CN209720751U - 一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，解决了现有皮带机张紧技术存在的溜车、拉断皮带、张紧不稳定等问题。本实用新型包括张紧绞车上设置的绞车主电机，与绞车主电机传动配合设置有钢丝绳卷筒，钢丝绳卷筒上缠绕有与张紧架相配合的张紧钢丝绳，张紧钢丝绳上设置有拉力传感器，绞车主电机和拉力传感器均与控制单元相连接，绞车主电机的驱动轴上设置有抱闸，抱闸上设置有驱动开合的抱闸电机，抱闸电机通过抱闸继电器与所述控制单元相连，控制单元连接有变频器，与变频器相配合设置有电阻箱，绞车主电机通过变频器控制单元相连，绞车主电机与控制单元之间还连接有旋转编码器。本实用新型控制简单、成本低廉、运行稳定可靠。

Description

一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统

技术领域

本实用新型涉涉及连续皮带机自动张紧技术领域，特别是指一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统。

背景技术

随着中国盾构事业的蓬勃发展，硬岩掘进机（简称TBM）的应用也越来越多，连续皮带机作为TBM的出渣装置，是不可或缺的组成部分。在TBM掘进过程中，连续皮带机可以随TBM主机的推进而不断延伸，实现连续出渣的目的。自动张紧装置一般有两种类型：重锤自动张紧和变频自动张紧。变频自动张紧系统比较复杂，一般包括张紧绞车、制动抱闸、钢丝绳滚筒、变频器、控制器、人机界面等。

一般变频自动张紧分两种类型：电机持续性工作的自动张紧系统和电机间歇性工作的自动张紧系统。电机持续性工作的自动张紧系统，是通过电机持续运行给皮带机一个持续性动态的力来平衡皮带机的张力，从而达到一种动态平衡状态。该模式动态响应速度好，是一个闭环控制模式，需要对电机增加编码器，来实现控制闭环。例如：引黄、引松连续皮带机自动张紧系统都是这种模式。电机间歇性工作的自动张紧系统，就是电机只在实际值与设定值有偏差时才会工作，无偏差时抱闸抱紧电机，电机和绞车处于静止状态。两者相比较而言，电机间歇性工作的自动张紧系统更加易于控制，可靠性更高，更加节能环保。

经检索，现有申请日2016.06.13、申请号为CN205675691U的实用新型专利，公开了一种永磁电机变频张紧装置，包括张紧绞车；张紧绞车上设有缠绕轮以及驱动缠绕轮旋转的驱动机构，缠绕轮上缠绕有绳索；绳索上设有用于感应绳索张力的张力传感器；缠绕轮通过减速机与永磁电机连接；变频器分别与永磁电机、制动器和张力传感器电连接，变频器用于控制永磁电机的转动方向及启停，并通过控制制动器对永磁电机与减速机之间的传动机构实行抱闸；还用于接收张力传感器感应的绳索张紧力，并根据张力传感器感应的绳索张紧力，控制永磁电机运行，对绳索的张紧力进行调节。上述技术方案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。

另外有申请日为2015.07.07、申请号为CN204945745U的实用新型专利，公开了一种矿用变频张紧绞车控制系统，该技术方案的电源通过防爆滤波电抗器和防爆变频器连接绞车变频电机，绞车变频电机通过液压制动器连接绞车传动装置，绞车传动装置通过张紧滚筒连接张紧小车，防爆变频器由防爆PLC控制箱连接控制，防爆PLC控制箱双向连接有集控中心，防爆PLC控制箱连接控制有液压制动器、转速传感器、张力传感器和压力变送器。该技术方案给出了一种防爆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的技术方案都解决了皮带张紧的问题，但是随着技术的发展，以上两个技术方案均显露出了不足之处，在机械配合、电气控制等方面均缺乏可靠性，而且两者都存在使用成本高、稳定性差的技术问题。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，解决了现有连续皮带机自动张紧系统使用成本高、稳定性差的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，包括张紧绞车，张紧绞车上设置有绞车主电机，与绞车主电机传动配合设置有钢丝绳卷筒，钢丝绳卷筒上缠绕有与连续皮带机的张紧架相配合的张紧钢丝绳，张紧钢丝绳上设置有拉力传感器，绞车主电机和拉力传感器均与控制单元相连接，所述绞车主电机的驱动轴上设置有抱闸，抱闸上设置有驱动开合的抱闸电机，抱闸电机通过抱闸继电器与所述控制单元相连，绞车主电机的驱动轴与钢丝绳卷筒之间设置有减速机，控制单元包括PLC从站，拉力传感器、抱闸继电器均与PLC从站相连，PLC从站连接有变频器，绞车主电机与变频器之间设置有电阻箱，绞车主电机通过变频器与PLC从站相连，绞车主电机上设置有旋转编码器，旋转编码器与PLC从站相连。

所述拉力传感器至少设置有两个，两个拉力传感器均为温度补偿拉力传感器。在紧带（松带）过程中一直存在很大张力，防止出现启停过程的溜车现象是十分重要的。在连续皮带机的运行过程中，绞车主电机会长时间处于低转速大扭矩状态，因此变频器优选为施耐德ATV71系列的重载变频器，这款变频器可以实现闭环模式下零速满转矩，这个特性能大大减少溜车现象。此外，连续皮带的紧带（松带）过程类似于起重机的提升（下降）过程，结合变频器提升模式对抱闸的控制，可以做到完全不溜车。另外，松带时在皮带张力的牵引下绞车主电机将会处于发电状态，特别是在最后掘进期间皮带较长，此现象会更明显。因此，在此设计中配置了与变频器相匹配的电阻箱，从而实现把母线上的过高的能量消耗掉，另外还起到了一定的制动作用。

进一步地，所述拉力传感器至少设置有两个，两个拉力传感器均为温度补偿拉力传感器。由于拉力传感器长期处于交变应力的作用下，加大了故障的发生概率。因此使用两个传感器来冗余，以减小设备停机的概率。由于隧道施工地气候各不相同，冬季天气寒冷，较低的温度对拉力传感器会产生较大影响，造成控制精度下降，采用了具有温度补偿的拉力传感器，可以保证拉力传感器在温度变化较大时信号输出的准确性。即使拉力传感器失效后，还可通过变频器零速满转矩的特性来定时判断当前的张力值，可与张力设定值进行粗略比较，进行松带（紧带）动作，然后报警给上位机，等待维修。

进一步地，张紧架包括皮带转向架，皮带转向架上设置有第一组皮带转向筒，与皮带转向架相对设置有皮带张紧车，皮带张紧车上设置有与第一组皮带转向筒相对应的第二组皮带转向筒，连续皮带机的皮带缠绕在第一组皮带转向筒和第二组皮带转向筒之间，所述张紧钢丝绳的一端固定在皮带张紧车上。

进一步地，所述皮带张紧车包括张紧车固定支座，张紧车固定支座上滑动设置有张紧车行走支架，所述第二组皮带转向筒设置在张紧车行走支架上。

进一步地，所述张紧车行走支架下方设置有滚轮，所述张紧车固定支座上方设置有与滚轮相配合的导轨，有效增强了连续皮带的张紧和放松的便捷性。

进一步地，所述张紧绞车包括固定绞车主电机的绞车支架及与张紧车行走架相对应的定滑轮支架，定滑轮支架上设置有第一定滑轮组，张紧车行走支架上设置有与第一定滑轮组相对应的第二定滑轮组，张紧钢丝绳往复缠绕在第一定滑轮组与第二定滑轮组之间，张紧钢丝绳多股平行连接在第一定滑轮组和第二定滑轮组之间，充分保证了牵引的可靠性。

进一步地，所述定滑轮支架与绞车支架之间设置有钢丝绳换向架，钢丝绳换向架上设置有换向定滑轮，张紧钢丝绳从钢丝绳卷筒依次经过换向定滑轮、第一定滑轮组连接至第二定滑轮组，可以便捷地调节张紧钢丝绳的布置位置。

本实用新型不仅控制简单而成本低廉，而且运行稳定可靠，有效的解决了现有皮带机张紧技术中存在的溜车、拉断皮带、张紧不稳定等问题。另外，本实用新型在张紧控制过程、停车控制过程和松带控制过程中均能够实现稳定的调节，但是当皮带张力很大时，松带瞬间会有一个短时的溜车现象。变频器在开环模式下，低频段（3HZ以下）不能保证输出满转矩来保证不溜车。因此，在实用新型中通过增加旋转编码器来保证变频器工作在闭环模式下，实现零速满转矩来保证不溜车。此外，连续皮带的紧带（松带）过程类似于起重机的提升（下降）过程，结合变频器提升模式对抱闸的控制，可以做到完全不溜车。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的控制原理图；

图2为本实用新型紧带和松带的控制流程图；

图3为本实用新型的左视结构示意图；

图4为本实用新型的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，如图3和图4所示，包括张紧绞车1，张紧绞车1上设置有绞车主电机2，与绞车主电机2传动配合设置有钢丝绳卷筒3，绞车主电机2的驱动轴与钢丝绳卷筒3之间设置有减速机11。如图1所示，钢丝绳卷筒3上缠绕有与连续皮带机的张紧架4相配合的张紧钢丝绳5，张紧钢丝绳5上设置有拉力传感器6，拉力传感器6可实时监测张紧钢丝绳5的张力值，可间接得知张紧架4的张紧状态。绞车主电机2和拉力传感器6均与控制单元相连接8，控制单元8能够根据拉力传感器6监测到的张力值，实时控制绞车主电机2的运行状态，进而实现张紧过程控制、松带过程控制和停车过程控制。

所述绞车主电机2的驱动轴上设置有抱闸7，抱闸7上设置有驱动开合的抱闸电机7-1，抱闸电机7-1通过抱闸继电器7-2与所述控制单元8相连。所述控制单元8包括PLC从站8-1，拉力传感器6和抱闸继电器7-2均与PLC从站8-1相连，PLC从站8-1连接有变频器8-2，绞车主电机2与变频器8-2之间设置有电阻箱8-3。松带操作时，在皮带张力的牵引下绞车主电机2将会处于发电状态，特别是在最后掘进期间皮带较长，此现象会更明显。因此，在本实施例中配置了与变频器8-2相匹配的电阻箱8-3，从而实现把母线上的过高的能量消耗掉，另外还起到了一定的制动作用。

所述绞车主电机2通过变频器8-2与PLC从站2-1相连，PLC从站通过变频器8-2控制绞车主电机2的运行状态。绞车主电机2上设置有旋转编码器8-4，旋转编码器8-4与PLC从站8-1相连，旋转编码器8-4可实时监测绞车主电机2的转速，然后将转速信号传输至PLC从站8-1，PLC从站8-1根据转速信号控制变频器8-2给绞车主电机2输送扭矩电流，形成一个完整的闭环控制系统。同时，PLC从站8-1根据变频器8-2输出的扭矩电流，实时控制抱闸继电器7-2的动作，进而能够同步控制抱闸电机7-1的运行状态，即能够根据绞车主电机2的运行状态同步控制抱闸7的开启和闭合。

在紧带（松带）过程中一直存在很大张力，防止出现启停过程的溜车现象是十分重要的。在连续皮带机的运行过程中，绞车主电机2会长时间处于低转速大扭矩状态，因此变频器8-2优选为施耐德ATV71系列的重载变频器，这款变频器可以实现闭环模式下零速满转矩，这个特性能大大减少溜车现象。此外，连续皮带的紧带（松带）过程类似于起重机的提升（下降）过程，结合变频器8-2提升模式对抱闸7的控制，可以做到完全不溜车。

实施例2，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述拉力传感器6至少设置有两个，两个拉力传感器6均为温度补偿拉力传感器。由于拉力传感器6长期处于交变应力的作用下，加大了故障的发生概率。因此使用两个传感器来冗余，以减小设备停机的概率。由于隧道施工地气候各不相同，冬季天气寒冷，较低的温度对拉力传感器6会产生较大影响，造成控制精度下降，采用了具有温度补偿的拉力传感器，可以保证拉力传感器6在温度变化较大时信号输出的准确性。即使拉力传感器6失效后，还可通过的变频器8-2零速满转矩的特性来定时判断当前的张力值，可与张力设定值进行粗略比较，进行松带（紧带）动作，然后报警给上位机，等待维修。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

实施例3，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述张紧架4包括皮带转向架4-1，皮带转向架上4-1设置有第一组皮带转向筒4-2，与皮带转向架相对设置有皮带张紧车9，皮带张紧车9上设置有与第一组皮带转向筒4-2相对应的第二组皮带转向筒9-2。连续皮带机的皮带10缠绕在第一组皮带转向筒4-2和第二组皮带转向筒9-2之间，所述张紧钢丝绳5的一端固定在皮带张紧车9上。张紧钢丝绳5可在绞车主电机2的带动下张紧和放松，进而张紧钢丝绳5可带动皮带张紧车9相对皮带转向架4-1移动，进而实现对皮带10的张紧和放松。

本实施例的其他结构与实施例1或2相同。

实施例4，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述皮带张紧车9包括张紧车固定支座9-1，张紧车固定支座9-1上滑动设置有张紧车行走支架9-3，所述第二组皮带转向筒9-2设置在张紧车行走支架9-3上。在张紧钢丝绳5的带动下，张紧车行走支架9-3可在张紧车固定支座9-1上相对移动，能够保证张紧和放松过程的稳定性。

本实施例的其他结构与实施例3相同。

实施例5，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述张紧车行走支架9-3下方设置有滚轮9-4，所述张紧车固定支座9-1上方设置有与滚轮9-4相配合的导轨9-5，有效增强了皮带10的张紧和放松的便捷性。

本实施例的其他结构与实施例4相同。

实施例6，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述张紧绞车1包括固定绞车主电机2的绞车支架1-1及与张紧车行走架9-3相对应的定滑轮支架1-2，定滑轮支架1-2上设置有第一定滑轮组1-3，张紧车行走支架9-3上设置有与第一定滑轮组1-3相对应的第二定滑轮组1-4。所述张紧钢丝绳5往复缠绕在第一定滑轮组1-3与第二定滑轮组1-4之间，张紧钢丝绳5多股平行连接在第一定滑轮组1-3和第二定滑轮组1-4之间，充分保证了牵引的可靠性。

本实施例的其他结构与实施例4或5相同。

实施例7，一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，所述定滑轮支架1-2与绞车支架1-1之间设置有钢丝绳换向架1-5，钢丝绳换向架1-5上设置有换向定滑轮1-6。张紧钢丝绳5从钢丝绳卷筒3依次经过换向定滑轮1-6、第一定滑轮组1-3连接至第二定滑轮组1-4，可以便捷地调节张紧钢丝绳5的布置位置。

本实施例的其他结构与实施例6相同。

本实用新型的控制方法，如图3所示，包括张紧控制过程、停车控制过程和松带控制过程，所述PLC从站8-1连接有控制屏8-5，通过控制屏8-5向PLC从站8-1键入设定张力值、抱闸释放电流值和抱闸闭合电流值，所述张紧控制过程包括以下步骤：

步骤一：当PLC从站8-1收到拉力传感器6检测的张力小于设定张力值的下限值时，PLC从站8-1控制变频器8-2工作， PLC从站8-1通过变频器8-2给绞车主电机2输出励磁电流预励磁，绞车主电机2建立磁通后输出转矩电流，直到转矩电流达到抱闸释放电流值；

步骤二：保持步骤一中的转矩电流不变，同时PLC从站8-1发出开闸指令，控制抱闸继电器7-2闭合，抱闸电机7-1得电后控制抱闸7打开；

步骤三：待抱闸7完全打开后，PLC从站8-1控制变频器8-2输出逐渐增大的转矩电流，控制绞车主电机2开始加速正转运行，使绞车主电机2快速获得紧带方向的大转矩。

所述停车控制过程包括以下工作步骤：

步骤四：所述PLC从站8-1收到拉力传感器6检测的张力达到设定张力值时，PLC从站8-1控制变频器8-2减小转矩电流，当转矩电流下降至抱闸闭合电流值后保持不变；

步骤五：转矩电流下降到抱闸闭合电流值后，PLC从站8-1立即发出抱闸指令，控制抱闸继电器7-2断开，抱闸电机7-1失电后控制抱闸7闭合；

步骤六：所述PLC从站8-1发出延时指令，等待抱闸7完全闭合；

步骤七：当步骤六中的抱闸7完全闭合后，PLC从站控制变频器8-2输出逐渐降低的转矩电流，直至下降至零，实现可靠停车。

当拉力传感器6检测到的张力大于设定张力值的上限时，PLC从站8-1开始启动松带控制。变频器8-2在此工作流程中与张紧控制过程是同一套参数设置。但是当皮带10张力很大时，松带瞬间会有一个短时的溜车现象。变频器8-2在开环模式下，低频段（3HZ以下）不能保证输出满转矩来保证不溜车。因此，在本设计中通过增加旋转编码器8-4来保证变频器8-2工作在闭环模式下，实现零速满转矩来保证不溜车。

所述松带控制过程包括以下步骤：

步骤八：所述PLC从站8-1收到拉力传感器6检测的张力达到设定张力值上限时，PLC从站8-1控制变频器8-2减小转矩电流，当转矩电流下降至抱闸闭合电流值后保持不变；

步骤九：转矩电流下降到抱闸闭合电流值后，PLC从站8-1立即发出抱闸指令，控制抱闸继电器7-2断开，抱闸电机7-1失电后控制抱闸7闭合；

步骤十：所述PLC从站8-1发出延时指令，等待抱闸7完全闭合；

步骤十一：当步骤十中的抱闸7完全闭合后，PLC从站8-1控制变频器8-2输出逐渐降低的转矩电流，直至下降至零，实现可靠停车；

步骤十二：当步骤八中的停车过程结束后，PLC从站8-1控制变频器8-2工作， PLC从站8-1通过变频器8-2给绞车主电机2输出与步骤一中方向相反的励磁电流预励磁，绞车主电机2建立磁通后输出转矩电流，直到转矩电流达到抱闸释放电流值；

步骤十三：保持步骤九中的转矩电流不变，同时PLC从站8-1发出开闸指令，控制抱闸继电器7-2闭合，抱闸电机7-1得电后控制抱闸7打开；

步骤十四：待步骤十三中的抱闸7完全打开后，PLC从站8-1控制变频器8-2输出逐渐减小的转矩电流，控制绞车主电机2开始低速反转运行，使连续皮带机缓慢减小张力；

步骤十五：当步骤十四中的张力值达到设定张力值时，PLC从站8-1立即发出抱闸指令，控制抱闸继电器7-2断开，抱闸电机7-1失电后控制抱闸7闭合；

步骤十六：所述PLC从站8-1发出延时指令，等待抱闸7完全闭合；

步骤十七：当步骤十六中的抱闸7完全闭合后，PLC从站8-1控制变频器8-2输出逐渐降低的转矩电流，直至下降至零，实现可靠停车。

本实用新型未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，包括张紧绞车（1），张紧绞车（1）上设置有绞车主电机（2），与绞车主电机（2）传动配合设置有钢丝绳卷筒（3），钢丝绳卷筒（3）上缠绕有与连续皮带机的张紧架（4）相配合的张紧钢丝绳（5），张紧钢丝绳（5）上设置有拉力传感器（6），绞车主电机（2）和拉力传感器（6）均与控制单元相连接，其特征在于：所述绞车主电机（2）的驱动轴上设置有抱闸（7），抱闸（7）上设置有驱动开合的抱闸电机（7-1），抱闸电机（7-1）通过抱闸继电器（7-2）与所述控制单元（8）相连，绞车主电机（2）的驱动轴与钢丝绳卷筒（3）之间设置有减速机（11），控制单元（8）包括PLC从站（8-1），拉力传感器（6）、抱闸继电器（7-2）均与PLC从站（8-1）相连，PLC从站（8-1）连接有变频器（8-2），绞车主电机（2）与变频器（8-2）之间设置有电阻箱（8-3），绞车主电机（2）通过变频器（8-2）与PLC从站（8-1）相连，绞车主电机（2）上设置有旋转编码器（8-4），旋转编码器（8-4）与PLC从站（8-1）相连。

2.根据权利要求1所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述拉力传感器（6）至少设置有两个，两个拉力传感器（6）均为温度补偿拉力传感器。

3.根据权利要求1或2所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述张紧架（4）包括皮带转向架（4-1），皮带转向架（4-1）上设置有第一组皮带转向筒（4-2），与皮带转向架（4-1）相对设置有皮带张紧车（9），皮带张紧车（9）上设置有与第一组皮带转向筒（4-2）相对应的第二组皮带转向筒（9-2），连续皮带机的皮带（10）缠绕在第一组皮带转向筒（4-2）和第二组皮带转向筒（9-2）之间，所述张紧钢丝绳（5）的一端固定在皮带张紧车（9）上。

4.根据权利要求3所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述皮带张紧车（9）包括张紧车固定支座（9-1），张紧车固定支座（9-1）上滑动设置有张紧车行走支架（9-3），所述第二组皮带转向筒（9-2）设置在张紧车行走支架（9-3）上。

5.根据权利要求4所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述张紧车行走支架（9-3）下方设置有滚轮（9-4），所述张紧车固定支座（9-1）上方设置有与滚轮（9-4）相配合的导轨（9-5）。

6.根据权利要求4或5所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述张紧绞车（1）包括固定绞车主电机（2）的绞车支架（1-1）及与张紧车行走支架（9-3）相对应的定滑轮支架（1-2），定滑轮支架（1-2）上设置有第一定滑轮组（1-3），张紧车行走支架（9-3）上设置有与第一定滑轮组（1-3）相对应的第二定滑轮组（1-4），张紧钢丝绳（5）往复缠绕在第一定滑轮组（1-3）与第二定滑轮组（1-4）之间，张紧钢丝绳（5）多股平行连接在第一定滑轮组（1-3）和第二定滑轮组（1-4）之间。

7.根据权利要求6所述的可靠的连续皮带机自动张紧控制系统，其特征在于：所述定滑轮支架（1-2）与绞车支架（1-1）之间设置有钢丝绳换向架（1-5），钢丝绳换向架（1-5）上设置有换向定滑轮（1-6），张紧钢丝绳（5）从钢丝绳卷筒（3）依次经过换向定滑轮（1-6）、第一定滑轮组（1-3）连接至第二定滑轮组（1-4）。