带式输送机液压驱动的理论研究.pdf

带式输送机 液压驱动 的理论研究 韵婷婷韩刚王茜赵晓霞 太原科技大学机械 工程学院 太原0 3 0 0 2 4 摘要可控驱动装置邑成为大型带式输送机的基本要求，通过对液压驱动的分析研究 ，并利用 A M E S i m 软件对液压驱动系统进行仿真分析 ，得出其在带式输送机上的应用可行性，表明其具功能上的优势。 ‘ 关键词带式输送机 ；液压驱动；A ME S i m；仿真 中图分类号 T H 2 2 2 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 1 1 0 0 7 2 0 4 Ab s t r a c t T h e c o n t r o l l a b l e d ri v e d e v i c e i s t h e b a s i c r e q u i r e me n t f o r l a r g e s c ale b e h c o n v e y e r ．T h r o u g h a n a l y s i s a n d s t u d y o n t h e h y d r a u l i c d r i v e ， t h e s i mu l a t i o n a n a l y s i s i s p e r f o r me d o n t h e h y d r a u l i c d ri v e s y s t e m i n AME S i m t o g e t i t s a p p l i c a t i o n f e a s i b i l i t y o n t h e b e l t c o n v e y e r ，s h o wi n g i t s a d va n t a g e s i n f un c t i o n ． Ke y wo r d sb e l t c o n v e y e r；h y d r a u l i c driv e；AMESi m ；s i mu l a t i o n 0 前言 现代工业 中，带 式输送机作为散状物料 的连 续输送设备 ，不仅应用 于企业 内部 的运输 ，同时 也扩展到企业外部 的输送 ，是先进 的金 属矿山的 半连续开采工艺及煤矿的连续开采工艺 中的重要 设备 。驱动装置作为带式输送机 的动力 源，其设 计的合理性和可靠性直接影响带式输送机 的安全、 稳定和可靠运行 。带式输送机常用的驱动装置有 变频调速 、液力偶合器传动和液体粘性离合器传 动等。 与传统的机械驱动相 比，液压驱动布局方便 ， 控制方式灵活 ，过载保护能力 强，能实现无级调 速 。目前 国内外液压驱动带式输送机 的应用很少 ， 因此 ，在 这方 面对 其 进行 理 论研 究 具有 重 要 的 意 义 。 1 带式输送机可控起动 带式输 送机起动 时，若起 动时间过短 ，则起 动的加速度变化很大 ，使得输送带 的振荡 冲击变 大。要改善 带式输送机的起动性能 ，可 以采用可 控起动技术 。 带式输送 机 的理想起 动过程是 能平稳起 动 ， 且加速度 在整个 过程 中最大值 较小 ，没有 突变 ， 减小起动惯性 力和起 动冲击 ，有效地保 证带式输 送机整机运行的可靠性和安全性。 H a r r i s o n提 出了理想 的起动 曲线 ，如 图 1所 一 7 2 一 示 ，采用这样 的加速度斜率 ，可 以减小起动时输 送带上的动张力。起动过程的速度为 等 ⋯s 时间 图 1 Ha r ri s o n起动曲线 由该 曲线 可知，开始时加速度为零 ，速度平 稳增大 ，加速度值在 T ／ 2时达 到最 大。随后加速 度对称地减小 ，而速度继续不 断地增 大 ，当达到 所设定的速度时 ，加速度减小为零。 在大型带式输送 机 的起动过程 中，如果加速 度斜率在其起 动初期延迟一 段时 间 约 3～8 s ， 具体时间长短可根据带式输送机的长度而定 ，如 图 2所示 ，在此时间段 内能保持低速运行 ，就可 以进一步改善起动时 的瞬 间峰值张力 ，使所有 的 元件在力矩 和加速度增大之前 ，以低力矩及低 速 度运行 ，从而降低输送带的张力 。 起重运输机械 2 0 1 5 1 1 时间t 图2 理想起动曲线 2 液压驱动的特性分析 2 ． 1 液压驱动的基本组成及工作原理 带式输送机 的液压驱动 系统 由电动机 、液压 泵 、液压马达、油箱 及液 压控制 系统组成 。用 液 压驱动代替机械驱 动，在结构上有几种 不 同的方 案。可以把驱动装 置全部或部分放入被 驱动 的卷 筒内 ，也可 以仅 把驱动装置 的液压 马达部分安装 在卷筒的轴伸上 ，电动机和液压泵 可以安装在远 离卷筒的任何地方 ，液压马达与液压泵 用软管或 钢管连接。一般 是把液压马达安装 在卷筒 的轴伸 上 ，把液压泵 和电动机作为一个 独立的部件安排 在卷筒旁边 。 在液压 驱动 系统 中，液压 泵用 电动机 驱动 ， 将机械能转化成液 压能 ，传递 给液压马达来驱 动 带式输送 机。电动机 空载起动到额 定转速 ，驱 动 液压变量泵 ，变量泵 的流量被信号 控制 ，通过 变 量泵流量的变化来控制马达的运转速度。 2 ． 2液压驱动的特性分析 根据带式输 送机 的驱动要求 ，对其液压驱 动 系统做了总体 的设 计研究 ，图 3所示为带式 输送 机液压驱动系统的工作原理图。 该液压驱 动系统采 用负载敏感 变量泵 ，它是 由负载敏感 阀、变量 活塞及 变量泵组成 的泵 控负 载敏感系统。当变 量泵未起动 时，在弹簧力 的作 用下 ，泵 的斜盘倾 角最大 ，此 时泵处于最 大排量 处 。当电动机起动 时 ，负载敏感 阀被液体 向右推 动 ，泵出 口的液体进 入变量活塞 的右腔 ，使 变量 活塞 向左移 动 ，以减小斜盘 角度 ，此时 ，泵 的排 量迅速减小接近于零 ，不给系统供 液。当变量泵 起动时 ，开启电磁换向阀，泵的斜盘倾角在液体 的 作用下增大，同时泵的排量增大 ，系统流量将按照 起重运输机械 2 0 1 5 1 1 预定的理论特性曲线平缓增大 ，当液压马达的转速 达到额定转速时，带式输送机进入平稳运行状态。 1 ．马达2 、3 ．安全阀4 ．液压锁 5 ．梭 阀6 ．电磁换向 阀7 ．负载敏感 阀 8 ．压力控制 阀9 ．变量 活塞1 O ．变 量泵 l 1 ．电动机l 2 ．过滤 器1 3 ．油箱 图3 液压驱动系统原理图 带式输送机 工作 时，系统流 量和马达转 速均 保持恒定 ，调节 电磁换 向阀开 口的大小 ，系统流 量随之发生相应 的变化 ，实现 了液压 马达在一定 范围内的无级调速 。 2 ． 3液压驱动的主要特点 带式输送机采用液压驱动的主要特点是 1 布局灵活方便 ，适用于经常变更工作地点 的设备。例如装在矿井 下的液压驱动装 置 ，隔一 段时间需 要移动输送机 时，驱 动装 置可 以无 阻碍 地一起移动。 2 可在工作中实现大范围的无级调速 ，低速 运行稳定可靠。根据 液压驱动 的输 出特性 ，当带 式输送机的输送能力发生变化 时，可 以根据实 际 需要调整输送带 的带速 ，系统 的传动效率不会受 到影响。 3 液压驱动的转动惯量小 ，由于冲击载荷被 液压油所吸收 ，所 以减少 了对带式输送机各 部件 的冲击 ，和机械驱动相比，易损工件的寿命较长。 4 液压驱动可以在空载和满载 的状态下 ，通 过电控系统远程操作 ，按照设 定 的特性 曲线对 带 一 73 式输送机进行可控起动 ，确保其起动的平稳性 。 5 带式输送机需要停车时，只需停止马达工 作 ，电动机在工作 时间 内不必频繁启动 ，延长 了 电动机的寿命。使用液压驱动解决 了机械驱 动在 频繁起动变速等操作过程 中存在的问题 。 6 液压驱动具有 良好 的过载保护能力 ，当带 式输送机过载时 ，可 以与驱动 系统 完全脱 开 ，自 动停车。 7 液压驱动通过控制系统可 以实现对带式输 送机的远程操控 ，操作人员只需要在屏幕上输入 所需要 的转速和转矩 ，就可 以调整带式输送机 的 速度 ，操作简单 、便捷 。 3 基于 AME S i m 仿真分析 3 ． 1 仿真模型的建立 液压驱动系统仿真模型如图 4所示 。 图4 液压驱动系统仿真模型 3 ． 2 参数设置 经计算选型 ，带式输送 机液压驱动系统 主要 参数如表 1 所示。 表 1 带式输送机液压驱动系统主要参数 变量泵的排量／ m L r 1 6 0 马达排量／ m L r 5 O 0 0 变量泵转速／ r mi n 1 0 0 0 马达转速／ r m i n 5 0 电动机额定转速／ r m i n 1 0 0 0 系统最高工作压力／ M P a 2 0 ． ． ． ． 7 4 ．--- 3 ． 3 仿真结果分析 本文主要对带式输送机 的起 动过程进 行了仿 真，要求其冲击不要过大，能够实现带式输送机 的软起动。根据带式输送机 的液压 驱动原理 ，分 别对泵 的排量及马达 的转速进 行了仿真分析 ，见 图 5 、图 6 。 4 0 2 0 0 0 8 O 6 0 4 0 ／ ／ ， ／ 厂 √ ／ ， 一 ， 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 1 2 0 时间／ s 图 5 泵的流量 图 6 马达 的转速 由图可知 ，液压驱 动系统能很稳 定地反应液 压泵排量 的变化 ，在 带式输 送机 的起动过 程 中， 当速度按 照设定 的理想 曲线起动时 ，液压 系统 的 流量也随之平缓增加 ，从 而实现带式输送机 的平 稳 起动 。 4 结语 与传统的机械驱动相 比，带式输送机应 用液 压驱动装置在很多方面具有显著的优越性。因此 ， 液压驱动是带式输送机极具潜力的驱动方式之一。 参考文献 [ 1 ]毛君，师建国，张东升 ． 带式输送机启动特性和可控 启动技术[ J ] ． 矿山机械，2 0 0 4 2 ． [ 2 ]王彪，李玉春，聂文科 ．刮板输送机应用液压驱动的 可行性研究[ J ] ． 煤矿机械，2 0 1 2 3 1 8 51 8 7 ． 起重运输机械 2 0 1 5 1 1 _ u } Ⅲ．， J ， 啦戢暑聪 刮板取料机链轮张力对功耗的影响 李波 华 电重工股份有限公 司上海研发 中心上海2 0 0 1 2 2 摘要对刮板取料机合理的张力进行了分析，通过确定的张力值来分析在工作过程中张力大小对刮板取 料机功率损耗的影响，重点分析了链条在相对转动时张力对功率的影响，并和测试数据进行比较。 关键词 刮板取料 机 ；张力 ；功耗 中图分类 号 U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 1 1 0 0 7 5一 o 4 Ab s t r a c t T h e p a p e r a n a l y s e s t h e p r o p e r t e n s i o n o f t h e s c r a p e r r e c l a i me r ，u s e s t h e d e t e r mi n e d t e n s i o n v a l u e t o a n a l y z e t he e ffe c t o f t h e t e n s i o n o n t h e p o we r c o ns ump t i o n o f t he s c r a p e r r e c l a i me r ，f o c u s e s o n t h e e f f e c t of t e n s i o n o n p o we r wh e n t h e c h a i n r e l a t i v e l y r o t a t e s ，a n d c o mp a r e s s u c h r e s u l t w i t h t h e t e s t i n g d a t a ． Ke y wor dss c r a p e r r e c l a i me r；t e ns i o n；po we r c o n s u mpt i o n 刮板 取料 机 广泛适 用 于冶 金、建 材 、电力 、 化工、水 泥 、港 口、码 头 、煤 炭 、矿 山、粮 油 、 食品、饲料等行业和部门。它借助运动着的刮板 链条来输送散状 物料 ，刮板 和链 条机构具有结 构 简单、密封性好、安装维修方便、工艺布置灵活 等优点 ，此外 刮板取料机在 刮取 物料时还具有 混 匀的作用 。刮板取料机 的使 用率较 高，取料工作 时功耗较大。分析和研究张力 大小对 功耗 的影 响 对于节能减排具有较大意义 。 1 刮板机链条的张力与空载功率 1 ． 1 液压缸张紧力的作用 1 ． 1 ． 1 张紧装置的作用 刮板固定 在链条上 ，通过链 条 的循环运 动来 刮取物料 ，根据链条 的工作特点 ，链轮存在 多边 形效应 ，因此工作时刮板机两个链 轮 改 向轮和 驱动轮之 间的距 离有轻微变化 ，在刮板机上仰 状态取料时，头部的改向链轮工作时还需要支撑 刮板和链 条 的重力 ，所 以，需 要有张 紧装 置来释 放多边形效应 带来 的链轮 中心距变化 ，并且 保证 设备在各种状态下都能正常工作。 1 ． 1 ． 2 液压缸张紧力 的大小 根据链条工作原理 ，链条 工作时最小 张力段 需要保持 一定 的拉力 ，以维 持链 条 的正常工 作。 当最小张力段拉力过小或者不受拉力，或者有一 些松动时，链条会发出异响，严重时会发生链条 脱轨现象。当张紧力过大时，链条本身的拉力增 大 ，影响链条和轴套 的寿命 ，改 向链 轮和驱动链 轮的受力也会 随之增大 ，改 向链 轮轴 和驱动链轮 轴的寿命也会受到很大影响。 驱动张力的设置应保证在所有工况条件下最 小张力 段受一 定 的正 拉力 ，同时在所 有工况 中， 张力导致 的链 条、驱 动轮 、改 向轮 、驱 动轮轴及 改 向轮轴等相关受力部件满足强度和疲 劳强度设 计要求。 1 ． 2 链轮的空载功耗 1 ． 2 ． 1 空载功耗的组成 空载功耗 指刮板在某一位 置上不刮取物料 运 转时消耗 的功率。空载功率的产生是运动过程 中 各种 阻力造成 的。链条与轨道 的摩擦阻力、驱 动 轮的效率 、改 向轮的效率 、链 条轴 的相对转动 等 都是空载功耗 的组成部分 。 [ 3 ]宋伟刚 ．通用带式输送机设计[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ，2 0 0 6 ． [ 4 ]李壮云 ．液压元件与系统 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ．2 0 0 5 ． 起重运输机械 2 0 1 5 1 1 作 者 韵婷婷 地 址 太原市万柏林区窳路6 6号太原科技大学 邮 编 0 3 0 0 2 4 收稿 日期 2 0 1 5 0 21 1 7 5