排土机皮带自动张紧系统设计

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1传统排土机皮带张紧系统排土机是露天煤矿连续或半连续开采成套设备的-部分.它是-种大型高效物料装卸搬运装备 .物料的输送主要依靠皮带 皮带的拉紧保证输送带在传动滚椭离点具有足够张力 .以满足传动滚筒的摩擦传动要求 .在物料的输送中起着举足轻重的作用。

排土机皮带张紧传统形式为人工调节 .每次调节时都需要停机操作 ，张紧后用螺丝鹏，耗时费事。排土机在工作过程中，不同的工况下皮带起动、制动需要的张紧力不同.而传统张紧皮带张紧后 .位置固定不变 .不能调整张紧力 .所以常常出现皮带寿命缩短等问题。

针对这些结构不合理所带来的这些问题 .设计出排土机 自动张紧系统 ，可以随着不同工况 、不同张紧力 自动进行调节 。避免了皮带寿命缩短的问题 ，并用AMESim软件进行验证基 金 项 目：河 北省 科 学技 术 研 究 与发 展 计 划 项 目(10213947)，河北势技 支撑计划项 目(12227109D)。

作者简介 ：武小明(1975-)，研究方向为机械设计及 自动化。

收稿日期 ：2013-05-3117 1nn chinacaaa.com ；自动化应用传统排土机皮带张紧结构如图 1所示 .其工作原理：支架与排土机固定不动.螺纹杆连接支架与滚筒支承体，当皮带需要张紧时，把两个液压千斤顶分别放在滚筒两侧支架和滚筒支撑体之间.把螺纹杆与支架连接螺母拧下，用液压千斤顶调好位置后拧上螺母。

1-支架 ；2-液压千斤顶 ；3-滚筒支撑体 ；4-销轴 ；5-螺纹杆 ；6-滚筒 ；7-皮带图 1 传统皮带张紧图传统排土机皮带张紧存在的问题：在应对不同工况时，需要停机进行调整皮带张力 ，耗时耗力 ；同-种工况，起动、制动所需张力不同，但传统张紧方式-旦确定位置便不会改变 ，调整不了张力 ，使皮带的使用寿命缩短。

2排土机皮带自动张紧系统设计的排土机皮带 自动张紧系统机械结构如图2系 统 解 决 方 案 辫爨慧麓辫黪所示 ，其工作原理 ：支架与排土机固定 ，滚筒支承体可在导轨上移动 ，液压缸-端 固定在支架上 、另-端连接滚筒支承体 .液压缸伸缩带动皮带张紧和放松 。

1-支架 ；2-液压缸 ；3-滚筒支撑 体；4-滚筒 ；5-皮带图2 排土机液压皮带自动张紧系统机械结构图设计的排土机皮带 自动张紧系统液压如图 3所示 两个同步液压缸分别 固定在滚筒两侧支架和滚筒支承体之间。其原理为：当张紧启动 、制动时 ，需要的张紧力大于正常运行时所需要的.故每个液压缸的-侧设置两个压力继电器：启动时。电机工作，使油液从油箱通过变量泵进入油缸 .当压力达到设定压力值时。

压力继电器 l给 3 Y型三位四通电磁换 向阀信号 ，使其换到中位 。起到保压的作用：当经过时问 t，启动完成进入稳定工作状态时.皮带需要的张力减小 .这时换向阀切换到右位.当到达设定压力值时.压力继电器 2给换向阀信号使其换到中位 .皮带张力恒定工作。

l-油箱；2-溢流阀 ；3-Y型三位四通电磁换向阀 ；4-压力继 电器 1；5-压力继 电器2；6-油缸；7-液控单向阀；8-单向阀；9-过滤器；10-变量泵；1I-电机图 3 排土机皮带自动张紧液压图3 AMESim仿真AMESim是 IMAGINE公司推出的基于功率键合图的机电液仿真分析软件。以其强大的仿真和分析能力在各个领域得到了广泛的应用。它是-个方便 、高效、直观的动态系统建模和仿真分析工具 ，用其进行仿真分析避免了繁琐的公式推导。

3.1 AMESim建模以排土机排料臂部分的皮带为例进行仿真分析。

已知：生产率 pt8625t/h， 3.75m/s， 60m。选用型号为 stlO00的钢丝绳芯输送带 。带宽 B为 1600mm。由于输送带为钢丝绳芯.为了便于分析并接近实际.输送带单元采用 Kelven-Vogit模型 (Kelven-Vogit模型是由阻尼器和弹簧并联组成的).设传送带空载段每20m为-个单元 ，承载段每 12m为-个单元 .AMESim模型图如图4所示。输入阶跃信号.得到单位阶跃响应输出曲线.如图 5所示- ～髓 - ～ 魅 。

图4 皮带 AMESim模型图E 口T图5 单位阶跃响应输出曲线由图 5可知 ，调节时间 ≠ 4s。超调量 0.35。经过-定调节时间 .系统趋于稳定 .说明该皮带系统有较好的动态特性和可行性排土机皮带 自动张紧系统是由机械系统和液压系统两部分组成的.图6为其在 AMESim中的总模型图 为了便于分析研究 .作 了如下假设 ：油泵为定量泵 ：将机械系统中另-端滚筒去掉.直接将皮带两端与两液压油缸相连：仅分析皮带张紧启动的情况协 懈砑料 强图6 排土机皮带自动张紧系统图3.2 AMESim参数设置根据排土机相关参数。给模型设置参数。皮带承载段单元质量 m ：8243kg；皮带空载段单元质量 m ：960kg；单元 i的等效阻尼 C，：3456kN/m；单元 i的等效刚度 K；：3840kN/m；承载段阻力 /1：1813 kg；空载段阻力 ：211 kg；滚筒直径 ：800mm；滚筒等效转动惯量 ：0。

0214kg/m2：液压缸杆径 ：70mm；液压缸缸径 ：125mm；溢流阀压力：210bar；电机转速：1450 r/rain；泵排量 ：自动化应用 2013 7期 l 18 雌 ∞ ④系 统 解 决 方 案 10.8cc/r。

0 10 20 30 4O 50 60 70T/s图7 仿真结果图由图 7可知.张紧系统具有良好的稳定性。系统皮带张紧力初始升高较快 .在 50s时趋于稳定 ，达到177kN：皮带伸长量稳定状态下达到 0.33m：液压缸杆伸出速度在 1s时达到最大 0.021m/s.后逐渐降低 ，在张紧稳定状态时速度为0。

但在实际张紧中.稳定后的张紧力会小于张紧过程中的最大张紧力.这是实际系统中的震荡造成的。

4结语所设计的排土机 自动张紧系统结合机械系统和液压系统。具有 自动张紧皮带、张紧力可调的优点，克服了原张紧系统需要停机进行手动皮带张紧所带来的耗时费力的问题 ：也解决了原系统张紧力不能调节所带来的皮带寿命减少的问题。

参考资料[1宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京：机械工业出版社 .2006[2]周雄，朱新才，李亮.液压自动张紧装置在斗轮机悬臂皮带中的应用[J].冶金设备，2005，(6)[3]宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京：机械工业出版社 .2006[4]付永领，祁晓野.AMESim 系统建模与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社 .2006[5付晓敏.基于AMESim的带式输送机动态仿真研究[D].青岛：山东科技大学，2011(上接第 16页)4结语单神经元 自适应 PID速度控制器能够 自动调整参数 ，自适应能力较强 .能改善典型非线性时变对象的动态品质，能够适应过程的时变特性.可以使系统无超调或者超调量很小 .无静差 .具有非常好的控制效果 该控制方案已在广州本田汽车的车门包边柔性制造系统上得到实际应用 。效果评价优秀