应用示例及问题
一种张紧装置液压系统的设计 篇4
关键词：张紧装置,液压系统,单向阀,皮带机
张紧装置是皮带机运输系统不可缺少的组成部分, 其作用是使皮带产生一定的张紧力, 以满足静态启动和动态运行要求。可伸缩皮带机的张紧装置通常采用绞车———液压缸张紧装置, 结构布置原理见图1, 其中绞车2用于预张紧, 满足静启要求, 张紧液压缸4和蓄能器5用以保持张力、满足皮带机正常运行要求[1]。
1—电动机;2—张紧绞车;3—安装平台;4—张紧液压缸;5—蓄能器;6—滑轮;7—钢丝绳;8—活动小车;9—张紧滚动;10—皮带
由于静摩擦力的存在, 故皮带机启动时所需克服的静摩擦力为最大负载阻力, 或启动时皮带的负载张力最大。启动后经过短暂过渡进入到正常运行阶段, 这时皮带的张力迅速降低, 由于各种不确定阻力和工况的变化, 张力在一定范围内波动, 通常认为波动符合正弦规律 (见图2) 。
1 液压系统设计
图3为大波幅张力控制液压系统原理图, 其基本原则是:当正常运行的皮带机的张力下降到临界打滑张力FC时 (控制相应压力为PC) , 液压系统立即供液并达到静启动张力。这种设计方案虽然在理论上不是很先进, 但系统设计简单, 成本较低, 对厂家的销售有利[2,3]。
1—油箱;2—粗滤油器;3—液压泵;4—电动机;5, 15—压力表;6—单向阀;7—精滤油器;8—先导 (主) 溢流阀;9—三位四通手动换向阀;10—液压锁;11—副溢流阀;12—压力继电器;13—蓄能器;14—单向节流阀;16—张紧液压缸;17—滑轮组件
该液压系统工作原理如下:启动电动机4和液压泵3, 使手动换向阀9处右工位, 张紧液压缸16活塞杆外伸, 并处完全伸出状态;再启动张紧绞车进行张紧, 当钢丝绳上额定张力Fm达到皮带机张紧要求时, 将张紧绞车锁紧, 这时先导式溢流阀8处溢流状态;使手动换向阀9处左位, 液压泵3输出的部分压力油液经单向阀6、精滤油器7、手动换向阀9、双向液控单向阀 (液压锁) 向蓄能器13供液以储存液压能。同时经双液控单向节流阀14的右侧单向阀向张紧液压缸16有杆腔供液, 液压力与张紧绞车的输出拉力相平衡 (pmA2=2Fm) , 这时压力继电器12发出控制信号1DT通电, 使先导式溢流阀8的控制阀处上工位, 液压泵3卸载, 双液控单向阀10将张紧液压缸16锁死, 蓄能器13保持控制压力, 这时皮带机满足静启动要求。在皮带机正常运行时, 张紧液压缸有杆腔的压力变化主要由皮带机运行工况的变化而引起;对于使用非金属密封件 (如O形圈等) 的液压缸, 其容积效率ηcv≈100%, 几乎不存在泄漏。当某种因素使活动小车对皮带机的拉 (张) 力瞬间变小时, 蓄能器13释放高压油液, 张紧液压缸活塞杆向内退回, 使活动小车对皮带机张力有所增大;反之, 如果某种因素使皮带活塞小车的张 (拉) 力变大, 则张紧液压缸的活塞杆外伸, 向蓄能器充液 (储存液压能) 。在这种反复交替的过程中, 由于油液内部与约束边界的相互摩擦, 蓄能器13内部储存的液压能呈下降趋势。当这种能量达到皮带机打滑边界条件时, 压力继电器12发出控制信号, 使先导溢流阀8的二位二通电磁控制阀的1DT断电、液压泵3重新向蓄能器13供液, 如此不止。需要说明的是, 用二位二通电磁阀以普通并联方式 (见图4) 代替图3中的先导式溢流阀时, 虽然可以节省资金, 但是油路板的设计比较复杂。另外, 压力继电器12也可对电动机4的停转和启动进行控制, 以使系统卸载。采用何种卸载方式设计者可据个人经验确定[4]。
2 注意事项
1) 在液压泵向蓄能器充液或液压泵卸载时, 三位四通手动换向阀9 (见图3) 始终处于左工位, 因而采用了机械定位锁紧方式。如果想提高自动化控制程度, 可将手动控制方式改为电磁控制方式, 即将三位四通手动换向阀更换成相应的电磁换向阀。由于使用双液压锁10对张紧液压缸16进行锁紧, 应选用相应的H型换向阀。这样, 当换向阀处于中位时, 液压泵可立即卸载。但是如果采用M型三位四通换向阀和双液控单向阀, 当前者处于中位时, 尽管液压泵可立即卸载, 但并不能立即锁紧液压缸。原因在于M型换向阀处于中位时, 高压侧的液控单向阀前后均为高压, 需要一个往复过程稳定下来后, 才能锁紧液压缸。
1—油箱;2—粗滤油器;3—液压泵;4—电动机;5—压力表;6—单向阀;7—精滤油器;8—溢流阀;9—二位二通电磁换向阀
2) 副溢流阀11的主要作用:一是当活塞小车对张紧液压缸的作用力突然变大时, 高压油液可经过该阀溢流以保障系统安全;二是当皮带机所需张紧力小于张紧绞车的额定输出拉力时, 可调节皮带机所需的张紧力。其方法是将副溢流阀的溢流压力调到适当值, 先使张紧液压缸的活塞杆向内缩回一段距离并将液压缸锁紧, 启动张紧绞车使张紧液压缸活塞杆外伸, 向蓄能器充液, 多余油液经副溢流阀溢流回油箱。当活塞杆外伸到位后, 将张紧绞车锁死。当然, 如果皮带机所需张紧力较小, 而张紧绞车额定输出张紧力较大时, 可以满足皮带机的静启动要求, 但过大的静启动张紧力会使皮带磨损加剧, 使启动功率消耗过大。
3) 单向节流阀14设置目的是防止松弛皮带机时, 以防止松弛速度过快而引发事故。
4) 为保证控制信号的可靠发生, 可设置两个压力继电器, 以保证控制信号的可靠性。
5) 在液压泵的进出液口, 可分别安装一个粗滤油器和精滤油器, 或仅设置一个粗滤油器或精滤油器。当液压泵站采用顶置布局时, 粗滤油器通常安装在油箱内部, 但这样油箱设计复杂, 使得滤油器检修和更换不便。如果采用外置方式, 使用一个外置精滤油器即可满足要求。
3 结论
目前, 设计的张紧液压系统已经投入使用, 经实践检验系统稳定, 安全可靠, 工作效率高, 为企业带来了巨大利润。
参考文献
[1]徐伟, 寇子明, 李元元.煤矿机电[M].上海:煤矿机电出版社, 2005.
[2]张德绅, 葛世荣, 刘金龙.皮带机自动张紧系统的设计[J].矿山机械, 1999 (5) :44-46.
[3]李光布.皮带机自动张紧装置存在的问题及分析[J].连续输送技术, 1991 (3) :28-32.
自动张紧液压系统 篇5
带式输送机是以输送带作为牵引机构和承载机构的一种连续运输机械, 它是输送散状物料的主要设备之一, 广泛运用于燃煤火电厂、煤矿、矿山和港口等场合。张紧装置作为带式输送机中的重要组成部分, 其性能的好坏直接关系到带式输送机的安全经济运行及使用寿命, 特别在大运量、长距离等大型带式输送机的正常运行中, 它的重要性更加突出[1]。液压自动张紧系统在输煤皮带上的应用日臻广泛, 它不但能根据主动滚筒的牵引力来自动调整拉紧力, 而且还能补偿胶带的伸长。在张力传感器的配合下, 当输送皮带张力发生变化, 超过输送机正常运行的范围时, 自动张紧装置迅速动作, 调整输送带张力, 保证输送机正常运行。这种拉紧装置可以很好地适应皮带张力的变化, 延长了皮带的使用寿命, 提高了工作效率, 保证了皮带机的安全运行[2]。
笔者通过对在用的皮带液压自动张紧系统存在的缺陷进行分析研究, 不断完善和改进系统工作的安全可靠性。
1 燃煤火电厂输煤系统皮带拉紧系统简介
1.1 皮带拉紧装置的分类
带式输送机拉紧装置的结构形式很多, 按其工作原理不同, 常见的拉紧装置有螺旋拉紧装置、重力拉紧装置、固定绞车拉紧装置、自动拉紧装置等[3]。
(1) 螺旋拉紧装置。
螺旋拉紧装置适用于短距离输送机, 当皮带机的长度小于80 m时, 由于皮带伸长量不大, 可以选用它。缺点是当胶带自行伸长后, 不能自动拉紧。
(2) 重力拉紧装置。
重力拉紧装置结构简单, 是一种比较原始的拉紧装置。它利用重锤来自动拉紧, 能保证拉紧力在各种工况下保持恒定不变, 拉紧位移可变, 能适当自动补偿胶带的伸长。重力拉紧装置的缺点是拉紧力不能调节, 空间要求大, 在空间受限制的地方, 无法使用。
(3) 固定绞车拉紧装置。
固定绞车拉紧装置利用小型绞车来拉紧, 绞车用蜗轮蜗杆减速器带动卷筒来缠绕钢绳, 从而拉紧胶带。这种拉紧装置的优点是体积小、拉力大;缺点是拉紧力不能自动调节, 当绞车和控制系统出现问题时, 会导致拉紧力失效, 其安全可靠性相对较低。
(4) 自动拉紧装置。
在长距离、大运量皮带机传输系统里, 胶带长度的延长和整芯胶带的使用使胶带的伸长量急剧增加, 以前大量使用的钢丝绳芯胶带其伸长率为1‰, 而阻燃整芯胶带的伸长率为1%, 整整提高了十倍, 因而对拉紧装置的行程和拉力提出了更高的要求, 基于检修和运行的安全性考虑, 传统的皮带拉紧装置已经适应不了500 m以上皮带张紧要求。典型的利用液压拉紧装置的皮带机布置图如图1所示。
1—驱动滚筒;2—头部增面滚筒;3—上托辊;4—下托辊;5—拉紧滚筒;6—皮带;7—尾部增面滚筒;8—尾部改向滚筒;9—液压拉紧小车
1.2 皮带输送机三种状态的特性分析
(1) 启动时。
皮带启动时松边瞬间松弛, 皮带会伸长[4], 此伸长量需要补偿, 不然会造成启动不平稳, 对胶带损伤大, 甚至使张紧装置失效而产生事故。启动是个加速过程[5]。
(2) 正常运行时。
皮带正常运行时必须保持足够张紧力, 以保证皮带与滚筒、托辊等有足够的摩擦力, 否则运行中容易跑偏、打滑。皮带正常运行时是个匀速运动过程。
(3) 停机时。
皮带停机时与启动时工况相反, 胶带会缩短, 此缩短量也需要得到补偿, 否则, 胶带处于过度张紧状态, 使用寿命会降低, 拉紧装置若不能起到缓冲作用, 将对皮带驱动系统、滚筒、皮带本身、滑轮、钢丝绳等部件造成很大冲击, 不但影响皮带使用寿命, 安全生产也受到考验。停机是个减速过程。
1.3 三种状态的的关系
一般情况下, 启动时皮带的松边张力是稳定运行时的1.4～1.5倍;停机时的张紧力是稳定运行时张紧力的0.9倍左右。
2 液压张紧装置的优点和工作原理
2.1 皮带液压张紧装置的优点
基于对几种拉紧装置的比较和对皮带输送机3种状态的特性分析, 可以看出皮带液压张紧装置具有以下几点显著的优点[6,7,8,9]:
(1) 张紧力可自动调节。针对皮带机的工况及对皮带张力的不同要求, 可以自动调节皮带机起动时和稳定运行时的拉紧力, 完全可以达到起动时的拉紧力比稳定运行时的拉紧力大1.4～1.5倍的要求, 以满足皮带启动时不发生打滑及胶带正常运行对张紧力的不同要求。
(2) 响应快。皮带机启动时, 皮带的松边会突然松弛伸长, 此时液压张紧系统在压力变送器和在蓄能器的共同作用下, 液压张紧油缸能立刻收缩活塞杆, 及时补偿皮带的伸长量, 减小了皮带松边对紧边的冲击, 不但使得皮带机启动平稳、安全, 而且较好地保护了皮带, 可减少断带事故的发生。
(3) 适应性强。与普通拉紧装置相比, 液压拉紧装置可提供较大的拉紧力 (可达600 kN) 和拉紧行程 (最大可达24 m) , 适应范围广, 可满足各种大型带式输送机对拉紧系统的要求。
(4) 安全可靠性高。当皮带发生断带或撕裂等意外情况时, 液压拉紧系统能立即停机, 避免了普通拉紧装置配重从高处坠落对人身和设备造成的伤害;当输送机皮带出现打滑现象时, 液压拉紧装置能自动增加拉紧力, 实现皮带自保护功能;当皮带需要更换时, 只需把液压系统卸压就可以实现放松皮带, 无需繁杂危险的拉放配重工作。
2.2 皮带液压张紧系统工作原理
2.2.1 皮带液压张紧装置液压系统
以厦门华夏国际电力发展有限公司嵩屿电厂输煤系统#11皮带液压拉紧系统为例, #11皮带液压张紧系统工作原理图如图2所示。它由拉紧小车、液压油缸、电磁球阀、压力表、压力变送器、蓄能器、液控单向阀、比例溢流阀、电磁/手动换向阀、液压泵、电动机构成液压系统。其中张紧小车的最大张紧力为10 kN, 张紧小车最大行程为6 m。该液压系统采用比例溢流阀, 比例溢流阀用于控制执行元件的输出力和输出扭矩, 它具有比普通溢流阀更强大的功能:①构成液压系统的恒压源, 改变控制信号, 可无级调节系统压力, 且压力变化平稳, 对系统的冲击小, 还可根据工况改变系统压力;②将控制信号置为零, 即可实现卸荷的功能;③通过合理调节控制信号的幅值可获得液压系统的过载保护功能。该系统使用蓄能器, 以实现提供瞬时能量、吸收脉动和压力冲击, 同时保持恒定张紧力。
1—拉紧小车;2—油缸滑轮;3—高压胶管;4—液压油缸;5—电磁球阀;6—压力表;7—压力变送器;8—蓄能器;9—蓄能器截止阀;10—液控单向阀;11、13—比例溢流阀;12—电磁/手动换向阀;14—液压泵;15—电动机;16—滤油器
2.2.2 液压张紧装置电气控制系统
该系统由PLC实现电—液联合控制, 并且与输煤程控PLC联锁。该液压拉紧系统的PLC程序设计流程图如图3所示, #11皮带液压张紧系统程序原理图如图4所示。B08可以设定启动压力, 启动压力上限=启动最高压力, 启动压力下限=工作压力上限, 它们的关系为:启动压力上限=工作压力上限×1.4;B06可以设定工作压力, 工作压力上限=启动压力下限, 工作压力下限=工作压力上限×0.9;B17可以设定报警压力, 报警压力上限=工作压力下限, 下限比上限稍微小。
2.2.3 液压张紧系统工作过程
该液压拉紧系统设有自动、手动两种工作模式。在自动模式下的工作过程:输煤远程程控PLC发信号给电控箱, 电磁球阀5得电吸合截止, 三位四通电磁/手动换向阀12打在左位, 启动电机, 带动油泵运转, 系统压力上升至皮带启动设定值, 压力变送器7指示电控箱自动停止油泵电机, 电控箱向输煤远程PLC反馈信号启动皮带, 皮带启动加速运行;当皮带正常匀速运行时, 电磁球阀5失电常开, 通过溢流阀11的调压和蓄能器8的保压功能, 保证液压系统压力降低至工作压力设定的范围内;由于液压系统存在泄漏, 压力将逐渐下降, 蓄能器8将补偿系统压力, 当压力降至工作压力下限报警设定值时, 如果蓄能器不足以补偿系统正常运行所需压力, 压力变送器7向电控箱发信号, 电控箱指令油泵电机重新启动运行, 使系统压力重新稳定在工作压力设定范围内, 如此循环工作。由此可见, 系统压力始终稳定在工作压力设定范围内, 从而保持皮带张紧力处在“压力正常”范围;当皮带运行中出现打滑时, 由输煤系统远程PLC根据速度保护的动作情况通过通讯线传送到电控箱, 电控箱控制油泵自动上升压力;当皮带出现断裂时, 压力变送器7检测到系统瞬间失压并通过电控箱反馈给输煤系统远程PLC, 实现皮带自动停机。
当自动模式因故不能实现或系统需要检修时, 采用手动模式。手动模式在正常工作状态下, 三位四通电磁/手动换向阀12仍然打在左位, 在蓄能器和溢流阀的维持下可以实现保压功能, 但因无法与远程实现通讯, 故不具备远程监测和断带保护功能;手动模式在检修状态下, 蓄能器的截止阀9应截止, 三位四通电磁/手动换向阀12打在右位, 系统压力可以强制卸荷, 活塞杆被强制拉伸。
3 原张紧系统故障分析
3.1 液压张紧系统存在问题
虽然#11皮带液压拉紧系统在设计上有其科学先进性, 但经过实践检验后进行分析, 还是存在一些需要改进的功能:
(1) 系统无法实现皮带停机后的张紧力控制。皮带机停机后, 输煤系统远程PLC通常指令液压站电控箱也处于停机模式, 就算系统压力降到报警值也对其放任不管, 油泵不执行启动补偿压力。如果皮带机在较长时间不用时, 系统压力在蓄能器短时间的维持后将不再保压, 有时甚至由正常工作压力10 MPa下降到2 MPa, 直至下次皮带启动时系统重新建立张紧压力, 这样将导致油缸频繁性大行程伸缩, 一方面将缩短油缸及密封圈的使用寿命, 另一方面造成皮带机工作时和停机时张力突变过大, 无法保证相对稳定的恒张力, 对皮带的使用寿命也有影响。
(2) 系统没有油缸行程的保护功能。油缸受到工艺限制, 其行程不可能很大, 设计时所留的裕度不可能很多, 但皮带的伸长率不仅与材质有关, 而且与皮带本身老化的程度有关, 另外还受到季节性变化温度的影响。液压系统有时受到内外因素的扰动从而使系统压力无法按照预设的压力条件正常工作, 比如压力变送器或溢流阀等故障导致系统超压, 油缸将超行程收缩, 这样可能会对油缸产生破坏性的损伤, 也可能造成皮带因超张力而断裂。另外, 在皮带断裂时, 当液压拉紧系统与输煤远程PLC通讯出现故障或压力变送器失灵时, 可能会出现液压缸超限收缩而皮带没有停机的情况, 因此, 系统没有油缸极限行程的保护功能, 也没有皮带断裂时二次保护停机功能。
(3) 系统没有故障情况下的应急保障功能。在液压张紧系统出现故障而无法正常张紧皮带时, 皮带机将处于丧失输送能力的状态, 修复液压系统的故障有时需要较长的时间, 在燃煤火力发电厂发电任务紧张时, 关键输煤皮带的故障有时会导致机组锅炉断煤而被迫停机, 给发电厂的安全经济生产造成危害。因此, 该系统还需要一个在液压张紧出现故障时替补的拉紧皮带装置, 保证能够在紧急情况下应急张紧皮带。
3.2 液压张紧系统故障分析
正因为该拉紧系统存在以上缺点, 所以在实际使用过程中频繁出现了一些影响安全生产的故障。
(1) 起动后无压力或压力调不上去。
这种故障是液压系统的通病, 就本液压系统而言, 产生这一现象可能的原因有如下几种:三位四通电磁/手动换向阀12没有动作;溢流阀11或13卡涩, 起不到调压功能;液压油泵14的旋向不对。解决的方法应该对症下药, 通常, 除了解决油泵正确的转向外, 清洗阀件, 保持液压油的清洁是很好的措施, 这样, 就要求整个液压泵站要有良好的密封, 防止煤粉污染液压油系统, 且应定期更换液压油, 更换时应该进行严格的过滤, 并按要求的液位加油。
(2) 高压报警失效油泵长时间运转。
嵩屿电厂#11皮带液压拉紧系统就曾经产生这一现象:系统正常稳定运行的压力整定在9 MPa～13 MPa, 当压力升到13 MPa启动压力上限时, 油泵本该停止, 但是系统压力一直飙升到18 MPa油泵也不会停止。在对系统故障排查时发现启动溢流阀13和工作溢流阀11整定压力过高, 导致系统产生高压, 失去对液压系统的管路与阀件的保护功能;压力变送器7受到通讯信号线的干扰导致无法正常报警停止油泵工作。处理这个故障时, 首先要把工作溢流阀和启动溢流阀的整定压力降至正常的报警压力值, 保证保护液压系统的管路和阀件不会因系统压力过高而损坏, 然后检查压力变送器的电接点等控制线路。
(3) 系统有时无法保压而频繁启动。
这种故障是液压系统的难点, 解决该问题则是保证系统安全可靠性的重点。以嵩屿电厂#11A/#11B皮带液压拉紧系统为例, 在投运的初期, 经常性出现这种故障, 严重影响皮带机的正常工作。后来, 经过技术攻关, 成功解决了该问题。其分析过程如下:
由液压油缸3, 蓄能器8, 溢流阀11, 电磁/手动换向阀12, 电磁球阀5, 液控单向阀10构成的工作保压回路里, 可能出现的故障点是:油缸密封圈老化或性能不佳导致严重内泄漏, 这是常见问题;换向阀内泄漏;液控单向阀内泄漏;蓄能器的充气压力不足或气囊损坏。根据这些因素分析, 对两套液压张紧系统进行全面的排查, 发现以下隐蔽问题:#11A皮带液压拉紧系统在用压力表检测气囊压力时显示只有2 MPa的压力 (正常充气压力为6.5 MPa～7 MPa) , 并且伴有压力油从开关口冲出, 初步判定为气囊破裂, 更换气囊并重新充氮气至要求压力后, 系统恢复正常保压功能。#11B皮带液压拉紧系统通过与#11A相同的排查后, 其结果表明气囊压力正常, 在排除了油缸密封圈和换向阀故障点后, 大胆尝试对液控单向阀进行清洗, 系统保压功能恢复正常。
4 液压张紧系统改进对策
根据#11皮带液压拉紧装置存在缺点和常见故障的分析, 为了提高系统工作的安全可靠性, 本研究提出了如图5所示的改进措施。与图2相比, 改进后的液压拉紧系统有如下特点:
1—拉紧小车;2—油缸滑轮;3—高压胶管;4—液压油缸;5—电磁球阀;6—压力表;7—压力变送器;8—蓄能器;9—蓄能器截止阀;10—液控单向阀;11、13—比例溢流阀;12—换向阀;14—液压泵;15—电动机;16—滤油器;17—电动绞车;18—常开应急截止阀;19、21—单向阀;20—手动油泵;22—溢流阀;23、24—油缸伸缩行程限位开关
(1) 增设了手动泵强制应急压力补偿回路。
由常开应急截止阀18, 单向阀19、21, 手动油泵20, 溢流阀22, 构成了手动泵强制应急压力补偿子回路。增设该子回路的目的是为了在液压油泵或马达出现故障无法给液压系统提供压力而皮带需要正常工作情况下应急设置的, 手动油泵20在溢流阀22的配合下, 可以手动给系统补偿所需压力, 在紧急情况下保证皮带正常的张紧。另外手动泵子回路可以作为备用系统, 在液压系统维修时, 由备用系统对输送带进行张紧, 常开应急截止阀18暂时关闭, 可保证不停机实现检修和维护。因此, 增设手动泵子回路可以大大提高皮带液压张紧系统的稳定性和可靠性。
(2) 增设了电动绞车装置。
液压油缸密封圈内泄漏严重时, 就算手动液压油泵子回路紧急投入也无济于事, 导致整个皮带液压拉紧装置处于瘫痪的紧急情况出现, 这就需要一种类似机械拉紧小车并能够暂时取代液压拉紧油缸功能的装置。增设电动绞车17就是基于这种状态考虑的[10]。
电动绞车的控制回路也包括自动与手动方式。在自动模式下, 电动绞车的控制回路与液压拉紧系统油泵电机联锁, 其工作过程如下:皮带启动时, 电磁球阀5得电截止, 液压张紧系统工作的同时打开电动绞车制动器, 液压张紧系统把皮带张紧至启动所需的张力值, 并向输煤系统远程PLC发出皮带电机可以启动的信号, 皮带加速运转, 当皮带正常匀速工作时, 一般以时间继电器给触发信号, 电控箱PLC延时控制电磁球阀5使其失电常开, 在工作溢流阀11的调压作用下, 系统压力降低至设定的工作压力值, 皮带张力降低到匀速运转时所需的张力值, PLC自动停止油泵电机, 并制动电动绞车, 保持皮带恒定的张力。在皮带机正常运转过程中, 如果皮带张力降低到匀速运转即工作压力下限时, PLC发出信号重新启动液压系统, 电动绞车的制动器也同时打开, 调整皮带张力达到所要求的张力值, 张力调整结束后, 油泵电机自动停止并制动液压绞车。在这个过程中, 电动绞车可以根据压力变送器的信号适当收放少量钢丝绳。
在手动模式下, 电动绞车参与工作, 根据需要手动操作电动绞车, 使其收放钢丝绳至皮带张紧要求拉力, 然后制动电动绞车。
(3) 增设了油缸伸缩行程极限限位保护开关。
在油缸活塞杆伸缩距离两头各装有1只行程开关。液压油缸活塞杆收缩行程限位开关23的作用是防止油缸活塞杆过量收缩导致活塞或密封圈损坏。当皮带断带、伸长量过大或者系统出现超高压时, 压力变送器检测到系统压力下降, 将自动启动油泵进行压力补偿, 油缸活塞收缩, 直到触动限位开关23, 液压油泵电机将自动断开, 保证油缸不继续收缩, 并把信号反馈至输煤系统远程PLC, 实现皮带保护性停机。液压油缸拉杆拉伸行程限位开关24的作用是防止油缸活塞拉杆过量拉伸, 当液压系统出现严重故障系统无法建立压力时, 活塞拉杆将被拉伸, 直到触动限位开关24, 输煤系统远程PLC接收到停机信号后紧急停机, 达到既保护油缸又保护皮带的目的。
5 结束语
笔者以厦门华夏国际电力发展有限公司嵩屿电厂输煤系统#11皮带液压拉紧系统为例, 对燃煤火力发电厂输煤系统拉紧装置进行比较, 阐述了皮带输送机加速启动、匀速正常运行和停机三种状态的特性及其相互关系, 把皮带液压拉紧系统的液压回路和电气控制相结合, 介绍了其工作原理和工作过程, 突出了皮带液压拉紧系统的优势, 并详实地分析了液压系统存在的缺点与故障, 并提出了具体可行的改进措施, 以完善和提高皮带液压拉紧系统的安全可靠性。该研究对已经使用皮带液压拉紧系统和即将引进该系统的同行具有一定的参考价值。
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履带液压张紧缓冲机构的设计计算 篇6
1 张紧机构的组成及原理
钻车的张紧机构, 主要由连接架、缓冲弹簧、张紧油缸、注油阀组成。借助黄油枪将黄油压入油缸内, 油缸伸出, 使履带获得一定的张紧力, 当履带在运行中遇到冲击时, 冲击力的变化使弹簧不断伸或缩, 从而起到缓冲的作用。
2 主要设计参数分析
2.1 钻车前进时张紧机构的张紧力
如图1所示, 履带的上方区段为松边, 履带对引导轮的作用力由靠近引导轮端的履带段的下垂量来确定, 最大下垂量可认为是履带段L的中间点, 下垂量h一般取:h= (0.015~0.03) L。
式中:h为履带的下垂量, mm;
L为引导轮与拖轮之间的距离, mm;
履带对引导轮的作用力F由下垂段的履带板的重力作用下产生的拉力来确定:式中:F为履带对引导轮的作用力, N;W为单块履带板总成的重量, N;
A为链轨节距, mm;
a为下垂段履带理想方向与水平方向的夹角, (°) 。
钻车在前进时张紧机构所受的张紧力
2.2 履带行走机构后退时张紧机构的张紧力
如图2所示。除了驱动轮与支重轮之间的履带为松边外, 其余各段均为紧边, 此时的驱动力等于履带的行驶阻力
式中:f为滚动阻力系数
G为附着重量N
此时履带对引导轮的作用力为F2:
式中:T为作用在单条履带上的行驶阻力N
所以在后退时张紧机构的预设张紧力F3应为:
由式 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 比较可以得出F3>F2, 即在后退时履带将引导轮向后拉动的距离t最大, 并累积在松边, 若移动距离t过大, 则有脱链的危险, 所以为保证后退行驶, 在设计张紧机构时, 张紧力应以后退时的履带对引导轮的拉力为设计依据。
2.3 弹簧的设计选型原则
弹簧参数的选择和弹簧座、张紧轮支座的连接方式及驱动轮位置等因素有关。其主要参数如下:
(1) 弹簧的预紧力P=F3。
(2) 弹簧工作行程终了时的压缩力Pn= (1.5~2) P。
(3) 弹簧工作行程需考虑履带和驱动轮卡入石块时能脱离啮合, 即工作行程fv为:
式中:DKe为驱动轮齿顶圆直径, mm;
DKi为驱动轮齿根圆直径, mm;
tmax为引导轮向后的最大偏移量, mm;
弹簧其他参数可参考设计手册。
2.4 张紧油缸的设计
此油缸为单作用液压缸, 其主要设计参数为液压缸缸径D (mm) 和液压缸行程D (mm) 。
式中:P为液压缸额定压力, MPa;
当履带因销轴与销孔磨损而延长时, 张紧机构可以对其补偿调节, 也可以拆掉一块履带板并恢复履带的正常张紧度。因此, 液压张紧机构张紧油缸行程S必须有一定调节行程。
3 结语
履带行走机构的张紧机构的设计原则如下。
(1) 当履带行走机构受到冲击载荷或跨越障碍时, 能完全补偿履带的曲线变化, 以防止履带行走机构零件过载。
(2) 在正常工作条件下, 预紧力能保证引导轮不会因为履带跳动而后移, 因此张紧机构必须有合适的预紧力。
(3) 张紧油缸必须有一定的调节行程以使履带保持张紧度。
以上分析及设计方法为张紧机构的设计提供了依据。在钻车的履带行走机构中依据上述方法确定主要参数, 可满足设计要求, 使用实践证明上述参数的确定方法是合理的。
参考文献
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自动张紧液压系统 篇7
圆形料场堆取料机具有环保的巨大功能, 在采矿、冶金、电力和化工等领域得到越来越多的应用。而其中堆料胶带输送机是重要的部件之一。
堆料胶带输送机由滚筒, 托辊组, 缓冲床, 胶带, 清扫器, 导料槽, 落料斗, 驱动装置和张紧装置等组成。堆料机在运行使用一段时间后, 会出现输送胶带伸长和形变等情况, 因此需要采用张紧装置来避免这种不利于设备安全运行的状况发生。张紧装置可以保证堆料机在输送过程中胶带始终保持足够的张力, 可以补偿胶带的伸长变化量, 同时在检修和重新硫化胶带接头时提供必要的行程变化量准备。
圆形料场堆料机的张紧装置一般采用液压油缸装置方式。液压油缸张紧装置具有可以自动调节张紧力, 响应快, 稳定性高, 适应性强, 控制简单等特点。
液压张紧装置设计的好坏直接影响到堆料机的正常运行。由于在运行过程中, 液压张紧装置的张紧行程很大程度上取决于油缸安装长度, 而且油缸液压系统始终处于高压状态, 内泄漏严重, 阀件的寿命也降低, 压力下降较快, 会导致张紧力急剧下降。因此非常有必要对液压张紧进行分析研究, 并寻求使用先进的计算机方法对其进行控制。
对堆料机的胶带张紧力进行分析研究, 对其液压张紧系统进行了设计分析, 同时对其控制策略进行了初步的探讨。整个分析过程为堆料机胶带的张紧控制提供了理论依据, 对于圆形料场堆料机的安全运行有现实意义, 同时为液压系统的动态仿真分析和优化设计提供重要的设计参考。
1 胶带张紧力分析
圆形料场堆料机胶带的张紧力计算可以参照带式输送机的胶带张紧计算过程。堆料机的胶带张紧力采用逐点法进行计算。设胶带在驱动滚筒分离点处的张力S1, 胶带在驱动滚筒切入点处的张力S2, 其计算公式关系如下:
式中:μ为胶带和驱动滚筒之间的摩擦因数;α为驱动滚筒上胶带的包角;λ为改向滚筒阻力系数之乘积;ΣF为输送胶带机运行总阻力, 包括主要阻力、附加阻力、特种主要阻力、特种附加阻力和倾斜阻力等阻力之和, 具体计算公式可以参见DTII (A) 型带式输送机设计手册相应的计算方法。
联立式 (1) 、式 (2) , 可以求得S1和S2的表达式
堆料机驱动装置的功率计算式如下:
式中:v为堆料机运行速度;η为电动机到驱动滚筒之间的机构效率;P为驱动装置的功率, k W;
圆形料场堆料机胶带的液压张紧装置一般布置在驱动滚筒处, 其张紧力按照胶带在驱动滚筒脱离处张力的两倍选取计算, 即张紧力大小为2S1。
由式 (3) 知, 圆形料场堆料机胶带的张紧力与驱动滚筒上胶带的包角α以及摩擦因数μ有密切的关系。适当增加μ和α的数值, 可以降低堆料机胶带的最小张紧力。尽可能避免选用光面裸露的钢滚筒, 可以提高摩擦因数μ。因此在堆料机的设计过程中, 需要选择较大的包角和选择橡胶或者聚氨酯覆盖层的驱动滚筒, 可以降低最小张紧力。
圆形料场堆料机胶带的最小张紧力受启动张力的限制, 通常启动张力取正常运行张力的1.2~1.6倍。同时最小张紧力还受输送胶带的相对垂度的限制, 在稳定输送状况下, 应控制在1%以下。输送胶带的运行速度越大, 垂度越小。
2 液压系统设计
2.1 液压系统组成
圆形料场堆料机胶带的液压张紧装置的液压系统原理图如图1所示。
圆形料场堆料机胶带液压张紧系统主要由液压油箱, 空气滤清器, 放油嘴, 油位计, 电磁换向阀, 张紧油缸, 齿轮泵以及压力表, 电控箱控制系统及附件等组成。
1.油箱2.空气滤清器3.放油嘴4.油位计5.齿轮泵6, 7.三位四通电磁换向阀8, 9.张紧油缸10.测压接头和压力表
2.2 工作过程描述
圆形料场堆料机胶带液压张紧使用两个独立的液压油缸, 既可以同时工作, 也可以单独工作。
如图1所示, 当齿轮泵开始正常工作后, 三位四通电磁换向阀6处在a位, 三位四通电磁换向阀7处在中间位时, 张紧油缸8和张紧油缸9的无杆腔进油, 此时活塞杆推出, 胶带处于张紧状态;电磁换向阀6处于b位, 电磁换向阀7处在中间位时, 张紧油缸8和张紧油缸9的有杆腔进油, 此时活塞杆回缩, 胶带处于松弛状态。
如图1所示, 当齿轮泵开始正常工作后, 三位四通电磁换向阀6处在a位, 三位四通电磁换向阀7处在c位时, 张紧油缸8的无杆腔进油, 此时油缸8的活塞杆推出, 油缸8侧的胶带处于张紧状态;电磁换向阀6处于b位, 电磁换向阀7处在d位时, 张紧油缸8的有杆腔进油, 此时活塞杆回缩, 油缸8侧的胶带处于松弛状态。
如图1所示, 当齿轮泵开始正常工作后, 三位四通电磁换向阀6处在a位, 三位四通电磁换向阀7处在d位时, 张紧油缸9的无杆腔进油, 此时油缸9的活塞杆推出, 油缸9侧的胶带处于张紧状态;电磁换向阀6处于位, 电磁换向阀7处在c位时, 张紧油缸9的有杆腔进油, 此时活塞杆回缩, 油缸9侧的胶带处于松弛状态。
该液压系统组成既可以实现两个液压油缸的同步动作, 也可以实现单侧油缸的动作, 满足圆形料场堆料机胶带的张紧要求。该液压系统已在国内多个圆形料场堆料机液压张紧系统中得到了很好地应用, 实际应用效果良好。
3 控制策略
堆料机胶带的液压张紧油缸的实时压力信号可以通过测压接头和压力表10传输到PLC控制器。通过对比实时压力值和最初设定值, 当压力值超过最初的设定范围时, 此时需要对液压系统进行调整。最初设定的张紧力2S1为理论值, 由于堆料机胶带运行过程中阻力负载不断变化, 张紧力是动态变化的数值, 因此这种控制方法存在一定的局限性, 不能对实时变化的张力进行调整。
由于堆料机驱动装置的电流与负载是存在一定的对应关系的, 可以进一步通过控制驱动电流输入来识别胶带运行过程中的阻力变化, 由式 (3) 可以计算出相对应的张紧力。同时对比测压接头和压力表显示的实际张紧力数值, 结合采用PID控制调节张紧力, 这样能更精确地控制液压系统的张紧力, 适应不同工况的张紧需要。
4 结论
对堆料机的胶带张紧力进行分析研究, 对其液压张紧系统进行了设计分析, 同时对其控制策略进行了初步的探讨。整个分析过程为堆料机胶带的张紧控制提供了依据, 对于圆形料场堆料机的安全运行有现实意义, 同时为液压系统的动态仿真分析和优化设计提供重要的设计参考。
摘要：圆形料场堆取料机是一种环保的大型机械设备, 堆料机胶带的张紧质量直接影响圆形料场堆料机的正常运行。分析了堆料机胶带的张紧力, 设计了液压张紧系统, 同时对其控制策略进行了初步探讨。整个分析过程为堆料机胶带的张紧控制提供了理论依据, 对于圆形料场堆料机的安全运行有现实意义, 同时为液压系统的动态仿真分析和优化设计提供重要的设计参考。
关键词：圆形料场,堆料机,液压张紧
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