CN104019987B

CN104019987B - 一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法

Info

Publication number: CN104019987B
Application number: CN201410261395.0A
Authority: CN
Inventors: 王大刚; 王世博; 张务果; 郭永波; 张德坤; 葛世荣
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: CN104019987A

Abstract

本发明公开了一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法，包括基架、加载系统、摩擦传动系统和状态监测系统；所述基架包括支撑架、支撑角钢架和设置于支撑角钢架上的底板；所述加载系统包括动态加载系统和静态加载系统；所述摩擦传动系统包括围包角调整系统、驱动系统和摩擦系统；所述状态监测系统包括动张力监测系统、动态蠕变监测系统、滚筒覆盖层应力测量系统、摩擦力测量系统和摩擦滑移监测系统。本发明可以实时动态监测滚筒绕入和绕出端皮带的动张力演化、皮带的动态蠕变特性、滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应力变化、滚筒与皮带之间的动态摩擦力以及摩擦滑移状态。

Description

一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法，能够模拟动载荷工况条件下矿用传输皮带动态摩擦传动行为，可以实现动态监测滚筒绕入和绕出端皮带的动张力演化、皮带的动态蠕变特性、滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应力变化、滚筒与皮带之间的动态摩擦力以及摩擦滑移状态。

背景技术

随着我国高产高效矿井的出现，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键传动设备。生产技术的发展使得顺槽皮带输送机向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展。皮带输送机依靠皮带与滚筒之间的摩擦力传递动力，因传输皮带是一个由多种材料组成的具有粘弹特性的弹性体，使得皮带在启动、传输和制动过程中会承受动态张应力，故滚筒与皮带之间呈现动态摩擦传动特性，因考虑动态特性不足导致的打滑现象或主要运行参数选择过于保守，均会严重制约了带式输送机的工作效率，进而影响了整套煤矿掘采系统的工作效率和高效生产。因此，提出一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法，探究模拟实际运行工况下滚筒绕入和绕出端皮带的动张力演化、皮带的动态蠕变特性、滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应力变化、滚筒与皮带之间的动态摩擦力以及摩擦滑移状态，对于探讨滚筒与皮带之间的动态摩擦传动机理及其受动载荷工况参数的影响规律和提出优化的运行参数有着重要的意义。

滚筒与皮带之间的摩擦传动实验装置包括：专利号为03802132.3公布了一种高负荷传动皮带用橡胶组合物及使用该橡胶组合物的高负荷传动皮带，能够在不损害高负荷传动用V型皮带的高温耐久性、提高耐寒性的同时，保证皮带的传动能力和耐永久变形性；专利号为200410034164.2公布了一种摩擦传动皮带以及具有它的皮带传动装置，该摩擦传动皮带可以不混合使用短纤维橡胶，通过摩擦传动皮带的皮带主体(以乙烯-α-烯烃橡胶作为橡胶成分)与皮带轮接触地卷绕，实现传递动力的目的；专利号为200410082605.6公布了一种传动皮带用皮带轮及皮带传动装置，能够防止皮带的蛇行和偏走；上述专利提供新型的皮带或皮带轮及具有它的皮带传动装置，不能考察摩擦传动过程中皮带的动态摩擦传动特性。专利号为201010288001.2公布了一种皮带传动摩擦系数简易测量装置，实现基于欧拉公式的皮带传动摩擦系数测量，不能探究摩擦传动过程中皮带的动态摩擦传动特性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置及方法，是一种功能齐全、方法简便、易操作的皮带动态摩擦传动试验装置及方法，可以实时动态监测滚筒绕入和绕出端皮带的动张力演化、皮带的动态蠕变特性、滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应力变化、滚筒与皮带之间的动态摩擦力以及摩擦滑移状态。

本发明采用的技术方案为：一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置,包括基架、加载系统、摩擦传动系统和状态监测系统；

所述基架包括支撑架、支撑角钢架和设置于支撑角钢架上的底板；

所述加载系统包括动态加载系统和静态加载系统；所述动态加载系统包括A泵站、竖直张紧液压缸和A皮带夹具，所述A泵站和竖直张紧液压缸安装在底板上，所述A皮带夹具的两端放置于竖直导向架的滑轨上，并与竖直张紧液压缸伸出活塞杆相连；所述静态加载系统包括B泵站、水平张紧液压缸和B皮带夹具，所述B泵站和水平张紧液压缸安装在底板上，所述B皮带夹具的两端放置于水平导向架滑轨上，并与水平张紧液压缸伸出活塞杆相连；

所述摩擦传动系统包括围包角调整系统、驱动系统和摩擦系统；所述围包角调整系统包括动载端调整系统和静载端调整系统；所述动载端调整系统包括竖直导向架、支撑肋板和A改向滑轮，所述竖直导向架通过导轨固定块固定在底板上，竖直导向架通过支撑肋板紧固，所述A改向滑轮安装于前后对称布置的竖直导向架上，A改向滑轮两端输出轴放置于两个竖直导向架的定位孔内；所述静载端调整系统包括水平导向架和B改向滑轮，所述水平导向架通过A导轨固定块固定在底板上，所述B改向滑轮安装于水平导向架上，B改向滑轮两端输出轴放置于水平导向架的定位孔内；所述驱动系统包括C泵站、液压缸支座、C液压缸、连杆、连接块和滚筒输出轴，所述C泵站和液压缸支座安装在底板上，液压缸支座上固定有C液压缸，C液压缸伸出活塞杆与连杆铰接，连杆上连接有连接块，连接块通过传动平键与滚筒输出轴连接；所述摩擦系统包括滚筒支架、轴承支座、轴承、滚筒和皮带，所述滚筒支架固定于底板上，滚筒支架支撑梁上安装有轴承支座，轴承支座内安装有轴承，所述滚筒两端的滚筒输出轴安装于轴承内孔，滚筒覆盖层表面卷绕有皮带，皮带一端绕过B改向滑轮与B皮带夹具相连，另一端绕过A改向滑轮与A皮带夹具相连。

所述状态监测系统包括动张力监测系统、动态蠕变监测系统、滚筒覆盖层应力测量系统、摩擦力测量系统和摩擦滑移监测系统；所述动张力监测系统包括安装于滚筒两侧皮带上的皮带张力计；所述动态蠕变监测系统包括支座和激光位移传感器，所述支座固定于滚筒支架上，激光位移传感器固定于支座上，激光位移传感器探头正对皮带与滚筒接触区中间部位；所述滚筒覆盖层应力测量系统包括贴于滚筒覆盖层凹孔侧面的应变片；所述摩擦力测量系统包括贴在滚筒侧面上用于间接计算滚筒与皮带之间的摩擦力的应变片组；所述摩擦滑移监测系统包括固定支座、连接杆、摄像头支座和高速摄像头，所述固定支座固定于滚筒支架上，固定支座上铰接有连接杆，连接杆上铰接有摄像头支座，摄像头支座上固定有高速摄像头，高速摄像头正对皮带与滚筒覆盖层交界面。

作为优选，所述的A皮带夹具和B皮带夹具均设有三个方形孔，皮带依次从三个孔穿绕，在孔边缘处磨成圆弧状，防止方形棱边刮伤皮带，在皮带夹具一侧端面用螺钉固定皮带，能够较可靠地固定住皮带。

作为优选，所述滚筒覆盖层用于增大滚筒与皮带之间的摩擦力，滚筒覆盖层均匀间隔的设有凹形槽。

一种上述矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置的试验方法，该方法包括以下步骤：

a)通过计算机控制A泵站和B泵站的系统压力，使水平张紧液压缸和竖直张紧液压缸的活塞杆收缩直至皮带被拉直，皮带张力计达到初始微小设定值，对皮带张力计调零，保持B泵站的系统压力不变，继续增加A泵站的系统压力直至皮带张力计达到设定值；通过计算机程序设定A泵站的系统压力峰值和谷值，启动计算机程序，对皮带施加交变张力；

b)通过计算机控制C泵站的系统压力峰值和谷值，使得活塞杆产生一定位移的往复运动，经连杆带动滚筒发生微小角度的往复扭转；在皮带交变张力和滚筒往复扭转的共同作用下，滚筒和皮带之间发生摩擦滑移；

c)通过皮带张力计记录滚筒两侧的皮带动张力变化；开启激光位移传感器，记录缠绕于滚筒覆盖层上皮带的动态蠕变特性；开启高速摄像头，记录滚筒与皮带之间的动态摩擦滑移；对应变片通电，记录滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应变；通过应变片组记录滚筒侧面的弯矩大小，间接获得滚筒与皮带之间的摩擦力；

d)当滚筒扭转次数达到设定值后，关闭泵站，将皮带从B皮带夹具上取下，停止实验；

e)改变驱动系统的驱动频率(滚筒扭转频率)和驱动位移(滚筒扭转角)、动态加载系统中泵站的系统压力变化幅值、B改向滑轮和A改向滑轮在水平导向架和竖直导向架的位置，研究不同频率、摩擦滑移幅值、动载荷和围包角条件下滚筒与皮带之间的动态摩擦传动行为。

有益效果：相比现有技术，本发明能同时对皮带施加动态载荷和对滚筒-皮带之间施加动态摩擦滑移，对于模拟动载荷工况条件下矿用传输皮带动态摩擦传动行为提供有效的实验设备及有效依据；同时，能够实时监测滚筒绕入和绕出端皮带的动张力演化、皮带的动态蠕变特性、滚筒覆盖层与皮带接触区附近覆盖层的应力变化、滚筒与皮带之间的动态摩擦力以及摩擦滑移状态，这对定量表征动载荷工况下滚筒与皮带之间的摩擦传动特性提供了有效的实验设备；其结构简单、操作简便、功能齐全、效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2中的B向局部视图；

图4为图1中的C处局部视图；

图5为图2中的D向局部视图。

图中：1、支座；2、激光位移传感器；3、滚筒；4、轴承支座；5、连接块；6、支撑梁；7、支撑架；8、水平导向架；9、B改向滑轮；10、皮带；11、皮带张力计；12、滚筒支架；13、连杆；14、C液压缸；15、C泵站；16、支撑角钢架；17、B皮带夹具；18、水平张紧液压缸；19、B泵站；20、竖直张紧液压缸；21、支撑肋板；22、A皮带夹具；23、A改向滑轮；24、皮带张力计；25、竖直导向架；26、高速摄像头；27、活塞杆；28、液压油口；29、液压缸支座；30、A导轨固定块；31、A泵站；32、滚筒输出轴；33、底板；34、应变片；35、应变片组；36、传动平键；37、摄像头支座；38、连接杆；39、固定支座。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

由图1-5可知，一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置包括基架、加载系统、摩擦传动系统和状态监测系统；

所述基架包括支撑架7、支撑角钢架16和设置于支撑角钢架16上的底板33；

所述加载系统包括动态加载系统和静态加载系统。所述动态加载系统包括放置于底板33上的A泵站31、固定于底板33上的A液压缸支座、固定于A液压缸支座上的竖直张紧液压缸20、与竖直张紧液压缸20伸出活塞杆相连的A皮带夹具22、A皮带夹具22两端放置于竖直导向架25的滑轨上；所述静态加载系统包括放置于底板33上的B泵站19、固定于底板33上的B液压缸支座、固定于B液压缸支座上的水平张紧液压缸18、与水平张紧液压缸18伸出活塞杆相连的B皮带夹具17、B皮带夹具17两端放置于水平导向架8滑轨上；所述的A皮带夹具22和B皮带夹具17均设有三个方形孔，皮带可以依次从三个孔穿绕，在孔边缘处磨成圆弧状，防止方形棱边刮伤皮带，在皮带夹具一侧端面用螺钉固定皮带，能够较可靠地固定住皮带。

所述摩擦传动系统包括围包角调整系统、驱动系统和摩擦系统；所述围包角调整系统包括动载端调整系统和静载端调整系统，所述动载端调整系统包括通过B导轨固定块固定在底板33上的竖直导向架25、紧固竖直导向架25的支撑肋板21、安装于竖直导向架25上的A改向滑轮23；所述A改向滑轮23两端输出轴放置于竖直导向架25的定位孔内；所述静载端调整系统包括固定于底板33上的水平导向架8、安装于水平导向架8上的B改向滑轮9，所述B改向滑轮9两端输出轴放置于水平导向架8的定位孔内，所述水平导向架8与底板33之间通过A导轨固定块30连接；所述驱动系统包括放置于底板33上的C泵站15、固定于底板33上的液压缸支座29、固定于液压缸支座29上的C液压缸14、与C液压缸14伸出活塞杆铰接的连杆13、与连杆13连接的连接块5、与连接块5相连的滚筒输出轴32；所述C液压缸14液压油由液压油口28进入；所述连杆13与活塞杆通过销连接，为了够避免连杆13摆动过程中直线运动的活塞杆与弧线运动的连杆13发生锁死，将连杆13铰接孔沿连杆13方向微量扩锪；所述连接块5与滚筒输出轴32之间用传动平键36连接；所述摩擦系统包括固定于底板33上的滚筒支架12、安装于滚筒支架12支撑梁6上的轴承支座4、安装于轴承支座4内的轴承、两端滚筒输出轴32安装于轴承内孔里、卷绕于滚筒覆盖层表面的皮带10，所述滚筒覆盖层用于增大滚筒与皮带之间的摩擦力，滚筒覆盖层均匀间隔的设有凹形槽，所述皮带10一端绕过B改向滑轮9与B皮带夹具17相连，皮带10另一端绕过A改向滑轮23与A皮带夹具22相连。

所述状态监测系统包括动张力监测系统、动态蠕变监测系统、滚筒覆盖层应力测量系统、摩擦力测量系统和摩擦滑移监测系统，动张力监测系统包括安装于滚筒3两侧皮带10上的皮带张力计11和24；动态蠕变监测系统包括固定于滚筒支架12上的支座1、固定于支座1上的激光位移传感器2，所述激光位移传感器2探头正对皮带10与滚筒3接触区中间部位；滚筒覆盖层应力测量系统包括贴于滚筒覆盖层凹形槽内侧面的应变片34；摩擦力测量系统包括贴在滚筒3侧面上的应变片组35，通过测量滚筒3的弯矩间接计算滚筒3与皮带10之间的摩擦力；摩擦滑移监测系统包括固定于滚筒3支架上的固定支座39、铰接于固定支座39上的连接杆38、铰接于连接杆38上的摄像头支座37、固定于摄像头支座37上的高速摄像头26，高速摄像头26正对皮带10与滚筒覆盖层交界面。

一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置的试验方法，该方法包括以下步骤：

a)通过计算机控制A泵站31和B泵站19的系统压力，使竖直张紧液压缸20和水平张紧液压缸18的活塞杆收缩直至皮带10被拉直，皮带张力计24和11达到初始微小设定值，对皮带张力计24和11调零，保持B泵站19的系统压力不变，继续增加A泵站31的系统压力直至皮带张力计24和11达到设定值；通过计算机程序设定A泵站31的系统压力峰值和谷值，启动计算机程序，对皮带10施加交变张力；

b)通过计算机控制C泵站15的系统压力峰值和谷值，使得活塞杆产生一定位移的往复运动，经连杆13带动滚筒3发生微小角度的往复扭转；在皮带10交变张力和滚筒3往复扭转的共同作用下，滚筒3和皮带10之间发生摩擦滑移；

c)通过皮带张力计24和11记录滚筒3两侧的皮带10动张力变化；开启激光位移传感器2，记录缠绕于滚筒覆盖层上皮带10的动态蠕变特性；开启高速摄像头26，记录滚筒3与皮带10之间的动态摩擦滑移；对应变片34通电，记录滚筒覆盖层与皮带10接触区附近覆盖层的应变；通过应变片组35记录滚筒3侧面的弯矩大小，间接获得滚筒3与皮带10之间的摩擦力；

d)当滚筒3扭转次数达到设定值后，关闭C泵站15，将皮带10从A皮带夹具22和B皮带夹具17上取下，关闭A泵站31和B泵站19，停止实验；

e)改变驱动系统的驱动频率(滚筒3扭转频率)和驱动位移(滚筒3扭转角)、动态加载系统中泵站的系统压力变化幅值、B改向滑轮9和A改向滑轮23在水平导向架8和竖直导向架25的位置，研究不同频率、摩擦滑移幅值、动载荷和围包角条件下滚筒3与皮带10之间的动态摩擦传动行为。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置，其特征在于：包括基架、加载系统、摩擦传动系统和状态监测系统；

所述加载系统包括动态加载系统和静态加载系统；所述动态加载系统包括A泵站、竖直张紧液压缸和A皮带夹具，所述A泵站和竖直张紧液压缸安装在底板上，所述A皮带夹具的两端放置于前后对称布置的竖直导向架的滑轨上，并与竖直张紧液压缸伸出活塞杆相连；所述静态加载系统包括B泵站、水平张紧液压缸和B皮带夹具，所述B泵站和水平张紧液压缸安装在底板上，所述B皮带夹具的两端放置于水平导向架滑轨上，并与水平张紧液压缸伸出活塞杆相连；

所述摩擦传动系统包括围包角调整系统、驱动系统和摩擦系统；所述围包角调整系统包括动载端调整系统和静载端调整系统；所述动载端调整系统包括竖直导向架、支撑肋板和A改向滑轮，所述竖直导向架通过导轨固定块固定在底板上，竖直导向架通过支撑肋板紧固，所述A改向滑轮安装于前后对称布置的竖直导向架上，A改向滑轮两端输出轴放置于两个竖直导向架的定位孔内；所述静载端调整系统包括水平导向架和B改向滑轮，所述水平导向架通过A导轨固定块固定在底板上，所述B改向滑轮安装于水平导向架上，B改向滑轮两端输出轴放置于水平导向架的定位孔内；所述驱动系统包括C泵站、液压缸支座、C液压缸、连杆、连接块和滚筒输出轴，所述C泵站和液压缸支座安装在底板上，液压缸支座上固定有C液压缸，C液压缸伸出活塞杆与连杆铰接，连杆上连接有连接块，连接块通过传动平键与滚筒输出轴连接；所述摩擦系统包括滚筒支架、轴承支座、轴承、滚筒和皮带，所述滚筒支架固定于底板上，滚筒支架支撑梁上安装有轴承支座，轴承支座内安装有轴承，所述滚筒两端的滚筒输出轴安装于轴承内孔，滚筒覆盖层表面卷绕有皮带，皮带一端绕过B改向滑轮与B皮带夹具相连，另一端绕过A改向滑轮与A皮带夹具相连；

2.根据权利要求1所述的一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置，其特征在于：所述的A皮带夹具和B皮带夹具均设有三个方形孔，皮带依次从三个孔穿绕，在孔边缘处磨成圆弧状，在皮带夹具一侧端面用螺钉固定皮带。

3.根据权利要求1所述的一种矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置，其特征在于：所述滚筒覆盖层均匀间隔的设有凹形槽。

4.一种权利要求1、2或3所述矿用传输皮带动态摩擦传动试验装置的试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

e)改变驱动系统的驱动频率和驱动位移、动态加载系统中泵站的系统压力变化幅值、B改向滑轮和A改向滑轮在水平导向架和竖直导向架的位置，研究不同频率、摩擦滑移幅值、动载荷和围包角条件下滚筒与皮带之间的动态摩擦传动行为。