可伸缩带式输送机液压张紧装置的开发.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()可伸缩带式输送机液压张紧装置的开发吴虎城(江苏建筑职业技术学院 智能制造学院,江苏徐州 )摘要:针对可伸缩带式输送机张紧装置的功能需求,提出了油缸马达式张紧装置方案,给出了油缸马达式张紧装置的系统方案及液压原理图.为验证方案及系统参数设计的正确性,建立了该系统的AME S i m模型,并在输送机启动和机尾移动工况下进行张力控制仿真.仿真结果显示,张力控制精度达到k N,满足输送机的运行要求.关键词:带式输送机;液压张紧装置;AME S i m中图分类号:TH 文献标识码:A江苏省自然科学基金资助项目(B K );徐州市科技计划项目(K C S G )收稿日期:;修订日期:作者简介:吴虎城(),男,安徽灵璧人,副教授,硕士,主要研究方向为机电液一体化设计.引言作为煤矿井下的重要输送设备之一,与综采工作面配套使用的可伸缩带式输送机应用越来越广泛.当综采工作面推移时,输送机通过自移式机尾实现不停机跟随移动,大大提高了生产效率.相对于普通带式输送机,可伸缩带式输送机增加了自移式机尾和储带仓,通常张紧小车与储带仓直接连接,其工作原理是:自移式机尾随工作面移动时,储带仓也跟随移动,进而完成收放输送带的动作.因此,可伸缩带式输送机通过张紧小车的移动来实现在不拆卸胶带情况下缩短或延长输送机,进而有效改善井下的运输效率.张紧装置是带式输送机的重要配套装置之一,其作用是保证胶带有合适的张力以防止其打滑.目前市面常见的自动张紧装置的形式有油缸式、液压绞车式和变频电机驱动式等,.油缸式张紧装置通常配有蓄能器,在输送机启动瞬间能够快速补偿驱动滚筒分离点后胶带的伸长,张力控制响应快,但是张紧行程有限,通常配置动滑轮组来满足行程的要求,但对于可伸缩式带式输送机,这种方案的张紧行程仍然难以满足要求.液压绞车张紧装置的优点是行程长但张力响应慢、精度低,主要原因是没有配置蓄能器,且马达泄漏量大.变频张紧装置能够同时兼顾张紧力精度与张紧行程,但是为了防止变频器易过载跳闸,通常容量选择过大.文献 提出了另一种适合可伸缩带式输送机的变频张紧装置,但是采用湿式摩擦片离合器,价格高,且配置了缓冲油缸,系统复杂,因此性价比不高.综合以上问题及分析,本文提出油缸马达式张紧装置方案,通过液压马达绞车满足张紧行程的要求,同时由油缸蓄能器来保证张力的控制精度.系统组成及工作原理 系统组成可伸缩带式输送机液压张紧装置系统方案如图所示,主要由张紧泵站、张紧油缸、张紧小车、钢丝绳固定支座和液压马达绞车等组成.液压马达绞车由液压马达、减速器(高速轴配有机械制动器)和储缆卷筒构成.张紧油缸的缸筒固定在地基上,张紧小车沿轨道可以滑动.张紧油缸活塞杆和张紧小车上装有滑轮,张紧钢丝绳如图所示缠绕,因此张紧油缸或者液压马达动作都可以使张紧小车沿轨道移动实现胶带张紧.张紧装置的工作原则是:输送机正常运行工况下,马达绞车不动作,依靠油缸和蓄能器对胶带进行张紧;输送机机尾自行移动工况下,液压油缸不动作,靠马达绞车旋转实现收放缆而控制胶带张力.张紧泵站;张紧油缸;储缆卷筒;减速器;机械制动器;液压马达;张紧小车;固定支座图可伸缩带式输送机液压张紧装置系统方案 工作原理可伸缩带式输送机张紧装置液压系统工作原理如图所示,电机驱动定量液压泵向张紧油缸 和马达 供液;三位四通电磁换向阀 和分别控制马达 和油缸 的运动方向;电磁球阀控制蓄能器和油缸 小腔油液,维持胶带张力恒定;节流阀用来控制蓄能器压力降低的快慢速度;比例溢流阀 用来控制马达入口处压力.具体工况如下:()系统卸荷工况:电机启动,比例阀 电流设定为mA.()手动操作油缸伸缩工况:电机启动,比例阀 电流设定最大值,D T、D T得电,D T和 D T动作实现油缸快速伸缩.()手动操作马达旋转工况:电机启动,比例阀 电流设定最大值,D T和 D T动作实现马达旋转.()输送机正常工况张力控制:马达绞车上的机械制动器抱闸,马达绞车不动作,只有油缸动作.当张紧装置收到“输送机启动准备”信号,则进入到“启动张紧力闭环控制流程”.电机启动,D T得电,当张力到达启动张紧力时,发出“允许启动”信号给输送机,输送机开始启动.启动过程由于胶带弹性变形导致张紧油缸压力过低时,蓄能器进行补液,同时液压泵向油缸小腔和蓄能器供液,直至张力达到启动张紧力而停机.输送机启动完成后,发出“输送机启动完成”信号至张紧装置,D T得电,蓄能器高压油经过节流阀缓慢释放,直至胶带张力至“运行张紧力”.此后张紧装置就一直维持胶带张力为“运行张紧力”,如果系统泄漏而导致张力降低后,则重新启动油泵往蓄能器中补液.()输送机机尾移动工况:首先 D T得电,将蓄能器油压从“运行张紧力”缓慢降低至“机尾移动张紧力”后 D T失电;比例溢流阀 按照“机尾移动张紧力”设定压力,D T得电向马达供液,实现胶带张紧.电机;液压泵;精过滤器;,单向阀;,换向阀;,电磁球阀;节流阀;蓄能器;,压力传感器;张紧油缸;马达;比例溢流阀;油箱;安全阀图张紧装置液压系统原理图系统仿真为验证张紧装置液压系统的可行性以及参数设计的正确性,搭建系统AME S i m仿真模型,如图所示.图中,用弹簧模拟胶带,微小节流口用来模拟系统的泄漏,输送机正常运行控制和机尾移动控制流程分别在f(x)和f(x)中实现.系统仿真参数设置如表所示.图液压张紧装置AME S i m仿真模型表系统仿真参数启动张力(k N)机尾移动张力(k N)张力精度(k N)油缸缸径(mm)油缸杆径(mm)马达排量(m L/r)对张紧装置进行两种工况仿真,仿真为输送机正常工作时启动张紧力控制,仿真为输送机机尾移动工况,两种工况仿真结果分别如图和图所示.图中,输送机启动前,液压泵向蓄能器和张紧油缸小腔充液,保证胶带的张力达到 k N,A点前是向蓄能器充液,A B段是张紧油缸缩回,同时胶带被张紧,B C段是由于系统存在泄漏,胶带张力会逐步减小,当到达张力下限时,重新启动液压泵向蓄能器充液.图中,s开始从运行张力减小至机尾移动张力,对应胶带张力从 k N降至 k N,此后液压泵开启,比例阀给定 k N张力对应电流,机尾移动,此时蓄能器压力稳定,因此能够满足机尾移动的张紧力控制要求.图输送机启动张力仿真结果图机尾移动张力仿真结果(下转第 页)机 械 工 程 与 自 动 化 年第期结语本文设计的机械移动滑台装置是针对轨道车辆等需要喷涂的大型工件,可替代人工在恶劣环境下作业.通过仿真实验,验证了机械移动滑台装置结构强度的可靠性,该装置的应用对提高企业经济效益具有重要的现实意义.图机械臂末端端点在水平方向的图机械移动滑台在水平方向的图机械移动滑台在水平方向的速度变化曲线速度变化曲线加速度变化曲线参考文献:匡涛,秦战生基于AN S Y S的水轮机推力轴承动力学分析J机械制造与自动化,():刘文静,宋学亮,靳岚单梁桥式起重机横梁结构的瞬态动力学研究J机械设计与制造工程,():刘治波,禹宏云 P r o/E、A D AM S与AN S Y S在虚拟设计中的联合应用J机械工程与自动化,():沈斌,麻连荣,宫大基于P r o/E二次开发的零件参数化设计技术J机械设计与制造,():宋浩,薛华夏,俞竹青 S R 型焊接机器人结构的静力学动力学分析和拓扑优化J机械设计与研究,():王国强实用工程数值模拟技术及其在AN S Y S上的实践M西安:西北工业大学出版社,D e s i g na n dM e c h a n i c a lA n a l y s i so fM o b i l eS l i d i n gP l a t f o r mf o rR a i lV e h i c l eS p r a y i n gL I UK e(C h a n g c h u nC R R CR a i l w a yV e h i c l e sC o,L t d,C h a n g c h u n ,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga t t h el a r g ew o r k p i e c e st h a tn e e dt ob es p r a y e d,s u c ha sr a i lv e h i c l e s,i no r d e rt om e e tt h en e e d so ft h er o b o tw o r k s p a c e,am e c h a n i c a lm o b i l es l i d ep l a t f o r m w h i c hc a nm o v eh o r i z o n t a l l ya n dv e r t i c a l l yi sd e s i g n e d T h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h em o v i n gs l i d e i se s t a b l i s h e db yC R E Os o f t w a r e,a n d t h ed y n a m i c a n ds t a t i c a n a l y s i s i s c a r r i e do u t b yu s i n gAN S Y Ss o f t w a r e T h ed y n a m i cr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c sa n dv a r i a t i o nr u l e so f s t r u c t u r a l s t r e s s,v i b r a t i o nd i s p l a c e m e n t,v e l o c i t ya n da c c e l e r a t i o nw i t ht i m e l o a da r eo b t a i n e d,a n dt h es t a b i l i t ya n df e a s i b i l i t yo f t h es t r u c t u r ea r ev e r i f i e d K e y w o r d s:r a i l v e h i c l e;s p r a y i n g;m o b i l es l i d ep l a t f o r m;d y n a m i c s(上接第 页)结论为可伸缩带式输送机所配置的自适应张紧装置既需要满足启动、运行和移机三种张力的可调控制,张紧行程符合移机的需求,还需要具备高性价比的优势.变频张紧装置虽能满足功能需求,但是性价比较低.针对该问题,提出了油缸马达式张紧装置方案,详细阐述了系统方案及工作原理.为验证方案及参数设计的可行性,建立了系统的AME S i m模型,并对输送机启动及移机工况进行仿真,结果表明系统满足功能要求,张力精度可达到k N,因此该张紧方案对可伸缩带式输送机可行.参考文献:李天国,周满山,李鹏,等尾滚筒后置式双液压缸推移重型自移机尾J起重运输机械,():综采技术手册 编委会综采技术手册M第版北京:煤炭工业出版社,吴虎城输送机张紧装置大液容系统压力控制研究J机床与液压,():张营章,李辉中长距离带式输送机自适应车式拉紧系统设计J煤炭工程,():杨俊宙,廉自生,袁红兵,等带式输送机新型变频自动张紧装置的动态仿真J煤炭工程,():D e s i g no fH y d r a u l i cT e n s i o n i n gD e v i c eo fP i c k A B a c kB e l t C o n v e y o rWUH u c h e n g(S c h o o l o f I n t e l l i g e n tM a n u f a c t u r i n g,J i a n g s uV o c a t i o n a l I n s t i t u t eo fA r c h i t e c t u r a lT e c h n o l o g y,X u z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:A c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h et e n s i o n i n gd e v i c eo ft h ep i c k a b a c kb e l t c o n v e y o r,t h es c h e m eo ft h ec y l i n d e r m o t o r t e n s i o n i n gd e v i c ei sp u tf o r w a r d,a n dt h es y s t e ms c h e m ea n dh y d r a u l i cs c h e m a t i cd i a g r a m o ft h ec y l i n d e r m o t o rt e n s i o n i n gd e v i c e a r eg i v e n I no r d e r t ov e r i f y t h e c o r r e c t n e s s o f t h e s c h e m e a n d t h ed e s i g no f s y s t e mp a r a m e t e r s,t h eAME S i mm o d e lo f t h es y s t e mi se s t a b l i s h e d,a n dt h et e n s i o nc o n t r o ls i m u l a t i o ni sc a r r i e do u tu n d e rt h ec o n d i t i o n so fc o n v e y o rs t a r t u pa n dt a i lm o v e m e n t T h e s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a t t h ep r e c i s i o no f t e n s i o nc o n t r o l r e a c h e s k N,w h i c hm e e t s t h eo p e r a t i o nr e q u i r e m e n t so ft h ec o n v e y o r K e y w o r d s:b e l t c o n v e y o r;h y d r a u l i c t e n s i o n i n gd e v i c e;AME S i m 年第期 机 械 工 程 与 自 动 化