CN105417014B - 用于胶带机的完全自动张紧控制系统和方法 - Google Patents

用于胶带机的完全自动张紧控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于胶带机的完全自动张紧控制方法,包括:在胶带机启动、停机或运行过程中,计算胶带机所需的最小张力Fmin,并根据Fmin确定标准张力范围;检测胶带机的皮带张力F’;将检测到的皮带张力F’与标准张力范围进行比较,如果F’落在标准张力范围之外,将胶带机的皮带张紧或松弛,直至检测到的皮带张力F’落入标准张力范围之内。利用本发明可实现在胶带机启停和运行过程中实时调节皮带张力。

Description

用于胶带机的完全自动张紧控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及胶带机技术领域,具体涉及一种用于胶带机的完全自动张紧控制系统 和方法。
背景技术
[0002] 胶带机是矿井作业的主要运输设备,对胶带机进行张紧控制可防止胶带机皮带在 驱动滚筒上打滑,可减小皮带在托辊间的运行阻力。已有的张紧控制系统使用张力传感器 检测皮带张力,检测信号反馈给PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制 器),当皮带张力大于(或小于)系统中预先设定的标准张力值时,调节皮带张紧程度,使皮 带张力能够维持在预设的张力区间内。这种自动张紧装置能够实现皮带张力的自动调节, 但是,由于该系统中的标准张力值是预先设定、预先存储的,当需要改变系统的设定张力值 时(例如,可伸缩带式输送机的皮带长度随作业条件而变化,所需皮带张力值也随之变化), 需要操作人员人为进行修正,以适应胶带机长度或负载的变化。目前的自动张紧系统大多 依靠操作人员的经验,人为地修改系统张力值,没有经过理论验证,准确性难以保证,并且 实际中人们大多只在不得不修改时才会对系统张力值进行调整,因此经常发生胶带机过张 力或是打滑现象,对于自动化程度日益提高的现代矿井作业环境已不再适用。
发明内容
[0003] 有鉴于此,本发明提出一种用于胶带机的完全自动张紧控制系统和方法,建立了 张紧控制系统张力值计算模型,可在胶带机启停和运行过程中实时调节皮带张力。
[0004] 本发明提供一种用于胶带机的完全自动张紧控制方法,包括:在胶带机启动、停机 或运行过程中,基于下式计算胶带机所需的最小张力Fmin,并根据Fmin确定标准张力范围;
Figure CN105417014BD00031
其中
Figure CN105417014BD00032
Fu为主机驱动力,M为主驱变频器的转矩,I为减速器 的减速比,R为滚筒半径,μ为带面与滚筒之间的摩擦系数,约为第i个滚筒的围包角;检测胶 带机的皮带张力F’ ;将检测到的皮带张力F’与标准张力范围进行比较,如果F’落在标准张 力范围之外,将胶带机的皮带张紧或松弛,直至检测到的皮带张力F’落入标准张力范围之 内。
[0005] 优选地,在胶带机启动和运行过程中,所述标准张力范围为[0.95A · Fmin,1.05A · Fmin],A为启动系数,1.2彡A彡1.5;在胶带机停机过程中,所述标准张力范围为[0.95Fmin, 1 · 05Fmin] 〇
[0006] 优选地,在胶带机启动过程中,A = 1.25;在胶带机运行过程中,A = 1.2。
[0007] 本发明还提供一种用于胶带机的完全自动张紧控制系统,包括:计算模块,用于基 于下式计算胶带机所需的最小张力Fm , n,并根据Fm , n确定标准张力范围;
Figure CN105417014BD00033
其中,
Figure CN105417014BD00034
Fu为主机驱动力,M为主驱变频器的转矩,I为减速器 的减速比,R为滚筒半径,μ为带面与滚筒之间的摩擦系数,β为第i个滚筒的围包角;拉力传 感器,用于检测胶带机的皮带张力F’ ;比较模块,用于将拉力传感器检测到的皮带张力F’与 计算模块确定的标准张力范围进行比较,当F’落在标准张力范围之外时,通知皮带调节模 块;皮带调节模块,用于将胶带机的皮带张紧或松弛,直至拉力传感器检测到的皮带张力F’ 落入计算模块确定的标准张力范围之内。
[0008] 本发明设计了一种全新的胶带机张紧控制系统,能够实时检测带面负载,建立了 张紧控制系统张力值计算模型,实时确定系统所需要的张力值,形成一种完全自动张紧控 制系统,该系统自动化程度提高,通过带传动理论计算的张力值更加准确,合理的张力控制 可避免打滑、过张力等故障。利用该系统可以随皮带长度变化自动调整张紧力,避免工人手 动调节张力值带来的较大误差,解决可伸缩带式输送机的张紧系统不能适应胶带机的长度 变化的问题,保证整机在各个阶段运行过程中张紧力严格控制在理论控制范围,不出现过 张紧力及打滑现象。
附图说明
[0009] 图1是本发明实施例的完全自动张紧控制方法的流程图。
[0010] 图2是本发明实施例的完全自动张紧控制装置的结构框图。
[0011] 图3是本发明实施例的示例性的应用状态图。
[0012] 图4是利用本发明实施例对胶带机进行张紧控制的过程图。
具体实施方式
[0013] 以下结合附图以及具体实施例,对本发明的技术方案进行详细描述。
[00M]图1示出了本发明实施例的完全自动张紧控制方法的流程图,图2为对应的完全自 动张紧控制装置的结构框图,工作时:
[0015] 在胶带机启动、停机或运行过程中,计算模块101基于下式计算胶带机所需的最小 张力Fmin,并根据Fmin确定标准张力范围;
[0016]
Figure CN105417014BD00041
[0017] 其中
Figure CN105417014BD00042
,Fu为主机驱动力,M为主驱变频器的转矩,I为减速器的减速比,R 为滚筒半径,μ为带面与滚筒之间的摩擦系数,β为第i个滚筒的围包角;
[0018] 拉力传感器102检测胶带机的皮带张力F’ ;
[0019] 比较模块103将检测到的皮带张力F’与标准张力范围进行比较,如果F’落在标准 张力范围之外,皮带调节模块104将胶带机的皮带张紧或松弛,直到拉力传感器102检测的 皮带张力F’落入标准张力范围之内。
[0020] 图3示例性地示出了一种胶带机应用场景,在机头部由电磁制动电机(未示出)驱 动胶带沿箭头方向运行,驱动力为Fu;胶带下游设置有两个驱动滚筒,控制驱动滚筒的旋转 可使连接的钢丝绳拉紧或放松胶带,改变胶带的张紧力。
[0021] 其中,为胶带机装配拉力传感器102可以实时检测胶带上的张紧力,即皮带张力 F’。为驱动滚筒装配皮带调节模块104,控制驱动滚筒的旋转方向,可以实现对皮带张力F’ 的松紧调节。
[0022] 除此之外,计算模块101和比较模块103采用PLC实现,通过内部程序编辑执行相关 计算和逻辑,计算模块101接收主机驱动力Fu参数,比较模块103接收计算模块101的标准张 力范围参数以及拉力传感器102的皮带张力F’的,皮带调节模块104接收比较模块103的比 较结果,对皮带进行松紧调节。
[0023] 利用上述实施例对胶带机进行张紧控制,张紧力可以随皮带的运行情况自动调 整,通过带传动理论计算的张力值更加准确,可避免工人手动调节张力值存在的较大误差。
[0024] 图3示出了利用本发明实施例对胶带机进行张紧控制的过程流程图,其中根据胶 带机运行工况,标准张力范围可以有以下几种选择:
[0025] ①在胶带机启动和运行过程中,标准张力范围选取[0.95A · Fmin,1.05A · Fmin],A 为启动系数,1.2彡Α<1.5;
[0026] ◎在胶带机停机过程中,标准张力范围选取[0.95?_,1.05?_];
[0027] ③在胶带机启动过程中,A= 1.25;
[0028] ④在胶带机运行过程中,A= 1.2。
[0029] 其中,张紧力F需要进行数值规整,胶带机在启动、运行、停止三个状态下,系统所 需最小张力Fmin不同,不同的张力控制更符合工况需求。并且,驱动转矩和Fu需要进行数值 规整,当转矩和在一定范围波动时可以取一个固定值,防止数值变化造成张紧系统频繁调 整。
[0030] 关于最小张力Fmin的计算过程,以下示例性地描述本发明某个实施例中最小张力 的计算过程:
[0031] 在本发明的某实施例中,电磁制动电机将主驱变频器的转矩信号Fu、驱动滚筒数 目等信号发送给张紧系统PLC,主驱动的减速比I、滚筒半径R、滚筒与带面之间的摩擦系数 μ、围包角β等参数为已知,张紧系统PLC利用这些数据,通过带传动理论计算公式计算皮带 机当前运行状态下所需要的最小不打滑张紧力Fmin,具体地:
[0032]
Figure CN105417014BD00051
(1)
[0033] 其中,通常矿井环境下的摩擦系数μ = 3 . 1 7,驱动滚筒围包角
Figure CN105417014BD00052
(如果只有一个驱动滚筒,令供2=〇)。
[0034] 将各参数代入公式(1),得到:
[0035]
Figure CN105417014BD00053
(2.)
[0036] 另一方面,关于圆周驱动力,由驱动变频器可知电机的输出转矩Μ,而减速器减速 比I,滚筒半径R已知,可求出整机驱动力Fu的取值,可得:
[0037]
Figure CN105417014BD00054
(3)
[0038] 举例来说,某型矿用胶带机的皮带长度3000m,带宽1.4m,驱动电机数目为3* 500KW,减速比1 = 20,驱动滚筒半径R=O. 5m,满负荷状态下电机单台电机输出转矩T为:T = 9550P/n = 9550*500/1480 = 3226NM,将各参数代入公式(3)可得:
[0039]
Figure CN105417014BD00061
[0040] 将Fu代入公式⑵得到:
[0041]
Figure CN105417014BD00062
[0042] 由此,本实施例通过主驱动系统传递电机转矩信号计算出最小张紧力Fmin = 43KN。
[0043] 还需要说明,最小张紧力的判断条件还需要另外一个条件,输送带下垂度校核,当 张紧力可以保证两组托辊之间的带面下垂度达到一定值时,才能满足张力需求,对此本系 统不进行计算。如果本系统自动计算的最小张紧力Fmin不满足该下垂条件,则以满足下垂条 件的张紧力进行输出,这样系统运行中可以同时满足最小张紧力及下垂度两个条件。
[0044] 本发明的实施例针对胶带机的启动-运行-停止状态,规定了不同的标准张力范 围,如前文所述的,①在胶带机启动和运行过程中,标准张力范围选取[0 . 95A · Fmin, 1.05A · Fmin],1.2彡A彡1.5;②在胶带机停机过程中,标准张力范围选取[0.95Fmin, 1 · 05Fmin] 〇
[0045] 这样处理的原因是,胶带机在启动-运行-停止三种状态下皮带的动态特性具有明 显不同,动态分析如下:
[0046] 启动时,张紧装置先进行预张紧,使胶带机最小张力点张力达到额定值后启动胶 带机,当胶带机启动时,在驱动力Fu的作用下胶带机上带面向下带面传输,此时输送带将发 生弹性形变,带面处于拉伸状态,在启动的前一段时间内,机头带面向储带仓传输,而机尾 带面此时并没有发生位移,因此输送带拉长的部分都传向储带仓,直到机尾带面的速度与 机头同步时整个带面趋于稳定,不再继续伸长。在这一阶段,由于储带仓积蓄带面,所以张 紧力F此时会有较大幅度的下降,需要张紧装置在此时提供持续的张紧力,才能保证皮带在 启动阶段不出现打滑,为避免张力下降过快及减少张紧电机启动次数,通常胶带机启动时 最小张紧力要乘以启动系数A,取值在1.2-1.5之间。
[0047] 运行时,输送带的动态特性已经趋于稳定,通过张紧装置为胶带机提供额定张紧 力即可满足不打滑条件。
[0048] 停机时,胶带机运行状态由运行到停止,驱动滚筒施加在带面上的圆周驱动力Fu 突然降至〇,并处于自由状态,因此带面由紧绷到松弛,驱动滚筒驱入点和奔离点张力平衡, 由此可知S6点张力为:
[0049]
Figure CN105417014BD00063
[0050] 以3000m顺槽胶带机为例,有:
Figure CN105417014BD00064
[0051] 因此,停机时胶带机张紧装置应该及时释放张力,以降低停机时对低张力区的冲 击,使用单位在选择张紧控制系统时应该注意减速器、制动器等设备的选型,张紧力的释放 方式,以及系统突然断电后是否可以持续释放停机张力,若不能释放停机张力很容易造成 钢丝绳拉断、制动器磨损、减速器损坏、游动小车飞车、卷筒短轴等现象。
[0052]以上,结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍,所描述的具体实施 例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导 和变型也属于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种用于胶带机的完全自动张紧控制方法,其特征在于,包括: 在胶带机启动、停机或运行过程中,基于下式计算胶带机所需的最小张力Fmin,并根据 Fmin确定标准张力范围;
Figure CN105417014BC00021
其中,
Figure CN105417014BC00022
:,Fu为主机驱动力,M为主驱变频器的转矩,I为减速器的减速比,R为滚 筒半径,μ为带面与滚筒之间的摩擦系数,约为第i个滚筒的围包角;其中,在胶带机启动和 运行过程中,所述标准张力范围为[0.95A · Fmin, 1.05A · Fmin],A为启动系数
Figure CN105417014BC00023
; 在胶带机停机过程中,所述标准张力范围为[0.95Fmin,1.05Fmin]; 检测胶带机的皮带张力F’ ; 将检测到的皮带张力F’与标准张力范围进行比较,如果F’落在标准张力范围之外,将 胶带机的皮带张紧或松弛,直至检测到的皮带张力F’落入标准张力范围之内; 校核胶带机输送带的下垂度,最小张紧力Fmin不满足该下垂条件,则以满足下垂条件 的张紧力进行输出。
2. 如权利要求1所述的用于胶带机的完全自动张紧控制方法,其特征在于,其中,在胶 带机启动过程中,A=I .25;在胶带机运行过程中,A=I .2。
3. —种用于胶带机的完全自动张紧控制系统,其特征在于,包括: 计算模块,用于基于下式计算胶带机所需的最小张力Fmin,并根据Fmin确定标准张力范 围;
Figure CN105417014BC00024
其中
Figure CN105417014BC00025
,Fu为主机驱动力,M为主驱变频器的转矩,I为减速器的减速比,R为滚 筒半径,μ为带面与滚筒之间的摩擦系数,供为第i个滚筒的围包角;其中,在胶带机启动和 运行过程中,所述计算模块确定的标准张力范围为[0.95A · Fmin,1.05A · Fmin],A为启动系 数,
Figure CN105417014BC00026
:在胶带机停机过程中,所述计算模块确定的标准张力范围为[〇.95Fmin, I . 05Fmin]; 拉力传感器,用于检测胶带机的皮带张力F’ ; 比较模块,用于将拉力传感器检测到的皮带张力F’与计算模块确定的标准张力范围进 行比较,当F’落在标准张力范围之外时,通知皮带调节模块; 皮带调节模块,用于将胶带机的皮带张紧或松弛,直至拉力传感器检测到的皮带张力 F’落入计算模块确定的标准张力范围之内;校核胶带机输送带的下垂度,最小张紧力Fmin 不满足该下垂条件,则以满足下垂条件的张紧力进行输出。
4. 如权利要求3所述的用于胶带机的完全自动张紧控制系统,其特征在于,其中,在胶 带机启动过程中,A=I .25;在胶带机运行过程中,A=I .2。
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