带式输送机液压张紧装置用液压绞车的仿真研究.pdfVIP

第2期 总第132期 机 械 管 理 开 发2013年4月 No 2 SUM No 132 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTApr 2013 0 引言 目前带式输送机已成为煤矿 冶金和港口等诸多 领域物流运输系统的主要输送设备 1 随着国民经济 的快速发展以及煤炭产量的进一步提高 作为煤炭开 采运输的重要设备 带式输送机近年来呈现向长距离 高带速和大运量方向发展的趋势 特别是整芯带长距 离带式输送机的应用不断增多 2 带式输送机在起 动 制动过程中和正常运行时 输送带的粘弹性与输送 量的变化都会使输送带的张力和挠度发生变化 当挠 度增大至一定值时 输送带与传动滚筒保持正常传动 所需的张力比丧失 导致输送带在传动滚筒上打滑而 不能启动 制动与正常运转 自动张紧装置是保证带 式输送机正常工作的重要部件 可自动地对输送机张 力进行实时控制 以满足带式输送机正常运行的要求 1液压张紧装置的组成及工作原理 液压张紧装置主要由 电控箱 液压站 油缸缓冲 装置 张力检测装置及液 压绞车等部分组成 图1 为一种自动液压张紧装置 示意图 其工作原理如下 当带式输送机主控系统给本装置的电控箱发出启 动信号后 本装置的电控箱就控制液压系统油泵电机 启动 同时控制电磁换向阀动作 进而液压油驱动液压 绞车运转 从而拉动张紧钢丝绳使皮带张紧 当张力达 到输送机正常运行值的1 5倍时 具体数值可根据现场 实际要求设定 输送机启动并加速运行 当输送机达 到正常运行状态后 张紧装置使胶带张力降低到正常 运行所需的张力 同时制动液压绞车保持皮带张力并 使液压站停止工作 在输送机正常运输过程中 本装置的张紧力监控 装置随时监控输送机的张力 张力监控装置一旦发现 张紧力小于正常运行张紧力的0 95倍 此值的设定应 远离胶带打滑的张力值 时 PLC将控制泵站电机启 动 驱动绞车运转 增大输送机张力至正常运行所需 值 调整结束后 液压系统再次自动停止工作 在输送机正常运输过程中 对输送机张紧力的监 控及调整都由本装置自动 完成并将张紧力稳定在设 定值 当需要停止输送机 运行时 只需输送机主控 系统发出停止信号 输送 机张紧装置就会自动将张 紧力降到停车张力 约为 正常张紧力的0 9倍 并 停止工作 需要输送机再 次启动时 重复上述操作 程序即可 2 液压绞车的设计及仿真 2 1液压绞车的结构设计及原理 图3液压绞车的结构外形图 液压绞车作为带式输送机张紧装置中的重要部 件之一 其性能的优劣直接决定着张紧装置性能的好 坏 3 液压绞车作为张紧装置的执行部件 其大储绳 量的特点可以满足大范围的张紧行程的需要 本装置 的液压绞车的液压原理图和结构示意图 如图2 图3 所示 其主要由液压马达 制动器 绞车滚筒及支撑架 等组成 绞车的制动片可以对绞车实施准确而快速的 收稿日期 2012 10 22 作者简介 高兴源 1975 女 山西霍州人 助理工程师 本科 从事煤矿机电运输设备的设计与研发工作 E mail 839072159 带式输送机液压张紧装置用液压绞车的仿真研究 高兴源 霍州煤电集团 机电总厂 山西霍州031412 摘要 介绍了一种带式输送机液压张紧装置的组成及工作原理 并对其重要部件液压绞车进行仿真研究 从仿 真结果可知 通过调节液压系统压力就可以改变液压绞车的输出转矩 从而适应带式输送机不同工况要求 关键词 带式输送机 张紧装置 液压绞车 中图分类号 TD528 1文献标识码 A文章编号 1003 773X 2013 02 0066 03 图1液压张紧装置示意图 1 2 3 4 56 AB PT 1 换向阀 2 梭阀 3 平衡阀 4 液压马达 5 绞车滚筒 6 制动器 图2 绞车液压原理图 66 第2期 总第132期 机 械 管 理 开 发2013年4月 制动且不会使液压绞车发生倒转 其工作过程为 当 改变换向阀的换向时压力油从马达不同的进油口进入 马达 从而驱动马达正反转 但是当A口进油时 绞车 必须是松绳的过程 平衡阀在此起背压的作用 以防绞 车在绳重的作用下加速转动 发生事故 2 2 液压绞车的仿真 液压系统的动态特性研究对优化液压系统性能参 数及提高其可靠性具有关键意义 目前很多工程的液 压系统都要求具有很高的精度且其系统本身又很复 杂 若直接设计生产 很可能存在很大的缺陷 从而造 成巨大的损失 因此在设计生产之前对液压系统进行 仿真研究就显得非常必要 仅依靠传统意义上的仿真 技术已不能满足现有液压系统的需要 因此 寻找一种 具有简单 可靠 直观且逼真的仿真软件 就显得尤为 重要 MATLAB不仅可以直接利用数学模型进行仿 真 而且在仿真过程中可以根据需要设置不同的参数 进行研究 进而可以了解液压系统各参数对系统的影 响 从而为优化液压系统提供重要的依据 并提出合理 的优化措施 4 2 2 1液压马达数学模型 图4为液压马达工作 原理图 液压马达进 出油 口的流量和压力分别为 Q1 p1和Q2 p2 液压马达 进 出油的流量连续方程为 Q1 ynVt k1 p k2 p C1 dp1 dt 1 Q2 ynVt k1 p k2 p C2 dp2 dt 2 式中 n为转速 y为排量调整参数 Vt为液压马达的排 量 理论值 C1 C2为分别为马达的吸油腔和排油腔的 液容 可表示为 C1 Vt 2 V1 1 K C2 Vt 2 V2 1 K V1 V2为分别为马达的吸油腔和排油腔的容积 k1 k2为液压马达两腔的泄漏系数 K为系统有效体积弹性 模量 液压马达的力矩平衡方程为 M Mt Mz J d dt y Vt 2 p Mc b0n b1n2 k 3 p 2 J dn dt k3 p Mc b0n b1n2 2 J dn dt 3 式中 k3 y Vt 2 k 3 Mz为损失扭矩 b0为液压马达的 黏性阻尼系数 b1为马达内因液体搅拌和紊流泄漏损 引起的扭矩损失系数 k3 为马达内个密封面处因压力 作用引起的扭矩损失系数 k3 0 Mc为损失扭矩中与 压力差和转速无关的常量部分 J为液压马达 包括旋 转液体 及负载的总转动惯量 kg m2 M为液压马达输 出扭矩 等于折算到马达轴上的负载力矩 kN m 液压马达的线性化流量方程可表示为 Q Vtn Zv p C d p dt 4 式 中 Vtn Qt Qt为 理 论 流 量 Zv为 内 泄 漏 系 数 Zv 1 Rv Q p 对上式拉氏变换后整理得 Q s Qt s 1 RvCS ZvP s 5 式 中 RVCS为 液 压 马 达 的 液 压 时 间 常 数 TRC RvC C Zv Th 液压马达的线性化扭矩方程可表示为 M K3 p bnn 2 J dn dt 6 液压马达输出扭矩M是用于克服负载扭矩Mz 即Mz M 可由压降表示为 pu 2 Vt Mz 因此 输出扭矩M也可表示为 M Vt 2 pu 所以 液压马达的运动方程可改写为 pu k32 Vt p 2 bn V 2 t Qt 2 Vt 2 J dQt dt 令 系 数 kp k32 Vt Vt 2 k 3 1 2 k 3 Vt 液 阻 Rp 2 bn V 2 t 和液感L 2 Vt 2 J 则有关系式 pu kp p RpQt LdQt dt 拉氏变换后整理得 Pu s kpP s RpQt s LSQt s KpP s 1 L Rp s RpQt s 7 这里TRL L Rp 2 bn J Tm 被称为液压马达的机械 时间常数 以上线性方程的液压马达的相识模型 阻抗网 络 如图5所示 对以上已经拉氏变换的线性流量方程和压力方程 进行整理 得如下两个方程 k 3 0时 kp 1 Q s Qt s 1 Ths ZVP s 8 P s Pu s 1 Tms RpQt s 9 p Q1 1 p Q2 2 Vt y p p p 12 图4液压马达工作原理图 高兴源 带式输送机液压张紧装置用液压绞车的仿真研究 67 第2期 总第132期 机 械 管 理 开 发2013年4月 图5液压马达模型图 在上式中有四个象函数Q s Qt s P s Pu s从两个方程中可消去其中一个象函数 每个方 程中包含三个象函数 令其中一个等于零 由余下的两 个象函数便可求取传递函数 2 2 2液压马达的压力控制 对液压马达进行压力控制或调节的前提是假定供 油源为恒压源 即流量的脉动和变化几乎不影响供油 压力的恒定 5 其关系可由三个传递函数来确定 这 里称之为控制传递函数 干扰传递函数和流量传递函 数 对于本系统只需要其控制传递函数 这是理论流量Qt const或Qt s 0条件下确定的传 递函数 Gpp s Pu s P s 10 由式 9 和 10 可知 如果令Qt s 0 则有 Pu s P s 和 Gpp s 1 由 于 pu 2 Vt M或 Pu s 2 Vt M s 因此可将液压马达的压力控制传递 函数改换为另一种形式 即 G mp s M s P s Vt 2 Pu s P s Vt 2 Gpp s Vt 2 KM 11 通过MATLAB进行仿真 结果如图6所示 从仿 真结果可以看到 液压马达的输入压力和其输出扭矩 成正比 对于本系统 通过调节液压系统压力就可以 得到所需的绞车输出扭矩 即可以得到不同的输送带 张紧力 从而适应皮带输 送机不同的工况 3结束语 带式输送机液压张紧 装置的稳定性直接关系到 输送机性能的好坏 对各 种工况的反应能力可以表 现出该设计的成功与否 液压绞车作为带式输送机张紧装置中的重要部件之 一 其性能的优劣直接决定着张紧装置性能的好坏 作 为张紧装置的执行部件 其大储绳量的特点可以满足 大范围的张紧行程的需要 文中通过对液压张紧装置 重要部件液压绞车进行MATLAB仿真分析 可知通过 调节液压系统压力就可改变液压绞车的输出转矩 从 而适应带式输送机不同的工况 实践证明 本文所设 计的液压张紧装置能满足正常起动 正常运行 正常制 动及停车 过载保护和松带保护等要求 与相应的电气 控制系统构成机电液一体化带式输送机控制系统 保 证了带式输送机在各种工况下的平稳运转 大大提高 了井下工作的安全系数 参考文献 1 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 9 10 11 2 李修良 陆永耕 煤矿井下皮带运输机自动张紧装置的设计 与应用 J 机械制造与自动化 2001 6 39 40 3 左帅 刘旭 王振兵 带式输送机张紧装置液压控制系统的改 进 J 液压与气动 2011 8 114 115 4 戴建立 带式输送机自动张紧装置的现状及研究 J 煤矿机 械 2007 11 3 5 5 李忠良 闰春艳 带式输送机张紧装置液压系统的设计 J 液 压与气动 2012 5 8 10 图6液压马达压力控制 的仿真结果 The Simulation Research on the Hydraulic Winch Used in the Belt Conveyor Hydraulic Tension Device GAO Xing yuan Linfen Shanxi Electrical Factory of Huozhou Coal electricity Group Huozhou 031412 China Abstract Introduces the structure and working principle of a kind of belt conveyor hydraulic tension device and makes simulation research on it s important component hydraulic winch It can be seen from the simulation results that the change of the pressure of the hydraulic sys tem can change the output torque of the hydraulic winch so as to adapt to the different working conditions of the belt conveyor Key words belt conveyor tension device hydraulic winch Broach Chip Space Design and Grinding WU Hai feng CNHTC S Datong Gear Company Ministry of Devices Kinetic Energy Datong 037305 China Abstract As a kind of high efficiency broach suitable for large quantities of spare parts processing metal cutting tool mainly used in automo biles motorcycles farm machinery aviation and construction machinery industry This paper introduces the inte