CN102107769A - 胶带输送机及其张紧系统的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶带输送机及其张紧系统的控制方法和装置。其中，该胶带输送机张紧系统的控制方法包括通过胶带输送机张紧系统执行的以下步骤：通过在线监测和动态分析获取胶带输送机的工作状态参数；以及根据工作状态参数调整张紧的张力，进而调节胶带输送机胶带的张力。通过本发明，能够使得胶带输送机的胶带张紧控制更加合理，进而延长整个胶带机系统比如驱动、滚筒、托辊以及胶带等的使用寿命。

Description

胶带输送机及其张紧系统的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及胶带输送机领域，具体而言，涉及一种胶带输送机及其张紧系统的控制方法和装置。

背景技术

在现有技术中，胶带输送机张紧装置的张力控制通常都是基于静态计算结果，根据不同的国际标准，比如中国的GB/T17119-1997，美国的CEMA，德国的DIN22101，以及国际ISO5048等，其计算原理大体相同，主要应用如下公式：

1、传动滚筒上所需圆周驱动力

FU＝CfLg[qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ]+qGHg+Fs

其中，Fu为圆周驱动力；C为系数；f为摩擦系数；L为输送机总长度；g为重力加速度；qRO为承载段每米托辊旋转部分质量；qRU为回程段每米托辊旋转部分质量；qB为承载或回程分支每米输送带质量；qG为每米输送物料质量；δ为输送机在输送方向上的倾角；H为卸料点和加料点之间高差；Fs为输送机特种阻力。

2、输送机所需运行功率

PA＝FUV

其中，PA为输送机运行功率；Fu为圆周驱动力；V为输送带运行速度。

3、为限制两组托辊间的输送带下垂度，作用在输送带上的最小张力

承载段： $F\min \≥\frac{\mathrm{aoYqB}+\mathrm{qGYg}}{8Y\frac{h}{a}\mathrm{Yadm}}$

回程段： $F\min \≥\frac{\mathrm{auqBg}}{8Y\frac{h}{a}\mathrm{Yadm}}$

其中，ao为承载段托辊间距；au为回程段托辊间距；qB为承载或回程分支每米输送带质量；qG为每米输送物料质量；g为重力加速度；(h/a)adm为两组托辊间输送带允许垂度。

4、输送带最大张紧力

其中，Fu为圆周驱动力；ξ为系数；υ为传动滚筒与输送带间的摩擦系数；φ输送带在传动滚筒上的围包角。

由以上公式可看出，即使按照静态计算，当胶带输送机的负荷(或长度)变化时，其需要的张力值也是不同的，因此只按照额定载荷和长度计算的张力在载荷(或长度)变化时继续保持此张力是不合理的。

针对上述常规方式设计的张紧装置的动态张紧效果不佳，现有技术中还提供了一种绞车自动张紧装置。在该绞车自动张紧装置中，考虑到张紧力都只是在静态特性的基础上施行各阶段独立的动态调整，将整个张紧过程分成四个阶段：起动、运行、制动和停车，在每个阶段中设置固定张力的限定范围，只有在皮带产生张力超出限定范围时，张紧系统才进行调整，但不能对皮带张力的变化进行动态的实时调整，因此出现了不合理性，有时余量过大，有时余量不足，因此会导致输送带过张紧、应力疲劳或拉断，旋转部件处于较高应力，功率消耗过大等问题，最终造成巨大的浪费和安全隐患，达不到真正的张紧效果和目的。

针对现有技术中胶带输送机的胶带张紧控制不够合理而导致胶带寿命比较短的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于提供一种胶带输送机及其张紧系统的控制方法和装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种胶带输送机张紧系统的控制方法。该胶带输送机张紧系统的控制方法包括通过胶带输送机张紧系统执行的以下步骤：获取胶带输送机的工作状态参数；以及根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据工作状态参数获取胶带的张力值，其中，在胶带输送机中预存有工作状态参数与胶带的张力值的对应关系；根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力包括：将胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及根据比对的结果，通过控制张紧系统中的电液比例阀的开度和调节张紧系统中的液压马达的输出和转向来调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，在根据工作状态参数获取胶带的张力值之前，上述方法还包括：对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及保存胶带输送机中胶带的张紧要求和张力的变化规律以得到工作状态参数与胶带的张力值的对应关系。

进一步地，获取胶带输送机的工作状态参数包括：获取胶带输送机在起车状态下的工作参数，根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据起车状态下的工作参数调整胶带输送机中胶带的张力直到胶带输送机达到设定的速度。

进一步地，获取胶带输送机的工作状态参数包括：获取胶带输送机在正常运行状态下的工作参数，根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据正常运行状态下的工作参数调整胶带输送机中胶带的张力直到胶带输送机达到设定的速度。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种胶带输送机张紧系统的控制装置。该胶带输送机张紧系统的控制装置包括：获取模块，用于获取胶带输送机的工作状态参数；以及调整模块，用于根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，调整模块包括：获取子模块，用于根据工作状态参数获取胶带的张力值，其中，在胶带输送机中预存有工作状态参数与胶带的张力值的对应关系；以及调整子模块，用于根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，调整子模块包括：比对子模块，用于将胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及控制子模块，用于根据比对的结果，通过控制张紧系统中的电液比例阀的开度和调节张紧系统中的液压马达的输出和转向来调整胶带输送机中胶带的张力。

进一步地，上述胶带输送机张紧系统的控制装置还包括：计算模块，用于在根据工作状态参数获取胶带的张力值之前对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及保存模块，用于保存胶带输送机中胶带的张紧要求和张力的变化规律以得到工作状态参数与胶带的张力值的对应关系。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种胶带输送机，该胶带输送机包括本发明提供的任意一种胶带输送机张紧系统的控制装置。

通过本发明，采用胶带输送机张紧系统执行以下步骤：获取胶带输送机的工作状态参数；以及根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力，解决了现有技术中胶带输送机的胶带张紧控制不够合理而导致胶带寿命比较短的问题，进而达到了使得胶带输送机的胶带张紧控制更加合理，进而延长胶带以及其它旋转部件使用寿命的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统的控制方法的流程图；

图2是根据本发明优选实施例的胶带输送机张紧系统的控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统的示意图；

图4是根据本发明实施例的根据静态设计程序某条胶带输送机在不同载荷时的张力值的曲线图；

图5是根据本发明实施例的根据静态设计程序某条胶带输送机在不同长度时的张力值的曲线图；

图6是根据本发明一实施例的某条胶带输送机在2个小时内现场实测载荷变化以及驱动电流变化的示意图；

图7是根据本发明另一实施例的某条胶带输送机在2个小时内现场实测载荷变化以及驱动电流变化的示意图；

图8是根据本发明实施例的某条胶带输送机应用动态分析时张紧力的变化的示意图；

图9是根据本发明实施例的动态分析张紧位移及速度的变化的示意图；

图10是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统控制装置的示意图；以及

图11是根据本发明优选实施例的胶带输送机张紧系统控制装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统的控制方法的流程图。

如图1所示，该方法包括通过胶带输送机张紧系统执行的以下步骤：

步骤S12，获取胶带输送机的工作状态参数；例如，通过在线监测以及动态设计分析获取胶带输送机的工作状态参数，首先根据胶带输送机的具体参数以及各种不同工况进行张力计算，包括动态分析的结果，将胶带机的张紧要求和变化规律写入电液控制箱的PLC里面。

步骤S14，根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力。

例如，当胶带输送机起车时，PLC根据胶带机的工况调节张紧装置的动作，提供合适的起车张力，直到胶带机达到全速(既设定正常的运行带速)；或者，在胶带机正常运行中，当胶带机的负荷或长度发生变化时，通过就地的传感器可得到变化的大小，这一变化会通过控制电缆传入电液控制箱的PLC，PLC通过运算得出新的张力值，并将新的张力计算值与张力计的张力值进行比对，然后根据比对结果来控制电液比例阀的开度，调节液压马达的输出和转向，直到达到新的平衡。

通过上述胶带输送机张紧系统的控制方法，能够使得胶带机根据实际工况进行自动调节张力，真正达到了实时动态调节的目的，使得胶带张力更合理、更准确，保护了胶带和重要的旋转部件；

优选地，根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据工作状态参数获取胶带的张力值，其中，在胶带输送机中预存有工作状态参数和胶带张力的对应关系；根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力。通过在胶带输送机中预存工作状态参数和胶带张力的对应关系，能够使得胶带输送机张紧系统根据获取到的实时参数信息和预存的对应关系快速地获取胶带的张力值以对胶带的张力进行快速的调整。

优选地，根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力包括：将胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及根据比对的结果控制电液比例阀的开度和调节液压马达的输出和转向。通过根据胶带的张力值与张力计的张力值的比对结果对电液比例阀的开度进行控制以及对液压马达的输出和转向进行调节，能够实现对胶带的张力进行更精确的调节。

优选地，在根据工作状态参数获取胶带的张力值之前，上述方法还包括：对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及保存胶带输送机中胶带的张紧要求和张力的变化规律以得到工作状态参数和胶带张力的对应关系。通过对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算以得到工作状态参数和胶带张力的对应关系，能够使得在对胶带的张力进行调节时基于一个更全面、更精确的预存数据进行调节。

优选地，获取胶带输送机的工作状态参数包括：获取胶带输送机在起车状态下的工作参数；根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据起车状态下的工作参数调整胶带输送机中胶带的张力直到胶带输送机达到设定的速度。

优选地，获取胶带输送机的工作状态参数包括：获取胶带输送机在正常运行状态下的工作参数；根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力包括：根据正常运行状态下的工作参数调整胶带输送机中胶带的张力直到胶带输送机达到设定的速度。

图2是根据本发明优选实施例的胶带输送机张紧系统的控制方法的流程图，如图2所示，该方法包括通过胶带输送机张紧系统执行的以下步骤：

步骤S21，获取胶带输送机的工作状态参数；

步骤S22，对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；

步骤S23，保存胶带输送机中胶带的张紧要求和张力的变化规律以得到工作状态参数和胶带张力的对应关系；

步骤S24，根据工作状态参数获取胶带的张力值；

步骤S25，将胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；

步骤S26，根据比对的结果控制电液例阀的开度和调节液压马达的输出和转向。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图3是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统的示意图。

如图3所示，1为钢结构支撑架，2为驻车制动器，3为液压油管，4为钢丝绳卷筒，5为钢丝绳，6为液压站，7为缓冲器，8为控制电缆，9为电液控制箱，10为液压马达，11为传感器，12为张力计，钢丝绳5的A端和B端分别连接至游动小车。

以下结合图3描述本发明胶带输送机张紧系统的工作原理：

首先根据胶带输送机的具体参数以及各种不同工况进行张力计算，包括动态分析的结果，将胶带机的张紧要求和变化规律写入电液控制箱的PLC里面。

当胶带输送机起车时，首先张力计12实时测定胶带的张力，同时传感器11实时测定胶带输送机机头驱动电机的电流和扭矩变化，并反馈至电液控制箱9内的控制系统，液压站6给整个张紧系统提供工作所需要的压力油，电液控制箱9则通过预先写入到PLC的控制程序来协调整个系统的实际工作状态，PLC根据胶带机的工况调节电流以控制电液比例阀的开度大小来调节流经液压马达10的液压油流量，从而精确改变其运转速度，钢丝绳卷筒4和液压马达10固连在一起转动缠绕(或释放)钢丝绳5，最终通过调节张紧系统的动作，给胶带输送机提供合适的起车张力，直到胶带输送机达到全速(既设定正常的运行带速)；液压油管3、控制电缆8均为系统所必需的控制及连接附件，保证张紧系统的液压回路和电气系统正常运行；驻车制动器2在张力保持、设备维护和停机检修时用于保证整个系统及相关工作人员的安全；缓冲器7作为系统的应急保护部件，在系统因突发性断电造成的胶带张力瞬间增大至危险值时，可以自动剪断安全销来释放系统张力，起到保护胶带输送机、张紧系统及相关工作人员人身安全的功用；钢结构支撑架1则用于安装固定张紧系统所有的机械部件。

在胶带机正常运行中，当胶带机的负荷或长度发生变化时，通过传感器11可得到变化的大小，这一变化会通过控制电缆8传入电液控制箱9的PLC，PLC通过运算得出新的张力值，并将新的张力计算值与张力计11的张力值进行比对，然后根据比对结果来控制电液比例阀的开度，调节液压马达10的输出和转向，直到达到新的平衡，其中，张力计11是一个应变传感器，在受到外部拉伸的时候内部电阻发生变化，拉伸的外力与电阻变化成线性关系，通过电阻变化可测得实际胶带张力值)，张力计连接在钢丝绳上，用于捕捉胶带张力的变化。

由于胶带的张力与很多参数有关，因此每个系统的张力变化规律是不同的，本发明的主要目的是通过以下三个途径，归纳出不同的胶带输送机系统张紧控制技术的规律。

一、静态设计规律

图4是根据本发明实施例的根据静态设计程序某条胶带输送机在不同载荷时的张力值的曲线图；图5是根据本发明实施例的根据静态设计程序某条胶带输送机在不同长度时的张力值的曲线图。

由以上两组曲线可以看出，同一条输送机在不同运量和长度的情况下，其对张紧力的要求是不一样的，目前的控制技术只是取最大量的一个值，并不能随运量的变化进行张紧力的调整。

二、现场监测情况

图6是根据本发明一实施例的某条胶带输送机在2个小时内现场实测载荷变化以及驱动电流变化的示意图；图7是根据本发明另一实施例的某条胶带输送机在2个小时内现场实测载荷变化以及驱动电流变化的示意图。

从以上两个现场时间监测画面可以看出，实际的胶带机载荷并不是按照预先设计的最大量运行的，在18点16分45秒到21点59分32秒的时间段内，胶带机的负荷出现了7次明显的波动，尤其是对煤矿的主井和大巷胶带机，很多时候连采和长壁并不一定同时生产，即使同时生产煤量也不能保证很均匀，所以，驱动系统的电流变化还是比较大的，有时候可以达到额定值的30％-50％。

三、动态分析结果

图8是根据本发明实施例的某条胶带输送机应用动态分析时张紧力的变化的示意图；图9是根据本发明实施例的动态分析张紧位移及速度的变化的示意图。

在图8中，81示出了头部主驱动张力随时间的变化，82示出了头部副驱动张力随时间的变化，83示出了中间驱动张力随时间的变化，84示出了尾部张力随时间的变化，85示出了张紧张力随时间变化的曲线。

在图9中，91示出了张紧的速度随时间的变化，92示出了张紧的位移随时间的变化。

以上两种曲线是根据动态分析的结果确定张紧的行程，速度以及张紧力的大小，从分析的曲线来看，张紧力和静态计算是有一定区别的，尤其是在不同工况。

比如针对一个具体的胶带机系统，静态设计的张力值为35.6千牛，那么实际的张力值可以取：T＝C*35.6，其中，T为现场实际设定的张力值，C为张力修正系数。

张力修正系数C可以通过动态分析和现场监测来取得，从上面的曲线可以看出，针对一个具体的系统，在额定运量和长度时，通过静态计算其张力值为35.6千牛，而动态分析为44.03千牛左右，因此对该系统的修正系数大约为1.24。

通过以上三种方式，我们可以综合的得出针对单独的不同胶带输送机，其在不同工况下张力的变化规律，然后将这一规律写入PLC的程序里面，借助现场传感器，对张紧装置进行控制。

图10是根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统的控制装置的示意图。

如图10所示，该胶带输送机张紧系统的控制装置包括：获取模块32，用于获取胶带输送机的工作状态参数；以及调整模块34，用于根据工作状态参数调整胶带输送机中胶带的张力。

图11是根据本发明优选实施例的胶带输送机张紧系统的控制装置的示意图。

如图11所示，调整模块还可以包括：获取子模块342，用于根据工作状态参数获取胶带的张力值，其中，在胶带输送机中预存有工作状态参数和胶带张力的对应关系；以及调整子模块344，用于根据胶带的张力值调整胶带输送机中胶带的张力。

优选地，调整子模块344包括：比对子模块3442，用于将胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及控制子模块3444，用于根据比对的结果控制电液比例阀的开度和调节液压马达的输出和转向。

优选地，上述胶带输送机张紧系统的控制装置还包括：计算模块，用于在根据工作状态参数获取胶带的张力值之前对胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及保存模块，用于保存胶带输送机中胶带的张紧要求和张力的变化规律以得到工作状态参数和胶带张力的对应关系。

根据本发明实施例的胶带输送机张紧系统可以包括本发明实施例所提供的任意一种胶带输送机的控制装置。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

更加根据胶带机的实际工况进行自动调节张力，真正达到了实时动态调节的目的，使得胶带张力更合理、更准确，保护了胶带和重要的旋转部件；

由于采用液压马达与钢丝绳卷筒直接联接，避免了传统绞车由于减速器和电机的转动惯量而引起的动作反应较慢的缺陷；

液压马达可通过调节其油压和油量取得更大的张紧速度，尤其是应对快速启动的胶带机方面，能更快的吸收胶带的蠕动变形，并能承受更强的载荷冲击；

与油缸张紧形式相比，本发明的胶带输送机张紧系统具有更大的张紧行程，并具有较大的加(减)速度；

另外，通过选配了张紧缓冲器，避免了目前张紧绞车在整个胶带机系统突然满载失电时由于绞车锁死而导致胶带张力剧增的现象，保护了整个系统的安全。

使得胶带机张紧装置的张力更趋于合理和准确，延长了整个系统的使用寿命，提高了系统运行的可靠性和安全性；

张力的动态随动调节，可以更好的保护旋转部件，包括电机，减速器，滚筒以及托辊等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于包括通过所述胶带输送机张紧系统执行的以下步骤：

获取所述胶带输送机的工作状态参数；以及

根据所述工作状态参数调整所述胶带输送机中胶带的张力。

2.根据权利要求1所述的胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于，根据所述工作状态参数调整所述胶带输送机中胶带的张力包括：

根据所述工作状态参数获取所述胶带的张力值，其中，在所述胶带输送机中预存有所述工作状态参数与所述胶带的张力值的对应关系；

根据所述胶带的张力值调整所述胶带输送机中胶带的张力。

3.根据权利要求2所述的胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于，根据所述胶带的张力值调整所述胶带输送机中胶带的张力包括：

将所述胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及

根据比对的结果，通过控制所述张紧系统中的电液比例阀的开度和调节所述张紧系统中的液压马达的输出和转向来调整所述胶带输送机中胶带的张力。

4.根据权利要求2所述的胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于，在根据所述工作状态参数获取所述胶带的张力值之前，所述方法还包括：

对所述胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及

保存所述胶带输送机中胶带的张紧要求和所述张力的变化规律以得到所述工作状态参数与所述胶带的张力值的对应关系。

5.根据权利要求1所述的胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于，

获取所述胶带输送机的工作状态参数包括：

获取所述胶带输送机在起车状态下的工作参数，

根据所述工作状态参数调整所述胶带输送机中胶带的张力包括：

根据所述起车状态下的工作参数调整所述胶带输送机中胶带的张力直到所述胶带输送机达到设定的速度。

6.根据权利要求1所述的胶带输送机张紧系统的控制方法，其特征在于，

获取所述胶带输送机的工作状态参数包括：

获取所述胶带输送机在正常运行状态下的工作参数，

根据所述工作状态参数调整所述胶带输送机中胶带的张力包括：

根据所述正常运行状态下的工作参数调整所述胶带输送机中胶带的张力直到所述胶带输送机达到设定的速度。

7.一种胶带输送机张紧系统的控制装置，其特征在于包括：

获取模块，用于获取所述胶带输送机的工作状态参数；以及

调整模块，用于根据所述工作状态参数调整所述胶带输送机中胶带的张力。

8.根据权利要求7所述的胶带输送机张紧系统的控制装置，其特征在于，所述调整模块包括：

获取子模块，用于根据所述工作状态参数获取所述胶带的张力值，其中，在所述胶带输送机中预存有所述工作状态参数和所述胶带的张力值的对应关系；以及

调整子模块，用于根据所述胶带的张力值调整所述胶带输送机中胶带的张力。

9.根据权利要求8所述的胶带输送机张紧系统的控制装置，其特征在于，所述调整子模块包括：

比对子模块，用于将所述胶带的张力值和张力计的张力值进行比对；以及

控制子模块，用于根据比对的结果，通过控制所述张紧系统中的电液比例阀的开度和调节所述张紧系统中的液压马达的输出和转向来调整所述胶带输送机中胶带的张力。

10.根据权利要求8所述的胶带输送机张紧系统的控制装置，其特征在于还包括：

计算模块，用于在根据所述工作状态参数获取所述胶带的张力值之前对所述胶带输送机在不同工作状态下的张力进行计算；以及

保存模块，用于保存所述胶带输送机中胶带的张紧要求和所述张力的变化规律以得到所述工作状态参数与所述胶带的张力值的对应关系。

11.一种胶带输送机，其特征在于包括权利要求7至10中任一项所述的胶带输送机张紧系统的控制装置。

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