管带机头尾液压马达双驱式设计同步问题研究.pdf

2 0 1 3年 9月 第 4 1卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS S e p ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 1 7 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 7 ． 0 5 4 管带机头尾液压马达双驱式设计同步问题研究 王卫东，侯继鹏，丁增佳，李冉 山钢股份 菜芜分公司焦化厂，山东菜芜2 7 1 1 0 4 摘要针对管式皮带机头尾液压马达双驱式设计 中表现出的头尾部驱动不同步的问题，通过确定头尾部油压 比例区 间，设计头尾部油压比例 自调程序，以及设定 S p i d e r 控制系统速度反馈 P I D调节功能等方式，实现了头尾部油压 比例的自 动调整 ，有效地提升了头尾部驱动系统的同步性。 关键词液压马达；头尾驱动 ；同步性调整 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 71 8 5 3 S t ud y o f S y nc hr o n i z a t i o n De s i g n o f He a d a n d Ta i l Hy d r a ul i c M o t o r Do u b l e Dr i v e o f Tu bu l a r Be l t Co nv e y o r WA N G We i d o n g ，H O U J i p e n g ，D I N G Z e n g j i a ，L I R a n C o k i n g P l a n t o f L a i w u B r a n c h C o m p a n y ，S h a n d o n g I r o n ／ S t e e l G r o u p ，L a i w u S h a n d o n g 2 7 1 1 0 4 ，C h i n a Ab s t r a c t F o c u s e d o n t h e t u b u l a r b e l t c o n v e y o r s b e a d a n d t a i l h y d r a u l i c mo t o r d u a l d riv e e x h i b i t e d d e s i g n o f h e a d a n d t a i l d r i v e n o t s y n c h r d n i z e d p r o b l e m ．b y d e t e r mi n i n g t h e o i l p r e s s u r e r a t i o r a n g e o f t h e h e a d a n d t a i l p a r t ，t h e h e a d a n d t a i l o n p r e s s u r e p r o p o r t i o n a l a d j u s t i n g p r o c e d u r e w a s d e s i g n e d ，a n d t h e S p i d e r c o n t r o l s y s t e m o f s p e e d f e e d b a c k p r o p o r t i o n a l i n t e g r a t i o n a n d d i f f e r e n t i a l P I Dm e t h o d o f a d j u s t i n g f u n c t i o n s w e r e s e t ．I t r e al i z e s t h e a u t o ma t i c a d j u s t m e n t o f h e a d a n d t a i l o i l r a t i o a n d e f f e c t i v e l y i m p r o v e s t h e s y n c h r o n i z a t i o n h e a d a n d t a i l d r i v e s y s t e m． Ke y w o r d s H y d r a u l i c m o t o r d r i v e ；H e a d a n d t a i l d r i v e ；S y n c h r o n o u s a d j u s t m e n t 管式皮带运输机是在通用带式输送机基础上发展 起来的一种新型带式输送机，因其在输送过程中物料 密 闭 ，输送线路适 应性较强 ，因此可设计成为 长距离 物料输送设 备 。这一技术早期在 日本采 用 ，随后欧洲 许 多公司也开始设计制造 这种皮 带运输机⋯。我 国管 式皮带运输机的设计 、制造和使用起步相对较晚，管 式皮带运输 机 的驱动 方 式一 般有 “ 变 频 电机一减 速 机” 驱动和液压驱 动两种 ，普遍采 用头部 卸料端 驱动 的设计方式 。而 当设 计为单 机 长度超 过 2 k m的 超 长距 离管式皮带机时 ，单纯 的头部驱 动就不 足以提 供设 备运行所需要 的动力 ，需要采用 头尾部双驱 的驱 动方式 。 目前 ，莱钢焦化 厂在用 4条管式皮带机 中有 2条单机距离超过 2 k m，其 中2 0 0 7年初投人使用的 焦化厂 3 管带机单机距离达到 3 k m，其驱动系统采 用的头 、尾液压马达双驱式设计在国内尚属首例。因 此 ，该系统在调试、使用过程中出现了许多问题 ，尤 其是管带机头尾部液压马达在运转过程中的不同步问 题 ，一度 影响到管带机 的正 常运行 ，近年来 ，焦化厂 技术人员会同各方面的专家对此问题进行了探索 ，并 采取了措拖使得该问题在管式皮带机驱动系统中得到 了创新 性解决。 1 管带机头尾液压马达双驱 系统构成 莱钢 焦 化 厂 3 管 式 皮 带机设计水平投影长度 为 3 k m，为 超 长 距 离 管 式皮带机 ，其拉紧方式采 用重锤涨 紧 ，头尾 部各置 一 套驱 动装置 ，并 自成系 统 ，其驱动系统构成示意 图如 图 1 。 该管式皮带机驱 动装 置采用赫格 隆液压 驱动系 统 如 图 2所示 ，其 构成 主要包括 以下部分 液压 泵 图 1 超长距离管式皮带 机驱动系统构成图 1 液压动力站。其主要作用是将电能转换成液压 动力以供马达； 2 液压马达。主要作用为输出扭 矩，将液压动力转换成机械能； 3 液压管路。将 液压动力站与液压马达连接，用于系统输送液压动 收稿 日期 2 0 1 3 0 71 0 作者简介王卫东 1 9 7 3 一 ，男 ， 学士，工程师，研究方向为管式皮带机的使用与维护，工业 自动化技术。Em a i l j h c we i d o n g 1 2 6 ． t o m。 1 8 6 机床与液压 第 4 1 卷 力； 4 控制系统。液压动力站内 S P I D E R控制器， 主要对液压系统整体运行进行控制和检测。 液 压 动力 站 电机 液 压 油泵 图2 赫格隆液压驱动系统构成图 该液压系统采用标准闭环回路 1 使用双向 轴向柱塞变量泵 ，通过柱塞控制液压泵斜 盘倾 角 ，从 而控制流 量与压力 。 2 采用径 向柱塞式定 量液压 马达，运转时马达壳体固定 ，油缸体／ 空心轴旋转 ， 偶数个柱塞均布于油缸体的柱塞孔中，配流盘实现对 工作柱塞的准确配流 。当液 压力作 用在柱 塞底部 时 ， 柱塞通过凸轮滚子将力传递到凸轮环的斜面上 ，因凸 轮环与壳体固定在一起，而壳体固定，所以凸轮滚子 将凸轮环的反作用力传递到柱塞上，反作用力在垂直 于柱塞 中心线方 向上的分力对柱塞产生扭矩 ，因此油 缸体和柱塞一起产生旋转，同时扭矩正 比于系统压 力 。 3 运行 中 2 0 ％ ～ 2 5 ％ 的工作流量 被补油泵 输 入的冷油置换出来 ，使主回路强制冷却。 4 容积 调速系统 使用比例阀控制液压泵的斜盘倾角的变 化 ，从而控制液压泵输出流量的变化，进而控制液压 马达的转速 ，马达的转速／t Q ／ q 。 5 液压系统高 度集成化 ，总效率可达 7 0 ％ ～ 8 0 ％ 。 反 馈 调 节 反 馈 调 节 图 3 管带机头尾液压 马达双驱式 设计控制系统构成图 在控制系统构成方面，赫格隆液压系统 自身配备 S p i d e r 集成控制系统，该系统包含多种功能 ，如马达 转速、扭矩等数据的采集与控制 ，动力站的主要工作 参数的监控和记录，并能通过 自身闭环控制实现油压 与马达速度的调节 ，同时与上位机协调作用还能够实 现头尾马达 的协同控制。在实际应用中，管带机机 头、机尾两套液压系统各成体系，通过总线与上位机 相连接 ，在上位机中植入头尾油压比例与 自调节程 序，根据理论计算得出头尾油压调节值 ，并将信号反 馈于S p i d e r 控制系统 ，进而作用于油泵和马达 ，实现 油压与速度的协调控制 ，如图 3所示 。 2 管带机头尾液压马达双驱式设计 同步调节关键 技术 1 管带机 头尾部油压 比例 区间的确定 在实际应用 中，管带机头 、尾 部液压 马达的转速 直接影响着管带能否正常运行 ，而决定马达转速 的因 素是油压 ，如果油压比例不合适，头、尾部马达将不 能同步，进而造成管带扭转、跑偏、打滑、滚筒磨 损 ，严重 时将造成 马达 损坏 、皮带 撕裂 等恶性 事故 。 短距离 管式皮 带机一般采用 头部驱 动的设计方式 ，所 有的驱动负载集中在头部，因此不存在头尾部驱动不 同步的情况；而当采用头尾部双驱动设计时，就需要 通过理论计算来重新分配负载 ，通过对 圆管带式输送 机驱动功率以及头尾部张力值计算进而重新分配头尾 部驱动功率 计算过程较为复杂，不赘述 管带机运行总功率 P p 头 p 7 2 0 k W 其 中 P 4 0 0 k W ， P 3 2 0 k W； 所 以 ，头尾 部油 压 比例 0 9 P 1 5 ／ P 一 1 5 1 ． 2 6 根据实 际应用 中头尾油压 的波动范 围以及设备承 压极限，确定头尾部油压比例在0 ． 8～1 ． 7 5之间的允 许 波动 区间 ，在此 区间内头尾部油压可控且不至 于造 成设备损坏。 2 头尾部油压 比例 自调程序的设计与调试 在 管带调试初期 ，头 、尾部马达转速 的调节采用 人工调节 的方式来完成 即主控人员根据现场油压 比 例反馈信号对速度给定值进行调节，从而使比例参数 维持在0 ． 8～1 ． 7 5安全区间以内，但人工调节不仅增 加了现场人员的工作量 ，同时也因为人 为判断与反应 的滞后性影响到调节的准确性和灵敏度 ，效果不是很 理想 。后期通过大量 的现场 比较实验 ，进行 了头尾部 油压比例 自调程序的设定 ，实现 了对速度 的自动调 节 确定 头 、尾 部 油 压 比例 值 理 想 区 间 为 1 ． 2～ 1 ． 3 5 ，以此区间为中心的正、负范围内各设定 3个档 次，并根据各档次区间内油压比例表现确定不同程度 的自调值 自调值的大小可以影响调节的程度与响 应时间 ；现场头、尾部油压 比例处于哪种档次 内， 信号就依据 自调值进行 自动调节 ，从而大大优化了同 步调节的准确性 和灵 敏度。 通过长时间数据采集与 比较可以确定 ，当管带机 头尾部油压比例 自调参数按照表 1 设计时，自调程序 与现场 响应表现及 时而平稳 ，自调过程 中 自调参数 与 第 l 7期 王卫东 等管带机头尾液压马达双驱式设计同步问题研究 1 8 7 油压 比例表现 出 良好 的线性关系 。 表 1 头尾同步自调参数列表 3 S p i d e r 控制系统 的速度反馈 P I D调 节功能 管式皮带机采用钢丝绳芯胶带 ，主要张力变化被 胶带内置的 1 3 3根钢丝所承受。在管带机启动、停止 以及物料 变化 时 ，皮带涨紧力也在复杂变化 ，如果在 速度的调节上采用开环控制 ，将会造成胶带内部钢丝 受力不均匀，进而造成胶带运行不稳定 ，降低 了皮带 寿命 。在此，对头、尾部马达的S p i d e r 控制器进行了 闭环控制设定 ，通过 S p i d e r 控制器对马达内部速度编 码器数据的实时采集值与上位机反馈的给定速度值进 行 比较 ，随时对 现场马达转速进行调节 ，从而起 到进 一 步稳定 转速 的 目的。 图 4为 S p i d e r 控制器 P I D调节 功能原 理 图 ，S p i d e r 的P I D调节功能可有效补偿因负载变化引起的速 度改变 ，从而使马达转速稳定，其主要过程包括 ①速度指令信号和实际速度信号 的差值 差值 信号将传送到 P I D调节器； P I D调解器包括三方面的调节 P调节将差值信号比例放大； I 调节差值信号积分调节 ； D调节 差值信号微分调节 一般不用 。 图 4 S p i d e r 控制器速度反馈P I D调节功能原理图 ．通过 S p i d e r 控制器 的参数设置面板可设 置 P调节 的比率因子、差值信号的值域、I 调节的时间范围等 参数。按照程序默认设置，如果在 1 0 s内 P I D调节 不能使差值信号进入差值信号的值域 ，S p i d e r 控制器 将给出 “ E R R T O O L A R G E ”或”误差太大 “ 警告。 3结论 通过对 头尾液压 马达双驱式管带机头尾驱动不同 步问题的讨 论 ，确 定 了驱 动不 同步 问题 出现 的原 因 ， 并通过头尾部油压比例区间的确定、头尾部油压比例 自调程序的设计 以及 S p i d e r 控制系统速度反 馈 P I D调 节功能的设定等多种方式的协调应用，实现了头尾双 驱同步性的有效提升，从而为头尾双驱式马达设计在 超长距离物料输送设备上的应用 提供 了理论支持与实 践方面的依据。该调节方式在实际应用中具备安装使 用灵活、灵敏度高、准确性强、反应迅捷的优点，在 工程应用 中具备十分广 阔的前景与深远 的意义 。 参考文献 【 1 】张钺． 新型圆管带式输送机设计手册[ M] ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 赫格隆驱动系统 上海 有限公司． 赫格隆 C B马达安装 维护手册 ， 2 0 0 4 ． 上接 第 1 8 4页 5 查找故障原 因记录并获取最终原因标识。 首先利用 A D O R e c o r d s e t F i n d ． v i 根据故障原因编号查 询 原 因表 ，获 取原 因记 录 ，然后 利用 A D O R e c o r d s e t G e t I t e m ． v i 获取最终原 因标识 ，如果是最 终原 因 ，则 进行显示；否则返 回第 3 步，继续进行故 障推 理 。 6 关闭对记录集和数据库的连接。分别利用 A D O R e c o r d s e t C l o s e ． v i 和 A D O C o n n e c t i o n C l o s e ． v i 关 闭对记 录集和数 据库 的连接 。 4结论 对在统一的 L a b V I E W平台下如何使用 L a b S Q L工 具进行故障诊断系统的开发进行了研究 ，通过 L a b S ． Q L的函数节点可以可靠地对数据库进行访问，解决 故障诊断系统 中故 障推理的过程，能够很好地与 L a b V I E W平台下采集到的数据有效融合，实现基于 设备实时状态的故障诊断。 参考文献 【 1 】彭汉国， 艾瑞东 ， 王明方， 等． 基于 L a b V I E W 的数据库访 问技术[ J ] ． 舰船电子工程， 2 0 0 9 8 1 5 1 1 5 4 ． 【 2 】尹仁平， 刘刚， 汪立新 ， 等． L a b V I E W 中的数据库访问 [ J ] ． 计算机测量， 2 0 0 6 3 5 1 5 2 ． 【 3 】张捍东， 纪文志． 数据采集系统中的 L a b V I E W数据库访 问技术[ J ] ． 工业仪表与自动化装置， 2 0 0 9 4 6 3 6 6 ． 【 4 】姜志保 ， 郑波． 基于 L a b V I E W 的引信密封性测试中的 A c c e s s 数据库访问[ J ] ． 电气自动化， 2 0 0 8 5 4 8 4 9 ． 【 5 】杨乐平， 李海涛 ， 赵勇 ， 等． L a b V I E W 高级程序设计 [ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 7 ．