CN104880406B - 一种胶带工作面与滚筒间摩擦系数的测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数的测试装置，包括1个驱动滚筒、2个换向滚筒和3个托辊，胶带绕过一个换向滚筒后再绕过驱动滚筒，然后再绕过另一个换向滚筒，然后再绕过一组由3个托辊所构成的测力装置，该测力装置连接有一拉力传感器，通过拉力传感器的应变测算出胶带松边的张力大小，在连接电动机的驱动滚筒轴上布置一个转矩传感器，通过转矩传感器的应变测算出滚筒上的扭矩大小；根据测出的胶带松边张力及滚筒扭矩这2个数据，并根据推导出的公式算出胶带工作面与滚筒间的摩擦系数。

Description

一种胶带工作面与滚筒间摩擦系数的测试方法和装置

技术领域

本发明涉及一种输送机械的测试装置，具体说涉及一种胶带输送机的胶带工作面和驱动滚筒间摩擦系数的测试装置，它是一种胶带输送机运行时对胶带工作面和驱动滚筒间摩擦系数进行测试的专用装置。

背景技术

目前,研究分析胶带输送机, 需要对胶带输送机的技术参数进行测试。通过对不同型号、不同结构的胶带输送机的有关参数进行测试，形成第一手资料，才能反过来用于胶带输送机的优化设计。目前我们设计胶带输送机所采用的技术数据，很多都是借用外国的一些相关技术数据，而我国有自己的实际情况，所以通过采用一定的检测方法获取我们自己的数据，是非常有必要的。对胶带输送机的技术参数进行测试有两种方式可供选择：一种是采用实物加载方式，一种是采用模拟加载方式。采用实物加载方式，虽测试所得数据较接近实际情况，但耗资大，所需设备多；而采用模拟加载方式，不仅可以避免这些缺点，而且通过已有的实验数据进行比较，两种加载方式下所得数据相差很小。因此，使用模拟加载方式是可行的，所得数据是很有应用价值的。胶带输送机的胶带具有一定的厚度，胶带工作面是胶带直接接触、承载货物的那一面，在单滚筒驱动时它并不与驱动滚筒直接接触，即单滚筒驱动时，驱动滚筒是通过它与胶带工作面相对的那一面（即胶带非工作面）的摩擦力带动胶带运行的。但在多滚筒驱动时，由于胶带在滚筒间的绕转，胶带工作面也要与驱动滚筒直接接触，即驱动滚筒也要通过它与胶带工作面的摩擦力带动胶带运行。所以，对胶带输送机的技术参数进行测试时，也需要对胶带工作面与滚筒间的摩擦系数µ进行测试，得出各种滚筒与各种胶带工作面间的摩擦系数，从而知道采用多滚筒驱动、胶带的两面都参与滚筒的接触并利用摩擦力传递动力时，胶带输送机的胶带能够传递多大的功率。现有的对胶带输送机的胶带与滚筒间的摩擦系数µ的检测存在一些不全和不足，需要对此加以改进。

通过国内专利文献检索发现有一些相关的文献报道，与本发明有关的主要有以下一些：

1、专利号为CN201320418197.1， 名称为“胶带检测装置”的实用新型专利，该实用新型公开了一种新型胶带检测装置，该实用新型提供胶带检测装置, 包括固定面板、设在固定面板上的胶带轮、设在胶带轮下部用于胶带限位的销轴、设在固定面板上位于销轴下部的贴胶单元, 所述固定面板位于销轴一侧设有胶带检测器, 本结构能够在胶带用完后自动报警, 便于胶带的及时更换, 提高工作效率, 减少劳动强度。

2、专利号为 CN201020575370， 名称为“钢丝绳芯胶带检测设备”的实用新型专利，该实用新型公开了一种钢丝绳芯胶带检测设备,其利用了X射线具有穿透性的特点,并且X射线的穿透性对不同物质它的穿透本领不同。探测器元阵列将接收到的X射线转换为电信号,该电信号反映了钢丝绳芯胶带的内部结构,成像模块在对量化后的电信号进行成像处理后,获得钢丝绳芯胶带的透射图像,进而可以根据透射图像来判断钢丝绳芯胶带的质量。相对于现有技术中人工来检测钢丝绳芯胶带的质量,本发明实施例可以对钢丝绳芯胶带进行连续检测,检测效率较高。

3、专利号为CN200520070224， 名称为“带式输送机张力检测装置”的实用新型专利，该专利公开了一种带式输送机张力检测装置，它包括直接与油箱连接的液压油泵，液压油泵出口管路上设有单向阀和溢流阀，溢流阀的出口管路与油箱相连，单向阀与测力油缸前腔相连的管路上依次设有蓄能器、压力变送器、电接点压力表，油缸的后腔管路与油箱相连。它可以将带式输送机的张紧力信号以模拟电量信号的形式，远距离传送到集控室进行观测，为集控提供张紧力正常或超高的开关量信号，并可提供人为设定的开关量信号，压力变送器为电控提供与张紧力成正比的模拟电压或电流信号，电接点压力表为电控提供可调整的开关量的张紧力信号。

上述这些专利虽然涉及到了胶带输送机的胶带的检测，但现有的这些检测装置都不是针对胶带输送机的胶带与滚筒间的摩擦系数进行测试或监控的，因此仍无法得知具体胶带输送机的胶带与滚筒间的摩擦系数，尤其是无法得知具体胶带输送机的胶带工作面与滚筒间的摩擦系数，因此有必要对现有胶带输送机的胶带工作面与滚筒间的摩擦系数的测试装置加以完善。

发明内容

本发明的目的在于针对现有胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数检测方面存在的一些不足，提供一种新型的胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数测试装置，该装置可以有效解决测试胶带输送机上各种胶带工作面与滚筒间摩擦系数大小的问题。

因此，为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种对胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数进行测试的检测装置，包括1个驱动滚筒、2个换向滚筒和3个托辊，由右至左，胶带绕过一个换向滚筒后再绕过驱动滚筒，然后再绕过另一个换向滚筒，然后再绕过一组由3个托辊所构成的测力装置，绕过驱动滚筒、换向滚筒及托辊组的胶带在驱动电机和负载的作用下形成张力，该测力装置连接有一拉力传感器，通过拉力传感器的应变测算出胶带松边的张力大小，在连接电动机的驱动滚筒轴上布置一个转矩传感器，通过转矩传感器的应变测算出滚筒上的扭矩大小；根据测出的胶带松边张力及滚筒扭矩这2个数据，并根据推导出的公式算出胶带工作面与滚筒间的摩擦系数。

进一步地，所述的一组由3个托辊所构成的测力装置是将3个托辊轴布置在同一水平线上，依次排列，其中第1个托辊和第3个托辊位于胶带的下面，托辊轴位置是固定的，而第2个托辊位于胶带的上面，托辊轴是浮动的，且在第2个托辊上连接有拉力传感器，绕过3个托辊的胶带运行时产生的张力将对第2个托辊产生正压力，正压力的变化将使得拉力传感器的应变发生变化，通过二次仪器即可得到输送机胶带的张力。

进一步地，所述的驱动滚筒通过直流电机提供驱动力，在驱动滚筒与直流电机之间设有减速装置，对滚筒实行减速传动。

进一步地，所述的驱动滚筒和减速装置之间设有转矩传感器，以测试出转矩值。

本发明的有益效果：本发明通过在胶带输送机的驱动滚筒的一边即胶带松边布置一组由3个托辊所构成的的测力装置，并通过设置在测力装置上的拉力传感器应变感应出张力的变化，再通过计算分析算出张力的变化值，可以测试出胶带输送机胶带的胶带松边张力；同时，通过连接电动机的驱动滚筒的出轴上布置的转矩传感器，通过转矩传感器的应变变化及二次仪表可以测试计算出滚筒的转矩大小。根据测出的这2个数据后，再根据由欧拉公式所推导出的公式计算出胶带输送机的胶带工作面与滚筒间的摩擦系数µ。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视视图;

图3为图2的A向剖视图；

图4为三个托辊间胶带的受力分析图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

通过附图可以看出本发明为一种对胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数进行测试的检测装置，包括1个驱动滚筒、2个换向滚筒和3个托辊，由右至左，胶带绕过一个换向滚筒后再绕过驱动滚筒，然后再绕过另一个换向滚筒，然后再绕过一组由3个托辊所构成的测力装置，绕过驱动滚筒、换向滚筒及托辊组的胶带在驱动电机和负载的作用下形成张力，该测力装置连接有一拉力传感器，通过拉力传感器的应变测算出胶带松边的张力大小，在连接电动机的驱动滚筒轴上布置一个转矩传感器，通过转矩传感器的应变测算出滚筒上的扭矩大小；根据测出的胶带松边张力及滚筒扭矩这2个数据，并根据推导出的公式算出胶带工作面与滚筒间的摩擦系数。

进一步地，所述的一组由3个托辊所构成的测力装置是将3个托辊轴布置在同一水平线上，依次排列，其中第1个托辊和第3个托辊位于胶带的下面，托辊轴位置是固定的，而第2个托辊位于胶带的上面，托辊轴是浮动的，且在第2个托辊上连接有拉力传感器，绕过3个托辊的胶带运行时产生的张力将对第2个托辊产生正压力，正压力的变化将使得拉力传感器的应变发生变化，通过二次仪器即可得到输送机胶带的张力。

进一步地，所述的驱动滚筒通过直流电机提供驱动力，在驱动滚筒与直流电机之间设有减速装置，对滚筒实行减速传动。

进一步地，所述的驱动滚筒和减速装置之间设有转矩传感器，以测试出转矩值。

具体测试方式如下：

胶带在由右向左绕过换向滚筒3之前工作面(图1中所示A面)朝上，绕过换向滚筒3之后，工作面向下，然后与驱动滚筒1直接接触（图3中所示A面）；以围抱角θ绕过驱动滚筒1后胶带工作面并不与换向滚筒2接触；所以这时测试到的毫无疑问是胶带工作面与滚筒间的摩擦系数。通过直流电机11提供驱动力，对滚筒1进行驱动；在直流电机11与滚筒1之间设有减速器10，对滚筒1实行减速驱动。起动直流电机11使滚筒1按图1所示方向(顺时针方向)运行，然后在起加载作用的绕线式交流电机（图中未示出，在模拟加载情况下，加载交流电机旋转磁场方向与驱动直流电机11的旋转磁场方向相反，目的是使胶带运行时产生运行阻力，在实物加载情况下，则无需加载交流电机）中通入电流，调整加载电流大小，使胶带4运行具有一定阻力。

如果胶带张力变化，则胶带对托辊8的托辊轴的正压力也变化，亦即拉力传感器的应变也变化，二次仪表中显示的数值也变化。由于托辊轴和其轴承间的摩擦阻力与胶带运行时的张力相比很小，因此，托辊轴和其轴承间的摩擦阻力在受力分析时可以忽略。这样，取3根托辊间的胶带作为隔离体进行受力分析，则胶带受3个力的作用：中间托辊8对胶带的压力S（用拉力传感器等可以测试出来）及胶带两边的张力S_L（忽略托辊轴和其轴承间的摩擦阻力后可视为相等）。测试时，使胶带在滚筒1上打滑。由附图4，对Y轴列平衡方程式，则有：

S_L=S/2sinα （1）

式中：S_L——胶带在滚筒上打滑前一瞬间测试出来的胶带松边张力，N;

S——通过拉力传感器及二次仪表等求出的力, N；

α——胶带与水平方向的夹角，α=arctg(2d/L)；

L——托辊间距，m；

d——托辊直径,m。

试验时，记下通过拉力传感器及二次仪表等求出的张力S，而α、L、 d为已知数，则可由式（1）计算出打滑前一瞬的胶带松边张力S_L。

测试时，使胶带在滚筒1上打滑。这样胶带在滚筒上打滑前一瞬间测试出来的是紧边拉力值S_ymax，相应的，此时滚筒传递的是最大牵引力W_gmax。由附图3可知，M_gmax=M_jmax

W_gmax=M_jmax/[(D+t)/2] (2)

W_gmax－滚筒1能传递的最大牵引力，kgf;

M_jmax－转矩传感仪9及二次仪表所测得的转矩值，kgfm;

D－滚筒1的直径，m；

t－胶带厚度，m。

通过转矩传感器9及二次仪表得到驱动滚筒1上的转矩值M_gmax，而D、t为已知数，就可根据式（2）计算出此时滚筒1传递的最大牵引力W_gmax。

而根据所测出的胶带松边张力值S_L，以及驱动滚筒1传递的最大牵引力W_gmax，就可以根据由挠性体摩擦传动欧拉公式所推导出的公式(3)计算出胶带工作面与滚筒间的摩擦系数µ:

µ=（1/θ）ln[(W_gmax/S_L+1)] （3）

式中：θ－滚筒1上胶带围包角。

本发明的有益效果：本发明通过在胶带输送机的驱动滚筒的一边即胶带松边布置一组由3个托辊所构成的的测力装置，并通过设置在测力装置上的拉力传感器应变感应出张力的变化，再通过计算分析算出张力的变化值，可以测试出胶带输送机胶带的胶带松边张力；同时，通过连接电动机的驱动滚筒的出轴上布置的转矩传感器，通过转矩传感器的应变变化及二次仪表可以测试计算出滚筒的转矩大小。根据测出的这2个数据后，再根据由欧拉公式所推导出的公式计算出胶带输送机的胶带工作面与滚筒间的摩擦系数µ，并且测试方式简单可靠。

很显然，上述实施例只是为了说明本发明所列举的实例，任何本领域内普通的技术人员的简单更改和替换都是本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种胶带输送机的胶带工作面与滚筒间摩擦系数的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括1个驱动滚筒、2个换向滚筒和3个托辊，胶带(4)绕过一个换向滚筒(3)后再绕过驱动滚筒(1)，然后再绕过另一个换向滚筒(2)，然后再绕过一组由第1个托辊(5)、第2个托辊(6)、第3个托辊(7)所构成的测力装置，该测力装置连接有一拉力传感器(8)，在驱动滚筒(1)轴上布置一个转矩传感器(9)；所述换向滚筒(3)与驱动滚筒(1)分别设于胶带(4)的两侧，所述换向滚筒(2)与驱动滚筒(1)分别设于胶带(4)的两侧；

所述的一组由第1个托辊(5)、第2个托辊(6)、第3个托辊(7)所构成的测力装置是将3个托辊的轴线布置在同一水平线上，依次等距离排列，其中第1个托辊(5)和第3个托辊(7)位于胶带的下面，其托辊轴位置是固定的，而第2个托辊(6)位于胶带的上面，托辊轴是浮动的，且在第2个托辊(6)上连接有拉力传感器(8)；

所述的驱动滚筒(1)通过直流电机(11)提供驱动力，在驱动滚筒(1)与直流电机(11)之间设有减速装置(10)；

所述的转矩传感器布置在驱动滚筒和减速装置之间；

所述的测试装置的测试方法是，直流电动机(11)驱动滚筒(1)转动，由于摩擦力带动胶带运行，测试时，要使胶带(4)运行直至在驱动滚筒(1)上打滑，记下打滑前一瞬通过拉力传感器(8)及二次仪表测出的拉力，同时记下打滑前一瞬通过驱动滚筒(1)轴上的转矩感器(9)及二次仪表测出的转距，再根据推导出的公式计算胶带工作面与滚筒间的摩擦系数μ，推导出的公式是：

μ＝(1/θ)·ln[2M_jmax/(D+t)·S_L+1]

式中：θ－胶带在驱动滚筒上的围包角；

S_L——胶带在滚筒上打滑前一瞬间测试出来的胶带松边张力，S_L＝S/2sinα，N；

S——通过拉力传感器及二次仪表等求出的力,N；

α——胶带与水平方向的夹角，α＝arctg(2d/L)；

L——托辊间距，m；

d——托辊直径,m；

M_jmax——驱动滚筒轴上的转矩传感器及二次仪表所测得的转矩值，kgf·m，M_jmax＝[(D+t)/2]·W_gmax；

W_gmax－驱动滚筒能传递的最大牵引力，kgf；

D－驱动滚筒的直径，m；

t－胶带厚度，m。