带式输送机主要运行阻力测试装置的设计.pdf

第4 8 卷第5 期 煤炭工程 C O A LE N G I N E E R I N G V 0 1 4 8 N o 5 d o i 1 0 11 7 9 9 ce 2 0 1 6 0 5 0 3 9 带式输送机主要运行阻力测试装置的设计 刘旭涛1 左士强2 林福严1 卢 岩1 1 中国矿业大学 北京 机电与信息工程学院 北京1 0 0 0 8 3 2 福兴集团有限公司 山东枣庄2 7 7 3 1 9 摘要 设计了一种能够测试带式输送机主要运行阻力的测试装置 介绍了测试装置的总体 设计及其平台搭建基础 加载系统设计 测试系统设计 并介绍了该测试装置的试验方法 最后 进行了误差分析和重复性测试 测试结果表明该测试装置能够模拟不同直径的托辊 输送带的类 型 载荷 带速对主要运行阻力的影响 为降低主要运行阻力及输送机的能耗提供了相应的参考 依据 而且为间接测试输送机的压陷阻力提供有益的借鉴 关键词 带式输送机 主要运行阻力 测试装置 误差分析 重复性测试 中图分类号 T D 5 2 8 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 6 0 5 0 1 2 6 0 4 T e s ta p p a r a t u sd e s ig nf o rm a inr u n n in gr e s is t a n ceo fb e ltco n v e y o r L I UX u t a 0 1 Z U O S h i q ia n 9 2 L I NF u y a n l L U Y a n l 1 S ch o o lo fM e ch a n ica lE le ct r o n ica n dI n f o r m a t io nE n g in e e r C h in aU n iv e r s it yo fM in in ga n dT e ch n o lo g y B e ij in g B e ij in g1 0 0 0 8 3 C h in a 2 F u x in gC o m p a n y Z a o z h u a n g2 7 7 31 9 C h in a A b s t r a ct At e s ta p p a r a t u sf o rt h em a inr u n n in gr e s is t a n ceo fb e ltco n v e y o risd e v e lo p e d T h isp a p e rin t r o d u ce st h eg e n e r a l d e s ig n t h ep la t f o r mb a s is a n dt h ed e s ig no flo a d in gs y s t e ma n dt e s t in gs y s t e m a n din t r o d u ce st h et e s tm e t h o do ft h et e s t d e v ice A n dt h ee r r o ra n a ly s isa n dr e p e a t a b ilit yt e s ta r eca r r ie do u t T h er e s u lt ss h o wt I la t t h et e s td e v iceC a ns im u la t et h e in f lu e n ceo fd if f e r e n tp a m m e t e r so nm a inr u n n in gr e s is t a n ce in clu d in gr o lle rd ia m e t e r co n v e y o rb e ltt y p e lo a da n db e lt s p e e d S Oa s t op r o v id er e f e r e n ce sf o rr e d u cin ge n e r g yco n s u m p t io na n dm a inr u n n in gr e s is t a n ceo fb e ltco n v e y o r a n df o r t h ein d ir e ctt e s to fb e ltco n v e y o rp r e s s u r es a gr e s is t a n ce K e y w o r d s b e ltco n v e y o r m a inr u n n in gr e s is t a n ce e x p e r im e n t a ld e v ice e r r o ra n a ly s is r e p e a t a b ilit yt e s t 在矿用带式输送机的运行阻力的组成成分当中 输送 带的压陷阻力所占的比例最大 其次就是托辊的旋转阻力 两者之和大约占带式输送机运行阻力的7 0 lj 因此两者 称之为主要运行阻力 而且在H a g e r 和H in t z 发表的学术论 文当中得出压陷阻力所造成的能耗大约占输送机总能耗的 6 0 的结论心 针对托辊的旋转阻力的理论研究与实验研 究相对成熟 但是针对输送带的压陷阻力 国内外主要集 中于理论研究和仿真研究 国外相关专家对不同输送带橡 胶覆盖层对阻力的影响 输送带动态特性与阻力的关系 带速对压陷阻力的影响 输送带变形的非线性因素 3 等开 展了有益的研究 在国内 辽宁工程技术大学的毛君教授 在其发表的论文 4 6 1 中利用输送带覆盖层粘弹性特性而在 运动当中造成的能量损失对压陷阻力进行了研究 并且毛 君教授对输送带与托辊接触段的动态性能进行了分析 王 繁生教授 1 利用橡胶的粘弹性模型借助牛顿迭代法对托辊 与胶带的接触层的接触长度进行了迭代计算 韩刚教授在 其论文 1 当中对输送带与托辊的接触区域进行了受力分析 林福严教授一1 在其论文当中深入研究了表征输送带橡胶覆 盖层的粘弹性特性的各种模型是可以相互转换和基于三元 件M a x w e ll粘弹性模型 10 的压陷阻力计算公式 并对带式 输送机的能耗进行开展了一定的研究 本文在总结了大量研究者实际工作经验的前提下 设计 了一套能够测试压陷阻力与旋转阻力之和 主要运行阻力 的测试装置 能够模拟常见工况对阻力的影响 并且借助成 收稿日期 2 0 1 5 1 2 1 8 基金项目 中央高校基本科研业务费资助 2 0 1 5 Q J l2 作者简介 刘旭涛 1 9 7 7 一 男 河南许昌人 工程师 中国矿业大学 北京 在读博士 从事机电方面的科研工作 E m a il liu x u t a 0 7 7 1 2 6 co r n 引用格式 刘旭涛 左士强 林福严 等 带式输送机主要运行阻力测试装置的设计 J 煤炭工程 2 0 1 6 4 8 5 1 2 6 1 2 8 1 3 1 1 2 6 2 0 1 6 年第5 期煤炭工程 熟的旋转阻力测试装置可以间接的对压陷阻力开展研究 1 测试装置的总体设计 由于该套测试装置的最终目的是为了测试输送机的主 要运行阻力并且为间接测试压陷阻力提供一定的参考 因 此在设计之初选取了实际的矿用带式输送机作为设计参考 该测试装置的实物图与三维立体图如图1 所示 l一驱动滚筒 2 一机架 3 一测试胶带 4 一承载机构 5 一调偏机构 6 一测试托辊 7 传感器 8 一螺旋张紧机构 9 一改向滚筒 图l测试装置示意图 从功能角度将测试装置分为三部分 分别为 小型带 式输送机系统 测试系统 加载系统 如图2 所示 图2 测试装置功能结构图 2 平台基础 为了提高测试系统的可靠性 该测试装置是以小型带 式输送机作为平台设计基础 如图3 所示 架机7 张紧装盘 改向滚简 I I 一 图3 测试装置平台基础示意图 其中驱动滚筒选取的是Y D 型油浸式滚筒 其出厂型 号为Y D 一1 5 2 5 5 0 0 4 0 0 滚筒有效长度为5 0 0 m m 滚 筒直径为4 0 0 m m 额定功率为1 5 k W 最大滚筒表面线速 度为2 5 m s 值得注意的是在测试装置当中有相应的变频 器 未在图中画出 其实现变频调速的功能 选取的是 A B B 公司的相应产品 输送带选取的是普通环形带 棉芯 层 型号为4 0 0 x 4 6 1 5 也可以根据实际需要选取其 他型号的输送带作为测试样本 测试胶带必须保证胶带有一定的张紧力 这需要借助 张紧装置 综合实验室空间及各方面的因素选取螺杆式张 紧装置作为该测试装置的张紧装置 其优点是结构简单 布局紧凑 但是不足之处在于不能自动调节张紧需要多次 手动调节 如图4 所示一 一 调偏装置作为实验装置中不可缺少的一个部 要作用是保证装置在运动状态时具有一定的可靠 性 调偏装置如图5 所示 一毒 图5 调偏装置示意图 分 其主 性与稳定 端夹板 通过图5 可知 捌f I 6 装置是将轴承崮定在一根圆钢的 槽中 同时槽的上下表面距离轴承的上下表面有一定的距 离以便于轴承旋转 轴承与圆钢实现固定和定位是利用类 似于圆柱销的部件 在圆钢的另一端切制螺纹 利用螺纹 与机架连成一体 同时调偏装置中的轴承与加载装置中的 托辊夹板之间有一定的间隙 这样当测试装置处于稳定运 行过程中 轴承与夹具不接触便可以排除由于接触产生的 轴承滚动摩擦阻力所造成的误差 而如果在测试过程中产 生意外 调偏装置可以保证托辊不会从两侧飞出以免对测 试人员造成伤害 3 加载系统设计 加载系统的主要作用是对测试胶带或者托辊施加载荷 加载系统采用砝码加载 通过方钢与托辊夹具机构相连 确保加载重力作用在测试托辊轴端 并与输送带运行方向 垂直 值得注意的是加载系统利用细绳与传感器相连 将 实际阻力值输入传感器 一般情况下 矿用带式输送机是利用承载托辊平衡输 送带所施加的力 但是在该套测试装置中并未利用承载托 辊而是采用平板支撑测试胶带 这样做的原因是 由于承 载托辊组之间存在间隙 这个间隙会造成输送带产生弯曲 阻力 弯曲阻力会反映到传感器的输入端 造成测试误差 1 2 7 煤炭工程2 0 1 6 年第5 期 因此 设计时摒弃了承载托辊 而为了能够有效的测试输 送带的压陷阻力 将测试托辊放置在输送带上面 选取输 送带的上橡胶覆盖层作为测试对象 这样传感器测得值就 是输送带上覆盖层所产生的压陷阻力与托辊旋转阻力之和 而不会存在其他干扰阻力 这是该装置能够有效降低测试 误差的一个创新之处 由于测试胶带与平板接触会产生很严重的胶带磨损 在平板上方放置一张聚四氟乙烯板 测试胶带与聚四氟乙 烯板接触 这样可以有效的降低磨损 4 测试系统设计 测试系统由硬件系统和软件系统组成 其中硬件系统 主要由传感器 信号调理设备 数据采集卡组成 软件系 统主要是对采集的电压信号进行相应的数字信号处理和储 存 传感器选取的是s 型拉压力传感器 其量程范围为 5 0 k g 输出精度为 0 5 F s 信号调理设备的主要作用 是对采集卡输出的信号进行放大 数据采集卡选取的是3 2 位精度的U S B 数据采集卡的相应产品 测试系统的功能框 图如图6 所示 匝匾摊塑亟卜匦受丑H 匿噩囹i 硬件系统 软件系统 图6 测试系统功能框图 软件系统借助L A B V I E W 编写 该程序主要是由信号采 集 量程转换 将电压值与阻力测得值建立相应的线性 关系 平滑滤波 均值滤波 小波变换 傅里叶变换一功率 谱分析 数据存储 数据显示组成 值得注意的是 实验 之前必须对传感器进行相应的静态标定 由于从传感器直 接采集的数据会有比较大的波动 为此首先需要进行一次 平滑滤波 随后进行均值滤波 经过滤波后就可以得到比 较平稳的测试数据 由于当测试进入稳定状态后 得到的 阻力值应该是一个稳定值对应于一个直流量 为此利用小 波变换可以有效提取直流分量 随后进行傅里叶变换一功率 谱分析 最后可以观察直流量所占的比重 达到测试精度 后将相应的测试结果以二进制形式存储 测试完毕后就可 以根据保存的文件进行进一步的数据分析和处理 软件部 分的功能框图如图7 所示 图7 软件系统功能框图 5 实验及结果分析 5 1 实验方法 开始实验之前 首先检查设备线路的连接是否良好 1 2 8 计算机开机后打开测试软件观察零点位置 零漂过于严重 则需要对传感器进行标定 随后放置相应规格的托辊 利 用加载装置给测试胶带施加载荷 随后利用变频器进行变 频调速 在测试过程中 当测试胶带承受一个固定的载荷 时 测试应该进行四次 分别是 首先按照速度递增的趋 势测试一次 随后再按照速度递减的趋势测试一次 最后 重复上述过程一次 将四次测试结果求取平均值和标准偏 差 通过以上的实验方法 即可以模拟在不同的工况条件 下 带式输送机所受到的主要运行阻力 5 2 误差分析 该测试系统主要存在以下三方面误差来源 1 加载方法导致的误差 由于是利用砝码进行加载 因此当装置处于高速运动状态时 砝码重心会与加载装置 重心不一致 从而导致误差 可以在砝码与加载装置的连 接端放置滑轮 从而有效的解决这个问题 2 传感器输入端误差 当测试装置处于高速运行时装 置会产生振动 与传感器相连的绳子与传感器的输入端水 平线有一定的夹角 从而导致误差 针对这个问题 可以 调节托辊使托辊处于承载平板的中间段 3 软件系统精度导致的误差 无论是传感器还是采集 卡都存在输出精度的问题 可通过采用高精度的数据采集 卡在硬件系统上减低相应误差 为此选取的是3 2 位精度的 采集卡 而针对软件系统 可以采用相应的滤波降低误差 5 3 重复性测试 为了验证装置的可靠性和稳定性 在对输送带施加一 个固定的载荷的前提下 通过变频器调节输送带的带速 使输送带的带速分别是0 1 m s 0 5 3 m s 0 9 3 m s 1 6 0 m s 2 0 4 m s 2 5 m s 研究数据的稳定性和重复性 为了增加数据的可靠性 带速的变化趋势必须满足如 下要求 首先带速从0 1 m s 依次递增到2 5 m s 随后再 从2 5 m s 依次递减到0 1 m s 最后按照上述变化趋势重 复一次 分析四次测量数据值 平均值 平均值的标准偏 差 测试结果见表1 表1 不同带速下压力测试结果 分析表格中的数据 可以明显的得出无论是按照 递 增趋势 测量还是按照 递减趋势 测量数据的重复性表 现的都不错 与此同时 从平均值的标准偏差中也可以得 出上述结论 综上所述 可以得出该套实验装置的稳定性 达到实验要求 下转第1 3 1 页 团国国面回国雷 2 0 1 6 年第5 期煤炭工程 矩的大小不寅超过1 1o N r n 图3 扭矩5 0 0 N in 时图4 扭矩1 1 0 0 N I n 时 截面应力云图截面应力云图 5 结语 传扭装置能够满足套管钻进对留置套管及强度的需要 具有可靠的传递扭矩和给进力的功能 夹持器拧卸方便 套管长度可调 通过对传扭销的设计校核 证明了传扭销 直径参数设计的合理性 通过对关键接触部位有限元分析 为传扭装置的结构设计及加工提供了依据 现场工业性试 验验证了其性能可靠 具有较好的应用前景 的外层部位 传扭部件设计强度安全系数大于1 5 能够满 参考文献 4现场应用 火区治理技术实践 J 煤炭工程 2 0 1 5 4 7 7 6 4 1 2 0 m m 1 6 个钻孔孔内留管成功 其中 孔深最深为6 1 m 7 刘鸿文 材料力学I M 北京 高等教育出版社 2 0 0 4 晕妻黧翼长璧黧熙耋燃最锪墨三苎 3 銎J la J I 1 1 1 未L JA 兹 茎搿z u 苎io 篙鬻嚣酱限 入煤层孥堡 跟 曼箜篓长壁最孽孝 1 竺 譬管譬髦亨 9 庄明生 潜孔锤矗喜蒜套管螽i若二募磊薪茹 苫 长 8 0 试验验证了传扭装置具有可靠的传递扭矩和给进力 春 吉林大学 2 0 lj 一一 的功能 可实现在钻孔穿越煤层后将套管留设在煤层段的 1 0 刘永铨钢的热处理 M 北京 冶金工业出版社 1 9 8 1 目的 实用可靠 操作简便 责任编辑张宝优 6 结语 基于带式输送机节能的现实需求 有必要对输送机的 主要运行阻力进行研究 而基于实验进行研究是重要的一 环 为此 提出并设计了一种测试带式输送机的主要运行 阻力的实验装置 该套装置成功的剔除了输送带的弯曲阻 力对实验结果的引起的误差 并且该套实验装置表现出较 好的重复性和稳定性 利用已有的旋转阻力测试装置 还 可以对输送带的压陷阻力进行间接测试 参考文献 1 J e r z yA n t o n ia k R e s is t a n cet om o t io ninm