CN109459260A - 连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台及模拟方法,解决了现有技术中连续皮带机模拟装置模拟功能单一、不能进行真实工况下的模拟的问题。本发明包括滚筒绞车、塔架、回柱绞车和控制柜,所述塔架上设有重锤箱,重锤箱的上部通过钢丝绳与回柱绞车相连接,重锤箱的下部通过钢丝绳与滚筒绞车相连接,钢丝绳上设有张力检测装置,滚筒绞车上设有检测机构,张力检测装置和检测机构均与控制柜相连接。本发明模拟实验平台完成后,可以对多种不同长度的连续皮带机的变频自动滚筒绞车进行功能模拟、抗疲劳测试、寿命测试、破坏性测试等实验,极大地提高了设备的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及连续皮带机技术领域,特别是指一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台及模拟方法。
背景技术
作为连续皮带机的关键设备之一,变频自动张紧装置尤为重要。专利号为CN205675691U的专利公布了一种永磁电机变频张紧装置,主要解决了变频自动张紧装置长距离应用效果不好和动态响应速度慢的问题;而专利号为CN 204945745 U的专利公布了矿用变频滚筒绞车控制系统,给出了一种变频自动张紧装置的电气控制设计思路。以上两个实用新型专利都是对设备自身的功能和使用进行研究,均未涉及张紧装置的模拟现场真实环境调试和稳定性分析。事实上,大多数情况下,由于连续皮带机都是现场组装,且TBM(盾构)始发时皮带机长度较短,张力值较小不能反应出全部张力情况。这样变频自动张紧装置只能到现场进行调试,往往因时间紧迫而延误工期。即使在工期内调试完成,也会因为没有进行稳定性、耐久性、耐候性等测试导致运行中出现诸多问题。
发明内容
针对上述背景技术中的不足,本发明提出一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台及其模拟方法,解决了现有技术中连续皮带机模拟装置模拟功能单一、不能进行真实工况下的模拟的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,包括滚筒绞车、塔架、回柱绞车和控制柜,所述塔架上设有重锤箱,重锤箱的上部通过钢丝绳与回柱绞车相连接,重锤箱的下部通过钢丝绳与滚筒绞车相连接,钢丝绳上设有张力检测装置,滚筒绞车上设有检测机构,张力检测装置和检测机构均与控制柜相连接。
所述塔架包括支撑架体,支撑架体内部对称设有重锤滑道,重锤箱上设有滑槽,滑槽与重锤滑道相配合,重锤滑道上部设有上限位开关,重锤滑道下部设有下限位开关,上限位开关和下限位开关均与控制柜相连接。
所述支撑架体下部的侧壁上设有下定滑轮,支撑架体的顶部设有固定平台,固定平台上设有上定滑轮,上定滑轮与下定滑轮相对应,重锤箱上设有重锤滑轮,与回柱绞车相连接的钢丝绳依次绕过下定滑轮、上定滑轮、重锤滑轮和下定滑轮并与滚筒绞车相连接。
所述滚筒绞车包括张紧支座,张紧支座上设有张紧电机,张紧电机的输出端通过联轴器与减速机相连接,减速机的输出端连接有卷筒,卷筒通过支架与张紧支座相连接。
所述张紧电机与减速机之间设有密封护罩,密封护罩内设有联轴器和制动器,制动器设置在减速机的输入轴上。
所述张力检测装置为拉力传感器,检测机构为旋转编码器,旋转编码器与张紧电机相连接。
所述控制柜内设有变频器和PLC,控制柜的外壁上设有触摸屏,拉力传感器、上限位开关和下限位开关分别与PLC的输入端相连接,触摸屏和变频器分别与PLC的输出端相连接,张紧电机、旋转编码器和制动器均与变频器相连接。
所述变频器上连接有制动电阻箱,张紧电机通过主接触器与变频器相连接,张紧电机通过旁路接触器与上级配电装置相连接。
一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台的模拟方法,包括如下步骤:S1:零速悬停实验:模拟TBM没有掘进或皮带实际张力在设定范围内的情况;滚筒绞车和回柱绞车保持静止,不发生动作,重锤箱体处于静止状态,检测张紧电机和制动器发热情况以及重锤箱体是否有溜车情况;
S2:重锤箱提升和下降实验:模拟连续皮带机的紧带和松带的情况;回柱绞车正转,钢丝绳拉力增加,重锤箱沿塔架向上运动,重锤箱被提升,模拟连续皮带机紧带状态;然后滚筒绞车反转,重锤箱沿塔架向下运动,重锤箱下降,拉力减小,模拟连续皮带机松带状态,在重锤箱提升和下降过程中,检测重锤箱是否出现溜车现象,若重锤箱出现溜车现象,调整制动器的预紧力,整定变频器的参数;
S3:稳定性和耐久性实验:按照实际连续皮带机的最大载荷来标定重锤箱的重量,然后在该载荷下进行多次重锤箱的提升和下降循环,来模拟TBM掘进过程连续皮带机的多次松带动作,检测拉力传感器的重复精度和制动器的可靠性;
S4:根据工况需要,在湿热环境下进行步骤S1~S4,检测拉力传感器和控制柜内元器件的可靠性。
本发明模拟实验平台完成后,可以对多种不同长度的连续皮带机的变频自动滚筒绞车进行功能模拟、抗疲劳测试、寿命测试、破坏性测试等实验,极大地提高了设备的稳定性。本发明成本低廉、控制简单、模拟效果好、适应性强,可模拟真实工况下连续皮带机的工作状态,便于及时发现问题并解决问题,极大的提高连续皮带机的工作效率,进一步降低生产成本,缩短工期,对连续皮带机的研制与生产具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明塔架主视示意图。
图3为本发明塔架侧视示意图。
图4为本发明滚筒绞车俯视示意图。
图5为本发明电气控制原理图。
图6为本发明实验系统控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1,如图1~3所示,一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,包括滚筒绞车1、塔架2、回柱绞车3和控制柜4,滚筒绞车1和回柱绞车3均与控制柜相连接,控制柜为整个模拟平台的控制中心,是整个连续皮带机变频自动张紧装置模拟系统的中枢系统,它指挥着滚筒绞车和回柱绞车,带动着重锤箱进行上下往复运动。这一过程模拟了TBM掘进过程中的连续皮带机的相应动作。回柱绞车3为现有常用回柱绞车。塔架2上设有重锤箱5,重锤箱5的上部通过钢丝绳6与回柱绞车3相连接,重锤箱5的下部通过钢丝绳6与滚筒绞车1相连接,回柱绞车3上的钢丝绳6绕过重锤箱5与滚筒绞车1相连接,重锤箱在滚筒绞车的带动下可以在塔架的滑道中上下滑动,类似皮带在皮带仓中的运动。重锤箱在塔架最底端时就是皮带处于完全松带状态,重锤箱在逐渐被提升的过程就是皮带逐渐被张紧的过程。钢丝绳6上设有张力检测装置,用于检测钢丝绳的拉力。滚筒绞车1上设有检测机构,用于检测滚筒绞车相关器件的工作状态,张力检测装置和检测机构均与控制柜4相连接,实现实时监测。滚筒绞车就是被测试的应用于实际工程的绞车,是整个系统的核心设备,提供提升和降低重锤箱的动力,类似于连续皮带机的紧带和送带。回柱绞车为独立设备,是用来模拟实际的TBM(隧道掘进机)的,它可以提供一个正转(TBM掘进)、反转(TBM后退)、锁定(TBM静止)三种状态,无需抱闸即可随时锁定当前位置,与TBM的工作模式类似。
进一步,所述塔架2包括支撑架体201,支撑架体201内部对称设有重锤滑道202,重锤箱5上设有滑槽,滑槽与重锤滑道202相配合,重锤箱相对重锤滑道上下滑动。重锤滑道202上部设有上限位开关203,重锤滑道202下部设有下限位开关204,上限位开关203和下限位开关204均与控制柜4相连接。上限位开关203和下限位开关204,用来检测重锤箱的极限位置。
进一步,所述支撑架体201下部的侧壁上设有对称两个下定滑轮205,支撑架体201的顶部设有固定平台206,固定平台206上设有四个上定滑轮207,四个上定滑轮207两两对称设置在固定平台206,上定滑轮207与下定滑轮205相对应,位于同一侧的上定滑轮207与下定滑轮205位于同一水平面内,目的是为了使导向后的钢丝绳刚好在塔架的中心位置。重锤箱5上设有重锤滑轮208,用于连接钢丝绳,并升降重锤箱。与回柱绞车3相连接的钢丝绳6依次绕过下定滑轮205、上定滑轮207、重锤滑轮208和下定滑轮205并与滚筒绞车1相连接。在滚筒绞车1和回柱绞车3的作用下便于重锤箱的上下稳定运动。
实施例2,如图4所示,一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,所述滚筒绞车1包括张紧支座101,张紧支座101上设有张紧电机102,张紧电机102采用三相永磁同步电机,三相永磁同步电机质量轻、能效比高、堵转电流小,非常适合连续皮带机的自动张紧系统。张紧电机尾部安装有独立风机和编码器,独立风机利于对电机低速运转时的散热,编码器可以检测电机的速度和方向,是实现零速满转矩的必备条件。张紧电机102的输出端通过联轴器103与减速机104相连接,减速机104的输出端连接有卷筒105,卷筒105通过支架106与张紧支座101相连接。所述张紧电机102与减速机104之间设有密封护罩107,密封护罩107内设有联轴器103和制动器108,制动器108设置在减速机104的输入轴上。制动器安装在联轴器的前端靠近减速器侧,这样可以减少刹车时对联轴器的损伤。制动器是电动液力抱闸,断电抱死,需要说明的是该抱闸可以手动分闸,即使在整个变频系统瘫痪的情况下,也可手动操作松带,尽量不影响生产。
进一步,所述张力检测装置为拉力传感器8,拉力传感器8串联在钢丝绳中间,拉力传感器8采用带温度补偿的拉力传感器作为钢丝绳(或皮带)张力的检测设备,由于施工现场一般在野外,带温度补偿的拉力传感器可以保证不同季节下,都能检测准确,这点非常重要,劣质的拉力传感器可能会导致检测张力过高而让连续皮带过松。此外,鉴于拉力传感器的重要性,最好选择两个(或三个)串联使用,正常时可以二者的值可以互相参考,某一个损坏了另一个工作着也不影响正常生产。检测机构为旋转编码器,旋转编码器安装在张紧电机后轴端,为了实现电机零速满转矩出力,旋转编码器必不可少,旋转编码器与张紧电机102相连接。旋转编码器选用了抗干扰性极强的旋转编码器作为电机转速和方向的检测传感器,由于重锤箱悬停在半空中时(类似于连续皮带机的停机状态),若再次提升重锤箱,容易溜车发生事故。变频器接入编码器后,可以轻易实现低速满转矩,甚至零速满转矩起动,可以保证绞车的安全平稳起动。
进一步,所述控制柜4内设有变频器和PLC,控制柜4的外壁上设有触摸屏,拉力传感器8、上限位开关203和下限位开关204分别与PLC的输入端相连接,触摸屏和变频器分别与PLC的输出端相连接,张紧电机102、旋转编码器和制动器108均与变频器相连接。所述变频器上连接有制动电阻箱,张紧电机102通过主接触器与变频器相连接,张紧电机102通过旁路接触器与上级配电装置相连接。制动电阻箱按照重载起重设备进行选择,保证重锤箱在下降时变频器能够将多余的能量消耗掉,使系统运行平稳;此外,为变频器配备了旁路接触器和主接触器,这样当变频器损坏的时候也能通过接触器启动滚筒绞车。
其他结构与实施例1相同。
实施例3,如图5和6所示,一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台的模拟方法,把连续皮带机变频自动张紧实验平台和现场连续皮带机真实工作环境进行对比。滚筒绞车和变频控制柜与现场实际使用的,功能和尺寸相同。重锤箱模拟了皮带仓的小车和皮带、回柱绞车模拟了TBM(或盾构机)、塔架模拟了皮带仓的框架。包括如下步骤:S1:零速悬停实验:模拟TBM没有掘进或皮带实际张力在设定范围内的情况;滚筒绞车1和回柱绞车3保持静止,不发生动作,重锤箱体5处于静止状态,检测张紧电机102和制动器108发热情况以及重锤箱体5是否有溜车情况;
S2:重锤箱提升和下降实验:模拟连续皮带机的紧带和松带的情况;回柱绞车3正转,钢丝绳6拉力增加,重锤箱5沿塔架2向上运动,重锤箱5被提升,模拟连续皮带机紧带状态;然后滚筒绞车1反转,重锤箱5沿塔架2向下运动,重锤箱5下降,拉力减小,模拟连续皮带机松带状态,在重锤箱5提升和下降过程中,检测重锤箱5是否出现溜车现象,若重锤箱5出现溜车现象,调整制动器108的预紧力,整定变频器的参数;
S3:稳定性和耐久性实验:按照实际连续皮带机的最大载荷来标定重锤箱5的重量,然后在该载荷下进行多次重锤箱5的提升和下降循环(循环次数根据连续皮带的总长度、皮带仓储带量来估算),来模拟TBM掘进过程连续皮带机的多次松带动作,检测拉力传感器8的重复精度和制动器108的可靠性;
S4:根据工况需要,在湿热环境下进行步骤S1~S4,检测拉力传感器8和控制柜4内元器件的可靠性。
该实验模拟平台可以进行15公里内(可以覆盖绝大多数皮带机的长度)的连续皮带机变频自动张紧装置的现场运行状态模拟;可以进行产品功能、耐久性、抗疲劳等工业性能测试,达到提高连续皮带机变频自动张紧装置的稳定性、安全性和效率的目的。
其他结构与实施例2相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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 (9)
1.一种连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,包括滚筒绞车(1)、塔架(2)、回柱绞车(3)和控制柜(4),其特征在于:所述塔架(2)上设有重锤箱(5),重锤箱(5)的上部通过钢丝绳(6)与回柱绞车(3)相连接,重锤箱(5)的下部通过钢丝绳(6)与滚筒绞车(1)相连接,钢丝绳(6)上设有张力检测装置,滚筒绞车(1)上设有检测机构,张力检测装置和检测机构均与控制柜(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述塔架(2)包括支撑架体(201),支撑架体(201)内部对称设有重锤滑道(202),重锤箱(5)上设有滑槽,滑槽与重锤滑道(202)相配合,重锤滑道(202)上部设有上限位开关(203),重锤滑道(202)下部设有下限位开关(204),上限位开关(203)和下限位开关(204)均与控制柜(4)相连接。
3.根据权利要求2所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述支撑架体(201)下部的侧壁上设有下定滑轮(205),支撑架体(201)的顶部设有固定平台(206),固定平台(206)上设有上定滑轮(207),上定滑轮(207)与下定滑轮(205)相对应,重锤箱(5)上设有重锤滑轮(208),与回柱绞车(3)相连接的钢丝绳(6)依次绕过下定滑轮(205)、上定滑轮(207)、重锤滑轮(208)和下定滑轮(205)并与滚筒绞车(1)相连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述滚筒绞车(1)包括张紧支座(101),张紧支座(101)上设有张紧电机(102),张紧电机(102)的输出端通过联轴器(103)与减速机(104)相连接,减速机(104)的输出端连接有卷筒(105),卷筒(105)通过支架(106)与张紧支座(101)相连接。
5.根据权利要求4所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述张紧电机(102)与减速机(104)之间设有密封护罩(107),密封护罩(107)内设有联轴器(103)和制动器(108),制动器(108)设置在减速机(104)的输入轴上。
6.根据权利要求5所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述张力检测装置为拉力传感器(8),检测机构为旋转编码器,旋转编码器与张紧电机(102)相连接。
7.根据权利要求5或6所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述控制柜(4)内设有变频器和PLC,控制柜(4)的外壁上设有触摸屏,拉力传感器(8)、上限位开关(203)和下限位开关(204)分别与PLC的输入端相连接,触摸屏和变频器分别与PLC的输出端相连接,张紧电机(102)、旋转编码器和制动器(108)均与变频器相连接。
8.根据权利要求7所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台,其特征在于:所述变频器上连接有制动电阻箱,张紧电机(102)通过主接触器与变频器相连接,张紧电机(102)通过旁路接触器与上级配电装置相连接。
9.一种如权利要求1所述的连续皮带机变频自动张紧装置实验模拟平台的模拟方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:零速悬停实验:模拟TBM没有掘进或皮带实际张力在设定范围内的情况;滚筒绞车(1)和回柱绞车(3)保持静止,不发生动作,重锤箱体(5)处于静止状态,检测张紧电机(102)和制动器(108)发热情况以及重锤箱体(5)是否有溜车情况;
S2:重锤箱提升和下降实验:模拟连续皮带机的紧带和松带的情况;回柱绞车(3)正转,钢丝绳(6)拉力增加,重锤箱(5)沿塔架(2)向上运动,重锤箱(5)被提升,模拟连续皮带机紧带状态;然后滚筒绞车(1)反转,重锤箱(5)沿塔架(2)向下运动,重锤箱(5)下降,拉力减小,模拟连续皮带机松带状态,在重锤箱(5)提升和下降过程中,检测重锤箱(5)是否出现溜车现象,若重锤箱(5)出现溜车现象,调整制动器(108)的预紧力,整定变频器的参数;
S3:稳定性和耐久性实验:按照实际连续皮带机的最大载荷来标定重锤箱(5)的重量,然后在该载荷下进行多次重锤箱(5)的提升和下降循环,来模拟TBM掘进过程连续皮带机的多次松带动作,检测拉力传感器(8)的重复精度和制动器(108)的可靠性;
S4:根据工况需要,在湿热环境下重复步骤S1~S4,检测拉力传感器(8)和控制柜(4)内元器件的可靠性。
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