李 萌

帶式輸送機液壓自動張緊裝置設計

李 萌

(合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院,安徽合肥 230009)

帶式輸送機液壓自動張緊裝置具有工作平穩(wěn)、對空間要求低、性能可靠等優(yōu)點,是一種較先進、較完善、適合于大型帶式輸送機的張緊裝置。針對帶式輸送機對張緊力的實際需要,設計了液壓自動張緊裝置。采用單片機比較輸送帶張緊力的實測值與理論計算值差異,通過液壓張緊泵站來實時調整張緊力的大小,自動滿足啟動、正常運行和制動時張力的需要。

帶式輸送機;液壓張緊裝置;張緊液壓缸;液壓絞車

0 引言

帶式輸送機是采礦、冶金、化工和電力等企業(yè)常見的連續(xù)運輸設備。所有帶式輸送機在運行一段時間后都會出現(xiàn)輸送帶伸長、變形等現(xiàn)象,輸送帶的伸長由彈性伸長和塑性伸長組成,所以需要采用張緊裝置來克服由于輸送帶變長而帶來的缺陷。

1 帶式輸送機張緊裝置

1.1 帶式輸送機張緊裝置作用

為了保證輸送機能夠正常運行,張緊裝置是必不可少的裝置之一。張緊裝置有四個主要作用:

(1)保證帶式輸送機驅動滾筒分離點的足夠張力,從而保證驅動裝置依靠摩擦傳動所必須傳遞的牽引力,以帶動輸送機正常運轉。

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

(3)補償塑性變形與過渡工況時輸送帶伸長量的變化。由于負載變化會引起輸送帶發(fā)生長度變化,蠕變現(xiàn)象也會造成輸送帶伸長,張緊力是變化的,必須經(jīng)常調節(jié)張緊滾筒的位置,才能保證帶式輸送機的正常運行。

(4)為輸送帶重新接頭作必要的行程準備。每部帶式輸送機都有若干個接頭,可能在某一時間接頭會出現(xiàn)問題,必須截頭重做。張緊裝置為帶式輸送機準備了負荷以外的輸送帶,這樣接頭故障就可以通過放松張緊裝置重新接頭來解決問題。

1.2 帶式輸送機張緊裝置類型

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、鋼繩絞車式張緊裝置、電控式自動張緊裝置和液壓式自動張緊裝置。

1.3 液壓張緊裝置特點及設計

1.3.1 液壓自動張緊裝置的特點

液壓式自動張緊裝置與其他類型張緊裝置相比,具有以下特點:

(1)自動調節(jié)張緊力

液壓自動張緊裝置可以根據(jù)帶式輸送機的工況及對輸送帶張力的不同要求,任意調節(jié)啟動、制動和正常運行狀態(tài)的張緊力,使帶式輸送機在穩(wěn)定運行狀態(tài)時的張力降低20%左右。并減小輸送機的功率,降低輸送帶的強度等級,減少設備的投資和維護費用。

(2)響應快

帶式輸送機啟動時,輸送帶松邊會突然松弛伸長,此時張緊液壓缸在蓄能器的作用下,能立刻收縮活塞桿補償輸送帶的伸長量,減少輸送帶松邊對緊邊的沖擊,使帶式輸送機啟動平穩(wěn)、可靠,保護設備,減少斷帶事故的發(fā)生。正常運行時當外界擾動或輸送帶張力產(chǎn)生波動使輸送帶突然伸長時,蓄能器能夠及時吸收輸送帶松邊的伸長,減少輸送帶張力的波動,使系統(tǒng)處于恒壓狀態(tài),防止打滑。

(3)適應性強

由于系統(tǒng)簡單,可以根據(jù)具體情況來設計最大張緊力和最大張緊行程,一般可滿足各種不同類型帶式輸送機對張緊裝置的要求。由于張緊系統(tǒng)僅有張緊液壓缸和張緊絞車相連,結構可靈活布置,給帶式輸送機的選型設計提供方便。

(4)控制方便

該張緊裝置的控制系統(tǒng)可以與輸送機的集控裝置連接,實現(xiàn)遠程控制。

(5)抗污染和安全性好

采用濾油器、板式連接閥和全封閉護罩,系統(tǒng)管路簡單,安裝方便,適應煤礦井下條件差的情況,可保證液壓系統(tǒng)無泄漏。

1.3.2 液壓自動張緊裝置的設計

設計采用液壓油缸和液壓絞車結合的方式,開始時較大的初始張緊力由液壓絞車提供,在正常運行階段僅由液壓油缸來調節(jié)張緊力的變化。一定程度上滿足了補償輸送帶伸長和實時調控的目的,可以在生產(chǎn)中帶來較大的經(jīng)濟效益。

2 設計方案

2.1 結構設計

通過對整個張緊裝置的作用以及應滿足的要求進行分析,確定裝置應具有如下部件。

2.1.1 執(zhí)行部件的選擇

液壓自動張緊裝置的執(zhí)行元件選擇液壓油缸結合液壓絞車的形式,以滿足輸送機在正常工作、斷帶調整、重新接頭以及位置轉移時對張緊裝置的不同要求。啟動時可以防止打滑,正常運行時可以減小功率。

2.1.2 控制部件的選擇

(1)帶式運輸機在煤礦生產(chǎn)中大多用在井下和地面選煤廠,在井下使用時應保證其工作過程中不產(chǎn)生電火花,所以張緊裝置應有防爆控制箱。

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

(3)在帶式運輸機尾部張緊小車的軌道上設置行程開關,來控制液壓張緊系統(tǒng)快速動作,以防在斷帶時張緊小車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系統(tǒng)帶來破壞。

2.1.3 動力及其他部件的選擇

(1)設置液壓泵站,為系統(tǒng)提供動力。

(2)設置固定繩座,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)結構布置簡圖

2.2.1 張緊裝置組成及作用

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

(2)張緊油缸,正常工作時的執(zhí)行元件。

(3)防爆控制箱,輸送機在井下工作時起隔離、防爆作用。

(4)液壓泵站,提供壓力油、提供系統(tǒng)動力。

(5)蓄能器,在液壓泵間隔空轉時為系統(tǒng)提供動力,并在特殊情況下起保護作用。

(6)液壓閥組,張緊裝置的控制元件。(7)行程開關,起斷帶保護作用。

2.2.2 系統(tǒng)結構布置簡圖

圖1 系統(tǒng)結構布置簡圖

2.3 張緊裝置的液壓系統(tǒng)設計

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、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 工作過程

當啟動油泵9之后,控制液壓馬達的手動2或自動3三位四通閥通電換向,液壓馬達1開始工作。油泵9到液壓馬達1間有一個節(jié)流閥4用于控制液壓馬達1的工作壓力,一個溢流閥為了管路保持在一定的壓力并安全卸荷。手動2或自動3三位四通電磁換向閥是為了實現(xiàn)手動和自動雙模式,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1的轉向即張緊力的方向。對于油泵9給蓄能器16、液壓缸13供油的回路,則在一個可調節(jié)流閥5之后,設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等用來控制兩側液壓缸的工作壓力、方向等。

當液壓絞車帶動張緊小車達到輸送機的初始張緊力后,三位四通電磁換向閥換向到中位,使液壓絞車停止運動。然后由壓力繼電器14、15對蓄能器16和液壓缸13內的壓力進行監(jiān)測。如果壓力繼電器14測出液壓缸內的壓力達到張緊要求的預設值,則壓力繼電器控制油泵9停止運行。此時維持液壓缸的壓力依靠蓄能器16補充油液維持壓力。

圖2 液壓系統(tǒng)示意圖

帶式輸送機在運行過程時,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,則有蓄能器16為液壓缸內補壓供油。如果壓力繼電器15測出蓄能器16壓力不足,壓力繼電器15發(fā)出電信號,控制油泵9重新啟動運行,為液壓缸13和蓄能器16供油補壓。如果壓力繼電器15測出蓄能器16壓力過大時,溢流閥開啟,卸荷保壓。截止閥的作用是為了在系統(tǒng)停止工作時為液壓缸13和蓄能器16快速卸油。

這樣,由液壓馬達9帶動絞車提供輸送機開始運行時較大的初始張緊力;輸送機正常運行之后,液壓馬達9關閉,由液壓缸13來維持輸送帶張緊所需的較小的張緊力調節(jié)變化。既保證了帶式輸送機的平穩(wěn)、連續(xù)的運行,同時又解決了工作中頻繁地開啟液壓馬達,降低穩(wěn)定運行時不必要的功率消耗。

2.4 電控監(jiān)控反饋系統(tǒng)

帶式輸送機智能型液壓張緊裝置是在已有自動液壓張緊裝置基礎上,加入了力傳感器、單片機、電液比例溢流閥等構成反饋控制系統(tǒng)。在正常運行階段,應用單片機動態(tài)地比較輸送帶張緊力實測值與理論值,智能控制電液比例溢流閥的流量,實時調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(指令),它決定于系統(tǒng)外部的變化。

r——參考輸入,比例于輸入信號并與主反饋信號進行比較,為固定值。

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

ε——偏差信號,參考輸入與主反饋之差。

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

f——干擾信號,除輸入信號外對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的因素。

3 結束語

液壓自動張緊裝置在輸送機運行過程中,能有效地改善帶式輸送機的啟動、制動性能,提高整機運行的可靠性,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,易與主機控制系統(tǒng)相連,抗干擾能力強;可以降低輸送帶的強度,節(jié)約輸送帶投資。因此與其他形式的張緊裝置相比,更適用于長距離帶式輸送機。

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責任編輯:訾興建

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李萌(19842),男,安徽蕭縣人,淮北職業(yè)技術學院機電工程系助教,合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院機械工程專業(yè)在讀碩士研究生。