CN113955426A - 一种带式输送机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带式输送机控制系统及方法，包括控制系统，机头驱动部，中间驱动部，测力装置；所述控制系统分别驱动连接机头驱动部；所述机头驱动部驱动连接中间驱动部；所述测力装置设置于中间驱动部，测量中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力，并同时与控制系统连接，将反作用力反馈给控制系统通过计算得出张力值；所述控制系统驱动连接中间驱动部，通过张力值驱动中部驱动部进行加速或减速来调节中间驱动部的张力值。本方案通过在中间驱动部增设测力装置，通过控制系统与测力装置的配合能够确保中间驱动部张力不会过大，避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失，大大降低了部件成本。

Description

一种带式输送机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机械制造，具体涉及一种带式输送机控制系统及方法。

背景技术

带式输送机作为主要的散料运输装置，在矿山、隧道、电厂、码头等地广泛应用。用户不可避免的会拥护一些带式输送机部件，在后续开展新项目的时候，想利旧但部件可能不够而重新采购一套，随着时间的流逝，这些部件会逐渐老化、腐蚀，甚至报废。

因此，如何降低带式输送机部件的成本为本领域需解决的问题。

发明内容

针对于现有带式输送机部件存在高成本的技术问题，本方案的目的在于提供一种带式输送机控制系统，其通过本控制系统能够确保中间驱动部张力不会过大，避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失，可提高部件的寿命，大大降低了部件成本；在此基础上，还给出了带式输送机控制系统的控制方法，很好地克服了现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的带式输送机控制系统，包括控制系统，机头驱动部，中间驱动部，测力装置；所述控制系统分别驱动连接机头驱动部；所述机头驱动部驱动连接中间驱动部；所述测力装置设置于中间驱动部，测量中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力，并同时与控制系统连接，将反作用力反馈给控制系统通过计算得出张力值；所述控制系统驱动连接中间驱动部，通过张力值驱动中部驱动部进行加速或减速来调节中间驱动部的张力值。

进一步地，所述控制系统包括头部控制主站，中部控制分站；所述头部控制主站与中部控制分站通过物理连接并进行数据交互；所述头部控制主站与机头驱动部进行驱动连接；所述中部控制分站与中间驱动部进行驱动连接。

进一步地，所述机头驱动部包括驱动滚筒和两组机头驱动结构；所述两组机头驱动结构分别为第一驱动结构和第二驱动结构，并对称设置于机头的两侧；所述头部驱动滚筒设置于机头与机头的传动滚筒通过胶带驱动连接。

进一步地，所述第一驱动结构包括第一头部电机，第一头部减速器，第一高速联轴器，第一低速联轴器和第一头部变频器；

所述第一头部电机的输出轴与第一头部减速器通过第一高速联轴器驱动连接；所述第一头部减速器输出轴通过第一低速联轴器与第一头部机头上的头部驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转；

所述第一头部变频器设置于第一头部电机一侧并接入至头部控制主站中；并同时与第一头部电机进行连接。

进一步地，所述第二驱动结构包括第二头部电机，第二头部减速器，第二高速联轴器，第二低速联轴器，第二头部驱动滚筒和第二头部变频器；

所述第二头部电机的输出轴与第二头部减速器通过第二高速联轴器驱动连接；所述第二头部减速器输出轴通过第二低速联轴器与第二头部机头上的头部驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转；

所述第二头部变频器设置于第二头部电机一侧并接入至头部控制主站中；并同时与第二头部电机进行连接。

进一步地，所述中间驱动部包括中部电机，中部减速器，中部高速联轴器，中部低速联轴器，中部驱动滚筒和中部变频器；

所述中部驱动滚筒设置于机身中部与中部机身上的传动滚筒通过胶带驱动连接，同时中部驱动滚筒通过胶带头部传动滚筒连接，构成机头与中部机身的传送结构；

所述中部电机的输出轴与中部减速器通过中部高速联轴器驱动连接；所述中部减速器输出轴通过中部低速联轴器与中部机头上的驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转，以此构成中部驱动滚筒的驱动结构；

所述中部变频器设置于中部电机一侧并接入至中部控制分站中，并同时与中部电机进行连接。

进一步地，所述输送机控制系统还包括机尾；所述机尾设有尾部驱动滚筒并通过胶带分别与机身中部的传动滚筒和头部驱动滚筒连接，构成机头，机身中部和机尾的输送带传送结构。

进一步地，所述测力装置设置在中间驱动部的驱动滚筒和传动滚筒之间；所述测力装置包括第一压带滚筒，托带滚筒，第二压带滚筒和悬臂梁测力传感器；

所述托带滚筒设置于胶带的一侧，所述悬臂梁测力传感器设置在托带滚筒上；所述第一压带滚筒和第二压带滚筒对称位于托带滚筒的两侧并设置于胶带的另一侧；所述托带滚筒与第一压带滚筒或第二压带滚筒之间形成一个夹角β。

进一步地，所述测力装置对中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力值的计算满足以下三个公式：

公式(1)：N＝2Tsinβ+G

公式(2)：

公式(3)：

其中：G为测力滚筒自重；t为胶带厚度；L为第一压带滚筒和第二压带滚筒水平中心距；D1为托带滚筒直径；D2为压带滚筒直径；H为压带滚筒与托带滚筒垂直中心距；N为测量滚筒对胶带的反作用力；T为张力。

为了达到上述目的，本发明提供的带式输送机控制系统的控制方法，包括：

头部两台驱动部通过给定的速度曲线进行加速，待胶带张力波传递到中间驱动部时，控制系统控制中间驱动部开始启动；

将输送机的中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力测量出来并传输给控制器，通过控制器的计算模块将张力值计算出来；

控制器将张力值计算出来后与上次停机后的张力值进行对比；

控制器根据对比后的张力值驱动头部驱动部进行对应的加减速，以调整中间驱动部在运行时的胶带张力值。

进一步地，通过测力装置对中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力进行测量。

进一步地，当该张力值大于上次停机后张力值时，控制器驱动中部驱动部进行加速，中间驱动部在加速过程中张力值不断减小；

当张力值小于设定的最小值，控制器驱动中部驱动部进行减速，在减速过程中张力值不断增大；如此反复调节直到完成启动过程。

本方案提供带式输送机控制系统，其通过在中间驱动部增设测力装置，通过控制系统与测力装置的配合能够确保中间驱动部张力不会过大，避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失，可提高部件的寿命，量大程度的帮助用户利旧，大大降低了部件成本。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本带式输送机控制系统的整体结构示意图；

图2为本带式输送机控制系统中测力装置的结构示意图。

下面为附图中的部件标注说明：

1.机头驱动部 2.中间驱动部 3.机尾 4a.第一头部电机 5a.第一头部减速器6a.第一高速联轴器 7a.第一低速联轴器 4b.第二头部电机 5b.第二头部减速器 6b.第二高速联轴器 7b.第二低速联轴器 6c.中部高速联轴器 7c.中部低速联轴器 8.头部驱动滚筒 9.中部电机 10.中部减速器 11.中部驱动滚筒 12a.第一头部变频器 12b.第二头部变频器 13.中部变频器 14.头部控制主站 15.中部控制分站 16.通信光缆 17.DP通信电缆18.测力装置 19.尾部驱动滚筒 20.第一压带滚筒 21.托带滚筒 22.第二压带滚筒 23.悬臂梁测力传感器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

针对于现有带式输送机部件存在高成本的技术问题，本方案的目的在于提供一种带式输送机控制系统，其通过本控制系统能够确保中间驱动部张力不会过大，避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失，可提高部件的寿命，大大降低了部件成本。

参见图1，本方案提供的带式输送机控制系统包括控制系统，包括机头驱动部1，中间驱动部2，机尾3，测力装置18；通过机中的测力装置18算出的张力值作为主控变量，实现头部驱动部1平衡，中部驱动部2基于胶带张力进行调节控制，确保中间驱动部2张力在合理区间而避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失。

其中，控制系统分别用于驱动机头驱动部1，中间驱动部2进行启停并且对机头驱动部1和中间驱动部2进行控制。

控制系统包括头部控制主站14，中部控制分站15；其中头部控制主站14与中部控制分站15通过通信光缆16连接并进行数据交互。

进一步地，头部控制主站14通过DP通信电缆17与机头驱动部1进行驱动连接，用于控制机头驱动部1。

同样，中部控制分站15通过DP通信电缆17与中间驱动部2进行驱动连接，用于控制中间驱动部2。

进一步地，机头驱动部1包括驱动滚筒8和两组机头驱动结构，两组机头驱动结构分别为第一驱动结构和第二驱动结构，并对称设置于机头的两侧。

其中，头部驱动滚筒8设置于机头与机头的传动滚筒通过胶带连接，用于驱动传动滚筒牵引胶带进行运行。

第一驱动结构包括第一头部电机4a，第一头部减速器5a，第一高速联轴器6a，第一低速联轴器7a和第一头部变频器12a。

第一头部电机4a的输出轴与第一头部减速器5a通过第一高速联轴器6a连接，带动第一头部减速器5a；第一头部减速器5a输出轴通过第一低速联轴器7a与第一头部机头上的头部驱动滚筒8连接，用于驱动头部驱动滚筒8进行转动，进而带动胶带运转，以此构成头部驱动滚筒8的第一驱动结构。

第一头部变频器12a设置于第一头部电机一侧并通过DP通信电缆17接入至头部控制主站14中；并同时与第一头部电机4a进行连接；第一头部变频器12a通过改变第一头部电机4a的工作电源频率方式来控制第一头部电机4a的工作电力。

同时，在机头的对称位置设置第二驱动结构，其包括第二头部电机4b，第二头部减速器5b，第二高速联轴器6b，第二低速联轴器7b，第二头部变频器12b。

第二驱动结构内部的部件连接结构与第一驱动结构相同，即为第二头部电机4b的输出轴与第二头部减速器5b通过第二高速联轴器6b连接，带动第二头部减速器5b；第二头部减速器5b输出轴通过第二低速联轴器7b与第二头部机头4b上的头部驱动滚筒8连接，用于驱动头部驱动滚筒8进行转动，进而带动胶带运转，以此构成头部驱动滚筒8的第二驱动结构。

第二头部变频器12b设置于第二头部电机一侧并通过DP通信电缆17接入至头部控制主站14中；并同时与第二头部电机4b进行连接；第二头部变频器12b通过改变第二头部电机4b的工作电源频率方式来控制第二头部电机4b的工作电力。

中间驱动部包括中部驱动结构；中部驱动结构包括中部电机9，中部减速器10，中部高速联轴器6c，中部低速联轴器7c，中部驱动滚筒11和中部变频器13。

其中，中部驱动滚筒11设置于机身中部与中部机身上的传动滚筒通过胶带连接，用于驱动传动滚筒牵引胶带进行运行；同时中部驱动滚筒11通过胶带头部传动滚筒8连接，构成机头与中部机身的传送结构。

中部电机9的输出轴与中部减速器10通过中部高速联轴器6c连接，带动中部减速器10；中部减速器10输出轴通过中部低速联轴器7c与中部机头上的驱动滚筒11连接，用于驱动中部驱动滚筒11进行转动，进而带动胶带运转，以此构成中部驱动滚筒11的驱动结构。

中部变频器13设置于中部电机一侧并通过DP通信电缆17接入至中部控制分站15中；并同时与中部电机9进行连接；中部变频器13通过改变中部电机的工作电源频率方式来控制中部电机9的工作电力。

机尾3上设有尾部驱动滚筒19并通过胶带分别与机身中部的传动滚筒11和头部驱动滚筒8连接，构成机头，机身中部和机尾的输送带传送结构。

这里需要说明的是，机头驱动部1采用旧有设备，中部驱动部2采用新购设备，旧有设备与新购设备之间技术参数有巨大差异。

作为举例，头部驱动电机4a电压等级为690V，功率为400KW；而中部驱动电机9电压等级为380V，功率为315KW。

头部减速器速比31.5；而中部减速器速比为20；头部驱动滚筒8直径为1280mm；而中部驱动滚筒11直径为830mm。

测力装置18设置在中间驱动部2的驱动滚筒11和传动滚筒之间，用于测量中间驱动部2胶带的张力值。

参见图2，测力装置18包括第一压带滚筒20，托带滚筒21，第二压带滚筒22和悬臂梁测力传感器23；托带滚筒21为测量滚筒，第一压带滚筒20和第二压带滚筒22为辅助测量滚筒。

其中，托带滚筒21设置于胶带的一侧，悬臂梁测力传感器23设置在托带滚筒21的支座上；第一压带滚筒20和第二压带滚筒22对称位于托带滚筒21的两侧并设置于胶带的另一侧；托带滚筒21与第一压带滚筒20或第二压带滚筒22之间形成一个夹角β。

进一步地，假设胶带在A点处的张力为T，测量滚筒对胶带的反作用力为N，测量滚筒自重为G，胶带厚度为t，并忽略测量滚筒的旋转阻力，则满足于以下公式：

公式(1)：N＝2Tsinβ+G

公式(2)：

公式(3)：

其中：G为测力滚筒自重；t为胶带厚度；L为2个压带滚筒水平中心距；D1为托带滚筒21直径；D2为压带滚筒直径；H为压带滚筒与托带滚筒21垂直中心距；N为测量滚筒对胶带的反作用力；T为张力。

进一步得知，G，t，L，D1，D2，H均为常数，N是唯一的变量。

N通过悬臂梁测力传感器23进行检测并输出侧重电压信号进入放大器模块，放大器模块输出4-20mA标准信号进入中部控制分站15，控制器通过压力N即可得到张力T。

这里需要说明的是，张力值T是通过动态分析软件计算和现场实际调试得出。

通过上述测力装置18得出的张力值作为主控变量，实现头部2台驱动结构的功率平衡，中间驱动部2基于胶带张力调节控制，避免胶带打滑，以确保中间驱动部2张力在合理区间。

由此，本方案进一步给出一种头部功率平衡，中部基于胶带张力的协同控制方法，具体如下：

中间驱动部2的存在使得控制变得复杂，需要满足连续输送机各种工况，包括空载，满载，半载；特别是半载的情况；此时输送带上料可能集中在头中驱动之间，也可能集中在中尾之间。

头部两台电机属于刚性连接，两台电机速度一直；其中，第一头部变频器12a为主机，第二头部变频器12b为从机。

主机采用速度控制，从机采用转矩跟随，可现实头部两电机之间功率平衡；因此，头部变频器只需按照头部控制主站14输出的设定的速度曲线进行加速即可。

中部监测张力值；当该值大于上次停机后张力值时，中部变频器13安装中部控制分站15输出加速度曲线进行加速，中部驱动在加速过程中张力值不断减小；当张力值小于设定的最小值，中部变频器13按照中部控制分站输出减速度曲线进行减速，在减速过程中张力值不断增大；如此反复调节直到完成启动过程。

以下举例说明一下本方案在使用时的工作过程；这里需要说明下述内容只是本方案的一种具体应用示例，并不对本方案构成限定。

头部2台变频器控制电机开始启动，并根据给定的速度曲线进行加速，待胶带张力波传递到中间驱动位置时，中间驱动的中部变频器13控制电机开始启动。

中部电机9开始按照设定的0.05m/s2的加速度加速启动，中间驱动部2张力值T一直增加，4s后中间驱动部2速度达到头部驱动速度0.21m/s，中间驱动部2张力值T达到最大值1290Kg，此时张力值T大于设定值920Kg，中间驱动部2继续加速的同时，张力值T开始下降。

6s后中间驱动部2张力值T下降至920kg以下，此时中间驱动部电机9不再加速，速度约0.5m/s，此时中间驱动速度大于头部速度，中间驱动部2张力值T继续下降，当张力值下降至设定值430kg时，中间驱动部电机9开始按照-0.5m/s2的减速度开始减速，直到中间驱动部2减速到和端部速度一样，此时中间驱动部2张力达到最小值367kg，该张力值小于430kg，中间驱动部电机9继续减速，但此时中间驱动部2张力值T开始增加，当张力增加至430kg时，中间驱动电机9不再减速，此时中间驱动部2速度小于头部驱动部1速度，中间驱动张力继续增加，直到张力再次超过920kg时，中间驱动电机9再次开始加速。

在头部驱动按照S曲线加速至3.15m/s的过程中如此反复调节，确保中间驱动部2张力在920kg—430kg附近变化，使中间驱动部2张力不会过大，输送机胶带和各机械部件受力不会过大。

由上述方案构成的带式输送机控制系统及方法，通过本控制系统能够确保中间驱动部张力不会过大，避免了输送机胶带和各机械部件受力过大造成损失，可最大程度利用原有设备，大大减少用户设备投资，减少浪费，节约能源

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种带式输送机控制系统，其特征在于，包括控制系统，机头驱动部，中间驱动部，测力装置；所述控制系统分别驱动连接机头驱动部；所述机头驱动部驱动连接中间驱动部；所述测力装置设置于中间驱动部，测量中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力，并同时与控制系统连接，将反作用力反馈给控制系统通过计算得出张力值；所述控制系统驱动连接中间驱动部，通过张力值驱动中部驱动部进行加速或减速来调节中间驱动部的张力值。

2.根据权利要求1所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括头部控制主站，中部控制分站；所述头部控制主站与中部控制分站通过物理连接并进行数据交互；所述头部控制主站与机头驱动部进行驱动连接；所述中部控制分站与中间驱动部进行驱动连接。

3.根据权利要求1所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述机头驱动部包括驱动滚筒和两组机头驱动结构；所述两组机头驱动结构分别为第一驱动结构和第二驱动结构，并对称设置于机头的两侧；所述头部驱动滚筒设置于机头与机头的传动滚筒通过胶带驱动连接。

4.根据权利要求2或3中所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述第一驱动结构包括第一头部电机，第一头部减速器，第一高速联轴器，第一低速联轴器和第一头部变频器；

所述第一头部电机的输出轴与第一头部减速器通过第一高速联轴器驱动连接；所述第一头部减速器输出轴通过第一低速联轴器与第一头部机头上的头部驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转；

所述第一头部变频器设置于第一头部电机一侧并接入至头部控制主站中；并同时与第一头部电机进行连接。

5.根据权利要求2或3中所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述第二驱动结构包括第二头部电机，第二头部减速器，第二高速联轴器，第二低速联轴器，第二头部驱动滚筒和第二头部变频器；

所述第二头部电机的输出轴与第二头部减速器通过第二高速联轴器驱动连接；所述第二头部减速器输出轴通过第二低速联轴器与第二头部机头上的头部驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转；

所述第二头部变频器设置于第二头部电机一侧并接入至头部控制主站中；并同时与第二头部电机进行连接。

6.根据权利要求1或2中所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述中间驱动部包括中部电机，中部减速器，中部高速联轴器，中部低速联轴器，中部驱动滚筒和中部变频器；

所述中部驱动滚筒设置于机身中部与中部机身上的传动滚筒通过胶带驱动连接，同时中部驱动滚筒通过胶带头部传动滚筒连接，构成机头与中部机身的传送结构；

所述中部电机的输出轴与中部减速器通过中部高速联轴器驱动连接；所述中部减速器输出轴通过中部低速联轴器与中部机头上的驱动滚筒驱动连接，进而带动胶带运转，以此构成中部驱动滚筒的驱动结构；

所述中部变频器设置于中部电机一侧并接入至中部控制分站中，并同时与中部电机进行连接。

7.根据权利要求1所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述输送机控制系统还包括机尾；所述机尾设有尾部驱动滚筒并通过胶带分别与机身中部的传动滚筒和头部驱动滚筒连接，构成机头，机身中部和机尾的输送带传送结构。

8.根据权利要求1或3中所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述测力装置设置在中间驱动部的驱动滚筒和传动滚筒之间；所述测力装置包括第一压带滚筒，托带滚筒，第二压带滚筒和悬臂梁测力传感器；

所述托带滚筒设置于胶带的一侧，所述悬臂梁测力传感器设置在托带滚筒上；所述第一压带滚筒和第二压带滚筒对称位于托带滚筒的两侧并设置于胶带的另一侧；所述托带滚筒与第一压带滚筒或第二压带滚筒之间形成一个夹角β。

9.根据权利要求8所述的一种带式输送机控制系统，其特征在于，所述测力装置对中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力值的计算满足以下三个公式：

公式(1)：N＝2Tsinβ+G

公式(2)：

公式(3)：

其中：G为测力滚筒自重；t为胶带厚度；L为第一压带滚筒和第二压带滚筒水平中心距；D1为托带滚筒直径；D2为压带滚筒直径；H为压带滚筒与托带滚筒垂直中心距；N为测量滚筒对胶带的反作用力；T为张力。

10.一种带式输送机控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

头部两台驱动部通过给定的速度曲线进行加速，待胶带张力波传递到中间驱动部时，控制系统控制中间驱动部开始启动；

将输送机的中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力测量出来并传输给控制器，通过控制器的计算模块将张力值计算出来；

控制器将张力值计算出来后与上次停机后的张力值进行对比；

控制器根据对比后的张力值驱动头部驱动部进行对应的加减速，以调整中间驱动部在运行时的胶带张力值。

11.根据权利要求10所述的一种带式输送机控制系统的控制方法，其特征在于，通过测力装置对中间驱动部在运行时滚筒对胶带的反作用力进行测量。

12.根据权利要求10所述的一种带式输送机控制系统的控制方法，其特征在于，当该张力值大于上次停机后张力值时，控制器驱动中部驱动部进行加速，中间驱动部在加速过程中张力值不断减小；

当张力值小于设定的最小值，控制器驱动中部驱动部进行减速，在减速过程中张力值不断增大；如此反复调节直到完成启动过程。

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