李 萌

帶式輸送機(jī)液壓自動(dòng)張緊裝置設(shè)計(jì)

李 萌

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

帶式輸送機(jī)液壓自動(dòng)張緊裝置具有工作平穩(wěn)、對(duì)空間要求低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn),是一種較先進(jìn)、較完善、適合于大型帶式輸送機(jī)的張緊裝置。針對(duì)帶式輸送機(jī)對(duì)張緊力的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了液壓自動(dòng)張緊裝置。采用單片機(jī)比較輸送帶張緊力的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值差異,通過(guò)液壓張緊泵站來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整張緊力的大小,自動(dòng)滿(mǎn)足啟動(dòng)、正常運(yùn)行和制動(dòng)時(shí)張力的需要。

帶式輸送機(jī);液壓張緊裝置;張緊液壓缸;液壓絞車(chē)

0 引言

帶式輸送機(jī)是采礦、冶金、化工和電力等企業(yè)常見(jiàn)的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備。所有帶式輸送機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后都會(huì)出現(xiàn)輸送帶伸長(zhǎng)、變形等現(xiàn)象,輸送帶的伸長(zhǎng)由彈性伸長(zhǎng)和塑性伸長(zhǎng)組成,所以需要采用張緊裝置來(lái)克服由于輸送帶變長(zhǎng)而帶來(lái)的缺陷。

1 帶式輸送機(jī)張緊裝置

1.1 帶式輸送機(jī)張緊裝置作用

為了保證輸送機(jī)能夠正常運(yùn)行,張緊裝置是必不可少的裝置之一。張緊裝置有四個(gè)主要作用:

(1)保證帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒分離點(diǎn)的足夠張力,從而保證驅(qū)動(dòng)裝置依靠摩擦傳動(dòng)所必須傳遞的牽引力,以帶動(dòng)輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)保證承載分支最小張力點(diǎn)的必須張力,限制輸送帶在托輥之間懸垂度,保證帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行,不致因輸送帶松弛而導(dǎo)致打滑、跑偏等現(xiàn)象。

(3)補(bǔ)償塑性變形與過(guò)渡工況時(shí)輸送帶伸長(zhǎng)量的變化。由于負(fù)載變化會(huì)引起輸送帶發(fā)生長(zhǎng)度變化,蠕變現(xiàn)象也會(huì)造成輸送帶伸長(zhǎng),張緊力是變化的,必須經(jīng)常調(diào)節(jié)張緊滾筒的位置,才能保證帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行。

(4)為輸送帶重新接頭作必要的行程準(zhǔn)備。每部帶式輸送機(jī)都有若干個(gè)接頭,可能在某一時(shí)間接頭會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,必須截頭重做。張緊裝置為帶式輸送機(jī)準(zhǔn)備了負(fù)荷以外的輸送帶,這樣接頭故障就可以通過(guò)放松張緊裝置重新接頭來(lái)解決問(wèn)題。

1.2 帶式輸送機(jī)張緊裝置類(lèi)型

現(xiàn)有張緊裝置大致有五種,分別是:重錘式張緊裝置、螺旋式張緊裝置、鋼繩絞車(chē)式張緊裝置、電控式自動(dòng)張緊裝置和液壓式自動(dòng)張緊裝置。

1.3 液壓張緊裝置特點(diǎn)及設(shè)計(jì)

1.3.1 液壓自動(dòng)張緊裝置的特點(diǎn)

液壓式自動(dòng)張緊裝置與其他類(lèi)型張緊裝置相比,具有以下特點(diǎn):

(1)自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力

液壓自動(dòng)張緊裝置可以根據(jù)帶式輸送機(jī)的工況及對(duì)輸送帶張力的不同要求,任意調(diào)節(jié)啟動(dòng)、制動(dòng)和正常運(yùn)行狀態(tài)的張緊力,使帶式輸送機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的張力降低20%左右。并減小輸送機(jī)的功率,降低輸送帶的強(qiáng)度等級(jí),減少設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用。

(2)響應(yīng)快

帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí),輸送帶松邊會(huì)突然松弛伸長(zhǎng),此時(shí)張緊液壓缸在蓄能器的作用下,能立刻收縮活塞桿補(bǔ)償輸送帶的伸長(zhǎng)量,減少輸送帶松邊對(duì)緊邊的沖擊,使帶式輸送機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)、可靠,保護(hù)設(shè)備,減少斷帶事故的發(fā)生。正常運(yùn)行時(shí)當(dāng)外界擾動(dòng)或輸送帶張力產(chǎn)生波動(dòng)使輸送帶突然伸長(zhǎng)時(shí),蓄能器能夠及時(shí)吸收輸送帶松邊的伸長(zhǎng),減少輸送帶張力的波動(dòng),使系統(tǒng)處于恒壓狀態(tài),防止打滑。

(3)適應(yīng)性強(qiáng)

由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單,可以根據(jù)具體情況來(lái)設(shè)計(jì)最大張緊力和最大張緊行程,一般可滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型帶式輸送機(jī)對(duì)張緊裝置的要求。由于張緊系統(tǒng)僅有張緊液壓缸和張緊絞車(chē)相連,結(jié)構(gòu)可靈活布置,給帶式輸送機(jī)的選型設(shè)計(jì)提供方便。

(4)控制方便

該張緊裝置的控制系統(tǒng)可以與輸送機(jī)的集控裝置連接,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(5)抗污染和安全性好

采用濾油器、板式連接閥和全封閉護(hù)罩,系統(tǒng)管路簡(jiǎn)單,安裝方便,適應(yīng)煤礦井下條件差的情況,可保證液壓系統(tǒng)無(wú)泄漏。

1.3.2 液壓自動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用液壓油缸和液壓絞車(chē)結(jié)合的方式,開(kāi)始時(shí)較大的初始張緊力由液壓絞車(chē)提供,在正常運(yùn)行階段僅由液壓油缸來(lái)調(diào)節(jié)張緊力的變化。一定程度上滿(mǎn)足了補(bǔ)償輸送帶伸長(zhǎng)和實(shí)時(shí)調(diào)控的目的,可以在生產(chǎn)中帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)整個(gè)張緊裝置的作用以及應(yīng)滿(mǎn)足的要求進(jìn)行分析,確定裝置應(yīng)具有如下部件。

2.1.1 執(zhí)行部件的選擇

液壓自動(dòng)張緊裝置的執(zhí)行元件選擇液壓油缸結(jié)合液壓絞車(chē)的形式,以滿(mǎn)足輸送機(jī)在正常工作、斷帶調(diào)整、重新接頭以及位置轉(zhuǎn)移時(shí)對(duì)張緊裝置的不同要求。啟動(dòng)時(shí)可以防止打滑,正常運(yùn)行時(shí)可以減小功率。

2.1.2 控制部件的選擇

(1)帶式運(yùn)輸機(jī)在煤礦生產(chǎn)中大多用在井下和地面選煤廠(chǎng),在井下使用時(shí)應(yīng)保證其工作過(guò)程中不產(chǎn)生電火花,所以張緊裝置應(yīng)有防爆控制箱。

(2)張緊裝置正常工作時(shí),可采用泵斷續(xù)供油,利用蓄能器實(shí)現(xiàn)油缸的自動(dòng)張緊和特殊情況下的保護(hù)作用,以此減少消耗,降低能耗。

(3)在帶式運(yùn)輸機(jī)尾部張緊小車(chē)的軌道上設(shè)置行程開(kāi)關(guān),來(lái)控制液壓張緊系統(tǒng)快速動(dòng)作,以防在斷帶時(shí)張緊小車(chē)的快速后退和油缸中某一腔的液壓急劇變化而造成很大的沖擊對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)破壞。

2.1.3 動(dòng)力及其他部件的選擇

(1)設(shè)置液壓泵站,為系統(tǒng)提供動(dòng)力。

(2)設(shè)置固定繩座,選擇系統(tǒng)所用的鋼絲繩及其他附屬元件。

2.2 各部件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖

2.2.1 張緊裝置組成及作用

(1)慢速液壓絞車(chē),在輸送機(jī)初始工作狀態(tài)下,提供較大的張緊力。在輸送機(jī)正常工作狀態(tài)下關(guān)閉。

(2)張緊油缸,正常工作時(shí)的執(zhí)行元件。

(3)防爆控制箱,輸送機(jī)在井下工作時(shí)起隔離、防爆作用。

(4)液壓泵站,提供壓力油、提供系統(tǒng)動(dòng)力。

(5)蓄能器,在液壓泵間隔空轉(zhuǎn)時(shí)為系統(tǒng)提供動(dòng)力,并在特殊情況下起保護(hù)作用。

(6)液壓閥組,張緊裝置的控制元件。(7)行程開(kāi)關(guān),起斷帶保護(hù)作用。

2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖

2.3 張緊裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 液壓系統(tǒng)組成

智能型液壓張緊裝置由液壓泵站、張緊油缸、液壓絞車(chē)、電磁換向閥、壓力繼電器、溢流閥、節(jié)流閥、蓄能器、壓力表、截止閥和電控箱控制系統(tǒng)及附件等組成。其液壓張緊泵站系統(tǒng)如圖2所示。

2.3.2 工作過(guò)程

當(dāng)啟動(dòng)油泵9之后,控制液壓馬達(dá)的手動(dòng)2或自動(dòng)3三位四通閥通電換向,液壓馬達(dá)1開(kāi)始工作。油泵9到液壓馬達(dá)1間有一個(gè)節(jié)流閥4用于控制液壓馬達(dá)1的工作壓力,一個(gè)溢流閥為了管路保持在一定的壓力并安全卸荷。手動(dòng)2或自動(dòng)3三位四通電磁換向閥是為了實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)雙模式,而且電磁換向閥的左位和右位的切換還可以用于控制液壓馬達(dá)1的轉(zhuǎn)向即張緊力的方向。對(duì)于油泵9給蓄能器16、液壓缸13供油的回路,則在一個(gè)可調(diào)節(jié)流閥5之后,設(shè)有三位四通電磁換向閥12、壓力繼電器14、15,溢流閥17、截止閥18等用來(lái)控制兩側(cè)液壓缸的工作壓力、方向等。

當(dāng)液壓絞車(chē)帶動(dòng)張緊小車(chē)達(dá)到輸送機(jī)的初始張緊力后,三位四通電磁換向閥換向到中位,使液壓絞車(chē)停止運(yùn)動(dòng)。然后由壓力繼電器14、15對(duì)蓄能器16和液壓缸13內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果壓力繼電器14測(cè)出液壓缸內(nèi)的壓力達(dá)到張緊要求的預(yù)設(shè)值,則壓力繼電器控制油泵9停止運(yùn)行。此時(shí)維持液壓缸的壓力依靠蓄能器16補(bǔ)充油液維持壓力。

圖2 液壓系統(tǒng)示意圖

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程時(shí),張緊力發(fā)生變化,由蓄能器16和溢流閥17保證液壓缸的壓力變化。如果輸送帶松弛,需要增大張緊力時(shí),則有蓄能器16為液壓缸內(nèi)補(bǔ)壓供油。如果壓力繼電器15測(cè)出蓄能器16壓力不足,壓力繼電器15發(fā)出電信號(hào),控制油泵9重新啟動(dòng)運(yùn)行,為液壓缸13和蓄能器16供油補(bǔ)壓。如果壓力繼電器15測(cè)出蓄能器16壓力過(guò)大時(shí),溢流閥開(kāi)啟,卸荷保壓。截止閥的作用是為了在系統(tǒng)停止工作時(shí)為液壓缸13和蓄能器16快速卸油。

這樣,由液壓馬達(dá)9帶動(dòng)絞車(chē)提供輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)較大的初始張緊力;輸送機(jī)正常運(yùn)行之后,液壓馬達(dá)9關(guān)閉,由液壓缸13來(lái)維持輸送帶張緊所需的較小的張緊力調(diào)節(jié)變化。既保證了帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)、連續(xù)的運(yùn)行,同時(shí)又解決了工作中頻繁地開(kāi)啟液壓馬達(dá),降低穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)不必要的功率消耗。

2.4 電控監(jiān)控反饋系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)智能型液壓張緊裝置是在已有自動(dòng)液壓張緊裝置基礎(chǔ)上,加入了力傳感器、單片機(jī)、電液比例溢流閥等構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)。在正常運(yùn)行階段,應(yīng)用單片機(jī)動(dòng)態(tài)地比較輸送帶張緊力實(shí)測(cè)值與理論值,智能控制電液比例溢流閥的流量,實(shí)時(shí)調(diào)整液壓張緊泵站系統(tǒng)壓力,從而使輸送帶張緊力始終保持最合理的狀態(tài)。張緊裝置在正常運(yùn)行階段控制系統(tǒng)的原理如圖3所示。

圖3 反饋控制系統(tǒng)原理圖

圖中:u——輸入信號(hào)(指令),它決定于系統(tǒng)外部的變化。

r——參考輸入,比例于輸入信號(hào)并與主反饋信號(hào)進(jìn)行比較,為固定值。

b——主反饋信號(hào),它是被控量的函數(shù),并與r進(jìn)行比較以產(chǎn)生偏差信號(hào)。

ε——偏差信號(hào),參考輸入與主反饋之差。

c——輸出信號(hào)(被控量信號(hào)),系統(tǒng)中變化規(guī)律需要檢測(cè)和加以控制的信號(hào),這里指的是帶式運(yùn)輸機(jī)輸送帶的張緊程度(拉力)。

f——干擾信號(hào),除輸入信號(hào)外對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的因素。

3 結(jié)束語(yǔ)

液壓自動(dòng)張緊裝置在輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,能有效地改善帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)性能,提高整機(jī)運(yùn)行的可靠性,在不同的使用條件下,可以保證輸送帶具有最合理的張力;電控系統(tǒng)控制容量大,易與主機(jī)控制系統(tǒng)相連,抗干擾能力強(qiáng);可以降低輸送帶的強(qiáng)度,節(jié)約輸送帶投資。因此與其他形式的張緊裝置相比,更適用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)。

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責(zé)任編輯:訾興建

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李萌(19842),男,安徽蕭縣人,淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系助教,合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生。