刮板输送机液压张紧系统研究.doc

.刮板输送机液压张紧系统研究刮板输送机液压张紧系统研究 摘要：分析了刮板链的张力及其在额定负载下的张力分布，介绍了液压伺服位置控制系统的工作原理。采用电液比例方向阀，设计了刮板输送机液压张紧系统，实现了刮板链张力随负载自动调节。 关键词：刮板输送机 液压张紧装置 电液比例方向阀 0引言 在刮板输送机工作过程中，其负载大小会随着采煤机的往复运动、支架推移、截割煤速度等因素的影响而不断发生变化。由于刮板链是弹性体，在牵引力的作用下会产生弹性变形，这将导致刮板链会随负载的变化而时松时紧。刮板链过松，容易使链轮与刮板链不能正常啮合，引起刮板链冲击振动或掉链，而且容易堆积扭结，在封闭的底链道造成刮卡，导致非正常磨损断裂；刮板链过紧，则会使运行阻力增大，设备启动困难，运行功率增大，零部件磨损加剧，使用寿命降低。为了能够使刮板链张力适应负载的变化，刮板输送机可采用液压张紧装置来控制可伸缩机尾，实现刮板链张力自动调节。 刮板链张力计算 刮板链在额定负载下的张力分布如图1所示，图中虚线表示刮板链预张力，按等高线的高度均匀分布在链条上；图中实线表示刮板链在运行中的张力分布。 对于综采工作面，此时采煤机位于机尾部。刮板链的微元伸长量与其张力、微元长度、弹性模量E、横截面积A诸量之间的关系服从胡克定律。输送机在额定负载下工作，刮板链总弹性伸长量L可以用下式表达： 式中i刮板链条数；S（x） 刮板链在点x处的张力值；A刮板链的横截面积；L刮板输送机的铺设长度。 式中的积分值等于图1中的张力线所包围的面积，即 由此可见，在额定负载下，链条有一个伸长量L，为了消除此量对刮板输链的影响，必须给刮板链加一个预紧力F使之在预紧力下产生的伸长量与额定负载下的伸长量相抵消。 1液压张紧系统工作原理 液压伺服驱动位置控制系统结构，如图2所示。 其工作过程如下，刮板输送机链条张力运行数值经上位机分析后，与己定的标准相比较，得出刮板输送机机尾的新位置X（0），然后驱动液压缸推动机尾部分有原来的位置移动到新位置X（0），即完成了链条张力的控制。 a （1）功率放大器：功率放大器可视为一个比例环节，其传递函数为：I=KnU或I（s），式中I放大器的输出电流，A；Kn伺服放大器增益，A/V；U输入的电压信号，V。 （2）电液伺服阀：不考虑电液伺服阀非线性，电液伺服阀可视为一个比例环节，其比例系数为： 式中Qv伺服阀的空载流量，m3/s；I伺服阀的输入电流增量，A；Ksv伺服阀的静态流量增益，m3/sA。 （3）位移传感器：位移传感器可视为一个比例环节：Uf=KfX，式中Uf位移反馈信号，V；Kf传感器的位移/电压转换系数，V/m；x油缸的输出位移，m。 （4）液压缸：液压缸通常可视为一个积分加二阶振荡环节，其传递函数为： a 式中h液压缸固有频率，rad/s；动力元件阻尼比。 2液压系统设计 电液比例阀具有控制精度高，相对于伺服阀所需液压油的清洁度低，便于和计算机结合实现电液闭环控制等优点。 电液比例阀控制精度高，无零漂，工作可靠，便于和计算机结合实现电液闭环控制。与电液伺服阀相比，其价格较低，抗污染能力强，而且由于压降比伺服阀低，能耗和温升也远比伺服阀低。 电液比例方向阀属于电液比例控制中节流控制类型的比例控制，是以节能为目的的流量协调系统。它可根据输入电流的大小和极性来改变输出流量的大小和方向，将其与执行元件连接，便可按比例控制液压执行元件的速度和方向，实现无级调节。 本文设计的液压张紧系统启动时，液压缸迅速拉紧刮板链需要较大的流量，而稳定运行时，活塞杆移动范围小，则需要较小的流量，因此可采用电液比例方向阀来控制液压缸活塞的拉紧速度和运动方向，实现对流量和方向的控制。其系统原理如图3所示。 图中1、2、5是直动溢流阀，3、8是二位二通单向电磁换向阀，4是叠加溢流阀，6是电液比例方向阀，7是液压缸，9是节流阀，10是液控单向阀，11是过滤器，12是油泵。 该系统采用直动溢流阀和叠加溢流阀并联来实现两级压力控制。叠加溢流阀由直动溢流阀和换向阀串联组成。在刮板输送机启动之前，刮板链张紧系统需先启动进行预拉紧。控制电路发出信号使电液比例方向阀6的阀芯处于最左位，此时电机启动。油液经电液比例方向阀6进入液压缸有杆腔；电磁换向阀3不通电，油液经由直动溢流阀溢流；电磁换向阀8通电，油液经节流阀9回到油箱。当系统压力达到压力继电器设定的启动压力后，压力继电器发出信号，刮板输送机启动。刮板输送机启动后链条速度达到稳定值时，电磁换向阀3，油液经叠加溢流阀溢流。此时，压力传感器所测得的张力值与PLC设定的张力值进行比较，电液比例方向阀6根据其偏差量来适时改变液压缸的两腔的流量，同时配合节流阀9来实现对拉紧速度的实时控制。 3结语 本文分析了刮板链的张力及其在额定负载下的张力分布。采用电液比例方向阀，设计了刮板输送机液压张紧系统，实现了刮板链张力随负载自动调节，从而提高了刮板链的使用寿命，保证了刮板输送机的运行安全。 参考文献： 1徐广明. 刮板输送机链条张力分析与测试研究D.2004. 2彭熙伟，赵洪刚，谭日飞，杨会菊.比例方向阀特性的应用研究J.液压与气动，2004，（04）： 36-37. 3马胜利，李福霞.电液比例控制技术在液压自动张紧装置中的应用J.煤矿机械，2008，（11）： 137-138. 4雷天觉.新编液压工程手册M.北京：北京理工大学出版社，1998