带式输送机液压自动张紧装置设计

李 萌

带式输送机液压自动张紧装置设计

李 萌

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)

带式输送机液压自动张紧装置具有工作平稳、对空间要求低、性能可靠等优点,是一种较先进、较完善、适合于大型带式输送机的张紧装置。针对带式输送机对张紧力的实际需要,设计了液压自动张紧装置。采用单片机比较输送带张紧力的实测值与理论计算值差异,通过液压张紧泵站来实时调整张紧力的大小,自动满足启动、正常运行和制动时张力的需要。

带式输送机;液压张紧装置;张紧液压缸;液压绞车

0 引言

带式输送机是采矿、冶金、化工和电力等企业常见的连续运输设备。所有带式输送机在运行一段时间后都会出现输送带伸长、变形等现象,输送带的伸长由弹性伸长和塑性伸长组成,所以需要采用张紧装置来克服由于输送带变长而带来的缺陷。

1 带式输送机张紧装置

1.1 带式输送机张紧装置作用

为了保证输送机能够正常运行,张紧装置是必不可少的装置之一。张紧装置有四个主要作用:

(1)保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力,从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的牵引力,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悬垂度,保证带式输送机的正常运行,不致因输送带松弛而导致打滑、跑偏等现象。

(3)补偿塑性变形与过渡工况时输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化,蠕变现象也会造成输送带伸长,张紧力是变化的,必须经常调节张紧滚筒的位置,才能保证带式输送机的正常运行。

(4)为输送带重新接头作必要的行程准备。每部带式输送机都有若干个接头,可能在某一时间接头会出现问题,必须截头重做。张紧装置为带式输送机准备了负荷以外的输送带,这样接头故障就可以通过放松张紧装置重新接头来解决问题。

1.2 带式输送机张紧装置类型

现有张紧装置大致有五种,分别是:重锤式张紧装置、螺旋式张紧装置、钢绳绞车式张紧装置、电控式自动张紧装置和液压式自动张紧装置。

1.3 液压张紧装置特点及设计

1.3.1 液压自动张紧装置的特点

液压式自动张紧装置与其他类型张紧装置相比,具有以下特点:

(1)自动调节张紧力

液压自动张紧装置可以根据带式输送机的工况及对输送带张力的不同要求,任意调节启动、制动和正常运行状态的张紧力,使带式输送机在稳定运行状态时的张力降低20%左右。并减小输送机的功率,降低输送带的强度等级,减少设备的投资和维护费用。

(2)响应快

带式输送机启动时,输送带松边会突然松弛伸长,此时张紧液压缸在蓄能器的作用下,能立刻收缩活塞杆补偿输送带的伸长量,减少输送带松边对紧边的冲击,使带式输送机启动平稳、可靠,保护设备,减少断带事故的发生。正常运行时当外界扰动或输送带张力产生波动使输送带突然伸长时,蓄能器能够及时吸收输送带松边的伸长,减少输送带张力的波动,使系统处于恒压状态,防止打滑。

(3)适应性强

由于系统简单,可以根据具体情况来设计最大张紧力和最大张紧行程,一般可满足各种不同类型带式输送机对张紧装置的要求。由于张紧系统仅有张紧液压缸和张紧绞车相连,结构可灵活布置,给带式输送机的选型设计提供方便。

(4)控制方便

该张紧装置的控制系统可以与输送机的集控装置连接,实现远程控制。

(5)抗污染和安全性好

采用滤油器、板式连接阀和全封闭护罩,系统管路简单,安装方便,适应煤矿井下条件差的情况,可保证液压系统无泄漏。

1.3.2 液压自动张紧装置的设计

设计采用液压油缸和液压绞车结合的方式,开始时较大的初始张紧力由液压绞车提供,在正常运行阶段仅由液压油缸来调节张紧力的变化。一定程度上满足了补偿输送带伸长和实时调控的目的,可以在生产中带来较大的经济效益。

2 设计方案

2.1 结构设计

通过对整个张紧装置的作用以及应满足的要求进行分析,确定装置应具有如下部件。

2.1.1 执行部件的选择

液压自动张紧装置的执行元件选择液压油缸结合液压绞车的形式,以满足输送机在正常工作、断带调整、重新接头以及位置转移时对张紧装置的不同要求。启动时可以防止打滑,正常运行时可以减小功率。

2.1.2 控制部件的选择

(1)带式运输机在煤矿生产中大多用在井下和地面选煤厂,在井下使用时应保证其工作过程中不产生电火花,所以张紧装置应有防爆控制箱。

(2)张紧装置正常工作时,可采用泵断续供油,利用蓄能器实现油缸的自动张紧和特殊情况下的保护作用,以此减少消耗,降低能耗。

(3)在带式运输机尾部张紧小车的轨道上设置行程开关,来控制液压张紧系统快速动作,以防在断带时张紧小车的快速后退和油缸中某一腔的液压急剧变化而造成很大的冲击对系统带来破坏。

2.1.3 动力及其他部件的选择

(1)设置液压泵站,为系统提供动力。

(2)设置固定绳座,选择系统所用的钢丝绳及其他附属元件。

2.2 各部件及系统结构布置简图

2.2.1 张紧装置组成及作用

(1)慢速液压绞车,在输送机初始工作状态下,提供较大的张紧力。在输送机正常工作状态下关闭。

(2)张紧油缸,正常工作时的执行元件。

(3)防爆控制箱,输送机在井下工作时起隔离、防爆作用。

(4)液压泵站,提供压力油、提供系统动力。

(5)蓄能器,在液压泵间隔空转时为系统提供动力,并在特殊情况下起保护作用。

(6)液压阀组,张紧装置的控制元件。(7)行程开关,起断带保护作用。

2.2.2 系统结构布置简图

图1 系统结构布置简图

2.3 张紧装置的液压系统设计

2.3.1 液压系统组成

智能型液压张紧装置由液压泵站、张紧油缸、液压绞车、电磁换向阀、压力继电器、溢流阀、节流阀、蓄能器、压力表、截止阀和电控箱控制系统及附件等组成。其液压张紧泵站系统如图2所示。

2.3.2 工作过程

当启动油泵9之后,控制液压马达的手动2或自动3三位四通阀通电换向,液压马达1开始工作。油泵9到液压马达1间有一个节流阀4用于控制液压马达1的工作压力,一个溢流阀为了管路保持在一定的压力并安全卸荷。手动2或自动3三位四通电磁换向阀是为了实现手动和自动双模式,而且电磁换向阀的左位和右位的切换还可以用于控制液压马达1的转向即张紧力的方向。对于油泵9给蓄能器16、液压缸13供油的回路,则在一个可调节流阀5之后,设有三位四通电磁换向阀12、压力继电器14、15,溢流阀17、截止阀18等用来控制两侧液压缸的工作压力、方向等。

当液压绞车带动张紧小车达到输送机的初始张紧力后,三位四通电磁换向阀换向到中位,使液压绞车停止运动。然后由压力继电器14、15对蓄能器16和液压缸13内的压力进行监测。如果压力继电器14测出液压缸内的压力达到张紧要求的预设值,则压力继电器控制油泵9停止运行。此时维持液压缸的压力依靠蓄能器16补充油液维持压力。

图2 液压系统示意图

带式输送机在运行过程时,张紧力发生变化,由蓄能器16和溢流阀17保证液压缸的压力变化。如果输送带松弛,需要增大张紧力时,则有蓄能器16为液压缸内补压供油。如果压力继电器15测出蓄能器16压力不足,压力继电器15发出电信号,控制油泵9重新启动运行,为液压缸13和蓄能器16供油补压。如果压力继电器15测出蓄能器16压力过大时,溢流阀开启,卸荷保压。截止阀的作用是为了在系统停止工作时为液压缸13和蓄能器16快速卸油。

这样,由液压马达9带动绞车提供输送机开始运行时较大的初始张紧力;输送机正常运行之后,液压马达9关闭,由液压缸13来维持输送带张紧所需的较小的张紧力调节变化。既保证了带式输送机的平稳、连续的运行,同时又解决了工作中频繁地开启液压马达,降低稳定运行时不必要的功率消耗。

2.4 电控监控反馈系统

带式输送机智能型液压张紧装置是在已有自动液压张紧装置基础上,加入了力传感器、单片机、电液比例溢流阀等构成反馈控制系统。在正常运行阶段,应用单片机动态地比较输送带张紧力实测值与理论值,智能控制电液比例溢流阀的流量,实时调整液压张紧泵站系统压力,从而使输送带张紧力始终保持最合理的状态。张紧装置在正常运行阶段控制系统的原理如图3所示。

图3 反馈控制系统原理图

图中:u——输入信号(指令),它决定于系统外部的变化。

r——参考输入,比例于输入信号并与主反馈信号进行比较,为固定值。

b——主反馈信号,它是被控量的函数,并与r进行比较以产生偏差信号。

ε——偏差信号,参考输入与主反馈之差。

c——输出信号(被控量信号),系统中变化规律需要检测和加以控制的信号,这里指的是带式运输机输送带的张紧程度(拉力)。

f——干扰信号,除输入信号外对系统产生影响的因素。

3 结束语

液压自动张紧装置在输送机运行过程中,能有效地改善带式输送机的启动、制动性能,提高整机运行的可靠性,在不同的使用条件下,可以保证输送带具有最合理的张力;电控系统控制容量大,易与主机控制系统相连,抗干扰能力强;可以降低输送带的强度,节约输送带投资。因此与其他形式的张紧装置相比,更适用于长距离带式输送机。

[1] 葛鹏,文成伟.自动液压拉紧装置在胶带机上的应用[J].设备管理与维修,2003(11):23224.

[2] 张华林.带式输送机的自动液压张紧装置[J].起重运输机械,2002(09):10211.

[3] 薛金柯,刮板输送机发展概况[J].煤矿机械,2002 (01):122.

[4] 毛君,王晶,刘训涛.带式输送机智能液压拉紧装置[J].煤矿机械,2005(10):98299.

[5] 马睿,张炳福,许庆友.液压装置在刮板输送机中的应用[J].煤矿机械,2004(06):16218.

[6] 陈维健,齐秀丽.矿井运输及提升设备[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.

[7] 毛君,带式输送机动态设计理论与应用[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1996.

[8] 张钺.新型带式输送机设计手册[M].北京:冶金工业出版社,2001.

责任编辑:訾兴建

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李萌(19842),男,安徽萧县人,淮北职业技术学院机电工程系助教,合肥工业大学机械与汽车工程学院机械工程专业在读硕士研究生。