足够的张紧力

足够的张紧力（共3篇）

足够的张紧力 篇1

摘要：钢丝绳张紧力人工检测的结果易受环境、工作人员状态及责任心等因素的影响, 可靠性差、检测效率低。提出了一种新型的立井钢丝绳张紧力在线监控装置, 将基于测定钢丝绳抗弯刚度的张力传感器应用于检测系统中。该传感器检测精度高, 维护、更换方便, 适应现场需要;基于PLC的控制核心更能适应户外恶劣环境;功能完善的人机界面, 尤其是数据输出、存储、打印功能的设计, 能够满足技术研究的需要。

关键词：凿井,钢丝绳张紧力,在线检测

矿井改扩建过程中, 二次改绞后多采用钢丝绳罐道并设置防坠制动绳。钢丝绳罐道是利用钢丝绳作为提升容器运行导向装置, 罐道绳的两端在井上和井底用专用装置固定和拉紧, 井筒内不需设置罐道梁。钢丝绳罐道具有一定的柔性, 能使提升容器运行比较平稳, 无冲击碰撞和噪音, 大大改善了提升系统的受力状况。制动绳悬挂于罐笼两侧, 用于罐笼坠落过程中防坠器的抓捕、制动, 在坠落的极短时间内, 罐笼被抓捕而悬挂在制动绳上。综上, 罐道绳和制动绳在立井提升系统中有着举足轻重的作用。而立井钢丝绳张紧力在线监控装置能够实时检测钢丝绳张力变化, 并对测得数据进行处理、分析, 根据分析结果发出声光信号警示操作维护人员, 还可自动对钢丝绳张紧力进行调节, 大大提高了安全管理效率。

1 系统原理

立井钢丝绳张紧力在线监控装置主要由检测单元、控制单元、执行单元、人机界面等组成。检测单元采用传感器检测钢丝绳张力状态, 并把检测值传送到控制单元中进行处理、分析, 控制单元根据分析结果进行输出; 控制单元负责接收、处理检测的张力信号, 然后根据分析结果输出到执行单元 ( 电机、信号灯、蜂鸣器等) ; 人机交互界面由触摸屏和计算机组成, 具有显示、设定压力限值、报警、记录等事项处理功能。系统原理如图1 所示。

2 系统要求

当钢丝绳罐道张紧力达不到设计值时将导致罐笼运行偏摆角度比较大, 甚至发生碰撞井梁、其他提升容器的事故; 即使张紧力大小符合要求, 但张紧力差值不合适的情况下, 也会引起罐道共振进而引发事故; 当制动绳发生制动时或操作人员认为可能发生制动而实际没有发生制动时, 操作人员依据个人工作经验进行判断并操作, 容易出现误判, 进而埋下事故隐患。因此, 对系统提出以下要求: ①实时监控钢丝绳张紧力并显示, 对张紧力不足、差值过小易引起共振、张紧力持续时间内发生较大变化等情况进行声光报警; ②当张紧力不足时控制泵站对张紧力自动调整到设定值; ③对制动绳运行情况实时监控并显示, 对运行或急停中的抓捕器动作情况进行判断, 一旦动作发出声光报警; ④系统检测精度高、稳定可靠, 不能出现误报; ⑤具有较好的人机交互界面, 方便对相关数据的访问、查询和修改; ⑥传感器检修更换方便 ( 该部分安装于天轮台, 检修属高空危险作业) 。

3 硬件设计

硬件系统主要由控制部分、检测部分、执行部分和人机界面组成。硬件系统核心为控制器和信号采集传感器的选型。

3. 1 控制器选型

PLC可靠性高, 抗干扰能力强; 通用性强, 控制程序可变, 使用方便; 功能强, 适应面广; 编程简单, 容易掌握; 减少了控制系统的设计及施工的工作量;体积小、质量小、功耗低、维护方便等特点。单片机具有功能强、适应面广、抗干扰能力强等特点。综上, 选用PLC控制核心[1,2,3,4]。

3. 2 张紧力检测传感器选型

旁压张力传感器通过U形螺栓固定在钢丝绳上, 当钢丝绳受拉力时, 张紧力通过导向轮作用于传感器上, 其测量精度高、安装方便、维修容易, 专用于测量钢丝绳的张紧力。油压传感器安装于钢丝绳张紧装置的油缸旁路上, 其安装方便、反应速度慢。压块式压敏型传感器安装于液压张紧装置底部, 其安装复杂、不易更换、精度高。综上, 选用旁压张力传感器。

3. 3 人机界面选用

人机交互界面采用DGUS屏。与传统的LCM通过时序或指令控制显示不同的是: DGUS屏采用直接变量驱动显示方式, 其显示和操作都是基于预先设置好的变量配置文件。使用DGUS可快速开发全图形触摸屏人机界面, 触摸屏输入法、弹出菜单、滑块拖动、增量调节等触摸屏交互方式和变量图标、艺术字、曲线显示、时间变量等变量显示可借助PC轻松完成, 大大减少了工程师编程工作量, 缩短了开发周期[5,6]。

4 软件设计

4. 1 PLC程序设计

PLC程序主要完成数据的采集、A / D转换, 根据采集的数据, 判断各根钢丝绳张紧力是否小于设定的压力值。如果低于设定值, 则控制相应的继电器通电, 对钢丝绳进行打压; 如果检测到压力超过设定的最大值, 则延时报警, 并发送信号给触摸屏; 如果各绳之间张力差不能满足防止共振要求, 则延时报警, 并发送信号给触摸屏; 如果某根或某几根绳张力单位时间内变化较大, 则延时报警, 并发送信号给触摸屏提示进行检查或操作; 主动剔除起罐和停罐因素引起的张紧力波动报警[7,8]。PLC流程如图2所示。

4. 2 人机界面设计

立井钢丝绳在线监控装置采用触摸屏作为人机交互界面, 通过触摸屏可手动设定各根钢丝绳的张紧力上下限值; 实时显示钢丝绳张紧力; 当通过旁压张力传感器检测到罐道绳张紧力低于设定值5%时, 人机界面报警并做出操作提示; 当检测到的罐道绳张紧力通过对比有共振风险时, 人机界面发出警报并做出操作提示; 制动绳动作时人机界面发出警报并做出操作提示; 实时 ( 历史) 数据 ( 曲线) 的查询、打印等[9]。

5 应用分析

许平煤业夏店矿回风井安装的钢丝绳在线检测装置主要采用单片机控制, 使用压块式压敏型传感器检测钢丝绳张紧力, 在使用中存在以下问题: 单片机外围电路复杂, 抗干扰能力差; 压块式压敏型传感器安装于液压张紧装置四角, 对安装精度要求高且一旦损坏更换困难; 人机交互性差, 只实现了数据显示和报警; 不能自动调节钢丝绳张紧力。优化后的钢丝绳张紧力在线监控装置应用于平煤股份一矿北三进风井千米混合提升系统中, 成功克服了以上不足, 以其可靠性和易用性保障了提升系统的安全运转, 减少了工人维护工作量。

6 结语

科学技术就是第一生产力, 只有不断地将新技术应用于实践之中, 才能创造较好的效益。立井钢丝绳张紧力在线监控装置将测控技术应用于矿山建设中, 其方便、可靠的优势突出, 能很好地为矿山安全生产保驾护航。

参考文献

[1]姚文斌, 程赫明.用“三点弯曲法”原理测定钢丝绳张力[J].实验力学, 1998, 13 (1) :79-84.

[2]陈义强, 聂崇举.基于PLC的钢丝绳罐道液压自动张紧系统设计研究[J].煤矿机械, 2007 (7) :125-126.

[3]郭源君.绳罐道优化设计的力学分析[J].矿山机械, 1994 (9) :22-24.

[4]胡晓朋.电气控制及PLC[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[5]杨兆建, 贾昌喜, 王勤贤, 等.多绳提升机钢丝绳张力动态测试调整研究[J].煤炭学报, 1995, 20 (5) :519-524.

[6]弗·符·弗洛林斯基.矿井提升钢绳动力学[M].杨福新, 译.北京:煤炭工业出版社, 1957.

[7]陈春雨, 李景学.可编程序控制器应用软件设计方法与技巧[M].北京:电子工业出版社, 1993.

[8]田瑞庭.可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社, 1994.

[9]翟亚军.绳式防坠器制动动力学模型及仿真[D].徐州:中国矿业大学, 2006.

带式输送机输送胶带张紧力分析 篇2

1 带式输送机的组成与分类

带式输送机是一种依靠输送胶带与驱动滚筒摩擦以运送煤炭、矸石等物料的连续运输机械设备。一般来讲, 主要由输送胶带、托辊 (槽型托辊与改向托辊等) 、驱动滚筒、改向滚筒及张紧装置等组成[3], 见图1。按照运送载重的不同可分为重载运输型带式输送机和轻载运输型带式输送机;依据结构形式的不同 (是否有槽型托辊组) 可分为槽形带式输送机和平面皮带输送机。

2 张紧系统的必要性与主要作用

张紧系统的性能决定着带式输送机的工作性能, 对于带式输送机来讲, 张紧系统是不可或缺的重要部件。张紧系统的作用主要有以下2点:一是张紧系统所提供的张紧力, 可以确保带式输送机驱动滚筒与输送胶带二者之间不产生打滑;二是由于输送胶带是一个弹性体, 在工作过程中, 不可避免的塑性形变会导致输送胶带被拉长, 而张紧系统使输送胶带始终处于被拉直状态, 避免了在各承载槽型托辊组之间出现输送胶带搭落, 增加垂度, 避免出现煤炭、矸石等物料的撒落以及额外的阻力。

3 张紧力及张力逐点计算方法

现阶段, 计算带式输送机张紧装置的张紧力主要采用的方法是, 先求出驱动滚筒与输送胶带相背离点处的张紧力, 再利用逐点张紧力计算法, 就可以求出整个张紧系统任何位置的输送胶带张紧力。

在与驱动滚筒相接触的输送胶带上任取一段微原体AB为研究对象, 对其受力平衡分析, 并联立欧拉公式以及阻力公式

式中:SY, SL分别为驱动滚筒驶入点与背离点受力;Wz, Wk分别为重载与空载段阻力;∑W为各种附加运行阻力之和, 一般取有载段、无载段运行阻力之和的10%, Wo≈1.1 (Wz+Wk) 。

在实际进行运行阻力计算的过程中, 一般采用较为简单的经验公式

式中:k为输送机长度系数;Q为胶带的单位承载质量, kg/m;qd为输送胶带的单位质量, m;q'g, q''g分别为承载重段、承载空段折算到托辊上的质量, kg/m;L为带式输送机的总长, m;g为重力加速度, m/s2;ω为总运行阻力系数;β为带式输送机铺设倾角, 度。

将式 (3) 进行拆解, 可得有载段、无载段的行阻力的计算公式

式中:ω', ω''为有载段、无载段运行阻力系数。

式 (4) 、式 (5) 中正负号的选择说明, 在式 (4) 中, 带式输送机重载上运选择正号, 若带式输送机重载下运, 则选负号。

在算出驱动滚筒背离点的张紧力之后, 便可按照张力逐点计算法的公式进行输送带各点张紧力的计算

式中:Si-1, Si为输送胶带 (i-1) 点和i点的张力;W (i-1) -i为 (i-1) 点和i点之间的运行阻力;μ为输送胶带与滚筒之间的摩擦因素;α为围包角。

4 结论

本文在介绍带式输送机的组成分类以及张紧系统必要性的基础上, 详细说明了输送胶带张紧力以及带式输送机运行过程中阻力的分析方法, 并对计算方法进行了阐述。

摘要：文章介绍了带式输送机的组成分类以及张紧系统的必要性, 详细说明了输送胶带张紧力以及带式输送机运行过程中阻力的分析方法, 并对计算方法进行了阐述。

关键词：带式输送机,张紧系统,受力分析,运行阻力

参考文献

[1]董大仟, 何青, 杜冬梅.大型带式输送机系统设计[J].起重运输机械, 2006 (4) :26-29.

[2]李琨.典型带式输送机设计系统的开发[D].北京:华北电力大学, 2006:75-76.

足够的张紧力 篇3

提升容器在罐道钢丝绳上导向过程中给钢丝绳一个横向载荷, 造成罐道钢丝绳的偏摆, 而偏摆大小与纵向张力有关, 因此有必要研究刚度与张力的关系。图1所示为罐道钢丝绳受到横向张力后的偏摆示意图。

钢丝绳罐道的横向刚度是指引起罐道钢丝绳单位偏摆量所需的横向力的大小, 因此下面根据图1得到图2的罐道钢丝绳受力图, 图中, 罐道钢丝绳上端的液压张紧力为T, N;罐道钢丝绳线密度为q, Kg/m;罐道钢丝绳在x处受一横向力F作用时, 其位移量为y;横向作用的载荷处, 钢丝绳的张力分别为N1和N2;其张力与竖直的夹角分别为α和β。

根据图2可知, 在横向载荷F处的平衡有 (1) 公式成立:

式中, N1= (T-qx) /cosα, N2= (T-qx) /cosβ。

从而得到

根据上式, 罐道钢丝绳的横向刚度为

由式 (2) 可根据顶部的张紧力确定钢丝绳罐道任意位置的横向刚度。

2 罐道钢丝绳刚度最小位置

由式 (2) 知, 在整个罐道钢丝绳各处k不一样, 对此式求导, 并令其等于0, 可求出kmin之处的xkmin。

3 实际应用分析

3.1 选取参数

以双鸭山矿务局多绳摩擦式提升系统为例进行计算, 其主要技术参数如下:

提升容器等效质量:20000kg

最大提升速度:10.4m/s

提升钢丝绳单位重量:4.94Kg/m

提升钢丝绳弹性模量:1.2×1011N/m2

钢丝绳钢丝断面积:654mm2

罐道钢丝绳长度:760m

罐道钢丝绳直径:40.2mm

罐道钢丝绳单位质量:9.6kg/m

罐道钢丝绳破断力:1332.8N

3.2 应用结果分析

3.2.1 罐道钢丝绳横向刚度与提升距离和张紧力关系

罐道钢丝绳横向刚度与下放距离的关系如图3所示;提升容器位置确定, 罐道钢丝绳横向刚度与张紧力的关系如图4所示。

根据图3与图4可知:

(1) 罐道钢丝绳的横向刚度随着提升容器下放而逐渐减小, 当减小到最小值后逐渐增加;最小值并不在罐道钢丝绳的中间位置, 而是在中间偏下, 这是因为罐道钢丝绳自重形成任意位置罐道钢丝绳的张紧力不同造成的。

(2) 罐道钢丝绳在任意位置的横向刚度随着张紧力的增大而线性增大。

3.2.2 罐道钢丝绳张紧力与横向刚度最小位置关系

根据图5可知, 随着罐道钢丝绳的张紧力的增大, 横向刚度最小位置逐渐向中间位置接近, 这是随着张紧力的不断提高, 罐道钢丝绳自重的影响逐渐减弱的缘故。

3.2.3 罐道钢丝绳张紧力确定

根据以上分析可知, 罐道钢丝绳张紧力的大小直接关系到罐道钢丝绳的刚度, 而刚度的大小直接影响提升容器在运行中的摆动量。由于罐道钢丝绳拉紧力越大, 刚度越大, 即摆动量就越小, 但过于增大罐道钢丝绳的拉紧力, 将造成经济上的不合理。根据《煤矿安全规程》第388条规定“每根罐道钢丝绳的最小刚性系数不得小于500N/m”, 因此根据有以下公式:

从而张紧力T满足

同时罐道钢丝绳顶部的最大张紧力满足

式中, P为钢丝绳破断力总和;n为罐道钢丝绳的安全系数。

为了避免罐道钢丝绳发生共振摆动, 应使每根罐道钢丝绳之间的拉紧力互不相等, 相差在5~10%的范围内, 同时, 在保证安全系数的前提下, 亦可适当加大绳端拉紧力, 以进一步减小提升容器的摆动量。因此, 设计四根罐道钢丝绳张紧力分别为

3.3 结论

根据罐道钢丝绳张紧特性, 对钢丝绳的约束和受力进行了分析, 得到了横向刚度最小表达式以及刚度最小时在井筒的位置表达式。基于刚度最小表达式, 刚度最小时在井筒的位置表达式以及罐道钢丝绳横向作用力表达式, 确定了双鸭山矿务局现场罐道钢丝绳的横向振动位移, 应用效果比较理想。

参考文献

[1]黄霓, 李剑, 王坚, 等.钢丝绳罐道的应用与发展[J].煤矿安全, 2002, 33 (6) :30, 43.

[2]王宝, 胡万忠, 宋长喜, 等.钢丝绳罐道张力及其刚性系数的测试[J].煤矿自动化, 1999 (4) :33-34.

[3]马宪亭.立井钢丝绳罐道的特点及使用[J].煤矿机械, 2003 (12) :104-106.

[4]郭源君.引起容器在绳罐道上横向运动的几种因素[J].煤矿机械, 1991 (1) :26-27.