胶带运输机液压张紧装置控制系统设计.doc

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1、1 前言1.1引言带式输送机经过近两个世纪的发展，己从最初的小型运输工具发展成为具有高强力、大运量、大功率的现代化的大型运输设备，在国民经济中发挥着重要的作用。今天，带式输送机已成为我国煤矿井下连续运输系统的主要运输设备之一，它不仅具有大落差、连续性、高效益、长距离、大运量的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，广泛应用于煤炭、冶金、矿山、化工、港口、电站、轻工、建材、粮食等许多工业领域。其生产率高，输送量大，能源消耗也比较少;能实现连续长距离大倾斜输送;工作平稳可靠、噪音小;结构简单，设备运行费用低;可在胶带的任意位置加料或卸料。自20世纪60年代末开始，随着科学技术的迅速发展，可用

2、于制造、设计、安装的各种新技术、新方法出的出现，胶带接头技术的不断完善，带式输送机进入了一个新的发展时期由于输送带伸长量急剧增加,就需要动态性能好、适应长距离带式输送机发展需要的自动张紧装置。随着带式输送机的用途不断扩大和科学技术的不断发展，合理设计张紧装置就显得尤为重要。由于在启动、稳定运行、制动过程中输送带会发生蠕变，使输送带变长而松弛，同时由于输送带的粘弹性的特性,在带式输送机运行时为了保证必要的摩擦力,必须提供合适的拉紧力。带式输送机的张紧装置使输送带不会发生打滑现象。由此可见，张紧装置是保证带式输送机正常运行必不可少的重要部件，它的性能好坏直接影响带式输送机整体的性能。1.2 拉紧装

3、置的研究概况随着带式输送机系统的发展，国内外学者对其重要组成部分拉紧装置进行了大量的研究，开发了许多新产品。经调研，将其归纳为三个阶段:第一阶段，纯机械张紧阶段。这一阶段的主要产品有两种:固定式绞车拉紧与重锤式拉紧。从本质上说，绞车拉紧的功能仅仅是张紧，当胶带由于种种原因伸长而张紧力下降时，只能通过人的观察发现后重新张紧，根据所需要的拉紧力调定后产生固定的拉紧力，拉紧力不能自动调节，当绞车和控制系统出现问题时，对胶带机不能产生恒定的拉紧力或拉紧力失效，安全可靠性相对降低;重锤式张紧装置通过滑轮组和重锤块达到张紧的目的，当胶带伸长时，能自动吸收其伸长。第二阶段，张紧力可调阶段。这个阶段的典型产品

4、是自动绞车(机械绞车或液压绞车)张紧装置。其技术发展表现为只能实现在稳定(匀速)阶段的自动张紧，保持胶带该阶段的张力恒定，而在起动与制动等不稳定运行工况下则与固定式绞车相同。其结构特征表现为带有制动装置，绞车张紧时松开制动器，达到胶带运行张力要求时绞车停止动作制动器收紧抱闸，绞车运转的时间很短，而大部分时间处于停车待命状态。第三阶段，动态自动张紧阶段(实现动态跟踪)。主要产品有液压绞车自动张紧与液压缸自动张紧。其技术特征为动态响应快，能在起动阶段和正常运行阶段两种状态下作用，保持张紧力的稳定。液压绞车长时间处于工作状态，其结构特征是不带闸，为了保证其响应速度，液压泵站不能停机，液压马达始终处于

5、待命状态，这种工作方式需要的功耗较大。液压缸式拉紧由于液压泵与蓄能器同时工作，需要大量供油时，主要靠蓄能器，因此响应快、功耗低，相对来说造价低廉，布置空间也比较小，在煤矿井下有明显的优势。以往煤矿井下用带式输送机一般均采用固定绞车拉紧或重锤拉紧，很少见到别的类型。由于固定绞车拉紧装置只能定期张紧皮带，而皮带的张紧程度往往与操作者的经验有关，经常出现张紧力过大或者过小，并且直接影响到带式输送机的冲击动负荷，所以固定绞车拉紧装置对于输送机的安全及平稳运行极为不利。重锤式拉紧由于受滑轮摩擦阻力和重锤惯性力的限制，对长距离、高速度带式输送机响应跟不上，胶带张力明显不恒定。为了保证重锤拉紧装置的正常工作

6、，煤矿井下要打一个大的峒室，而在码头和金属矿山则要修建一座重锤塔以保证重锤的运行距离。当采用整型芯胶带时，峒室与重锤塔要做得相当大，非常不经济，另外安装也不方便，特别是维修时，装卸相当费事。到目前为止，在用于物料输送的带式输送机上已有多种皮带拉紧装置得到应用。1.3 拉紧装置的发展趋势随着带式输送机的发展，作为其重要组成部件的拉紧装置必须与之相适应。传统胶带拉紧装置各有特点，针对不同工况的选用也各有长短。但传统胶带拉紧装置难以适应长距离、高速度、线路复杂的连续输送系统的工况要求。综合各种拉紧装置工作方式的优缺点，目前的探讨多集中于满足输送机启动、平稳运行、制动不同工作状态系统对张紧力的要求1。

7、启动、制动时，要求增大张紧力，防止胶带打滑，并要求拉紧装置能迅速吸收胶带松边的产生的余量。平稳运行时，在保证胶带在驱动滚筒处不打滑及保持输送带在托辊间的垂度要求的前提下，使输送带在低张力下运行，可以降低选用的输送带等级，提高输送带的使用寿命。平稳运行时还要求拉紧装置对输送带张力的波动要做到迅速响应，减小对设备的损害，减小张紧装置对皮带机正常运行的不良影响，增强系统运行稳定性等等。为实现这些目的，更多的采用自动检测，实时修正等手段与液压系统密切结合，力求整个拉紧装置工作效能的最优化。拉紧装置应能更及时准确地对胶带张力变化做出响应，使胶带保持一定的张力，以适应复杂情况下的物料输送。1.4 本文所研

8、究的主要内容（1）对带式输送机张紧装置进行分析；（2）在现有张紧装置的基础上，设计一种液压式自动张紧装置，并完成控制系统的设计；（3）完成张紧装置主要部件液压缸的设计。2 带式输送机拉紧装置分析2.1 拉紧装置的组成及其主要作用2.1.1 拉紧装置的组成对于倾角不大的带式输送机，一般采用车式拉紧，拉紧装置的组成如图2-1所示。 图2-1拉紧装置的组成图示Figure 2-1 Composition icon of the tensioning device 拉紧装置包括拉紧小车、拉紧滚筒、拉紧力生成设备(如重锤、绞车或拉紧油缸等)及其控制系统。 拉紧小车对胶带特性的影响主要表现在两方面:一是拉

9、紧小车及其附件的质量和动、静摩擦系数会影响其振动特性，从而间接影响胶带动特性；二是拉紧小车在带式输送机系统中所处的位置不同，会导致其运动特性的变化。 拉紧滚筒是拉紧装置中与胶带直接接触的部件，它的运动方式直接影响胶带振动特性，其惯性质量大小、摩擦系数都将波及胶带的运动。 产生和控制拉紧力的设备是影响胶带动态特性的主要因素之一，它决定了拉紧小车在胶带张力发生变化时如何响应，是拉紧装置的核心部分，也是对带式输送机动态特性进行优化的重要方面。2.1.2 拉紧装置在带式输送机中的作用(1)使输送带在传动滚筒上形成正压力，确保驱动滚筒传递足够的摩擦牵引力;(2)保证输送带在驱动滚筒的奔离点(即最小张力点

10、)处具有适当的张力，防止输送机在正常运行、起动、制动和紧急停车时驱动滚筒与输送带间的滑动;(3)保证输送带周常上各点具有必需的张力，限制输送带加载时在托辊间的垂度，防止输送带在托辊间距内过分松弛而丧失槽形，引起物料和输送带跑偏，减小输送带在托辊间的运行阻力。(4)补偿输送带的弹性伸长和线粘性伸长。时间长了输送带会自动伸长，而且在过渡工况下发生永久性伸长，同时在起动、制动时输送带自动收紧，可免除机组振动。(5)为输送带重新接头及修补提供必要的行程。(6)在长距离带式输送机中，减小起、制动时输送带中出现的动负荷。 其中，保证胶带在驱动滚筒上不产生打滑现象，这一点尤为重要。因为目前煤矿井下巷或斜井主

11、皮带在重载启动时经常出现打滑，启动不起来的现象。带式输送机的驱动力是通过驱动滚筒与胶带之间的摩擦力来传递的，为了达到这个目的，在松边应具有超过一定值的张力。设紧边张力为T1，松边张力为T2，必须满足T1/T2，如果T1/T2，胶带就打滑2。2.2 带式输送机对拉紧装置的性能要求 随着带式输送机向着高速度、长距离、大运量和大功率方向发展，由于运送距离长、胶带变形大，对拉紧装置提出了新的要求，即能自动的根据胶带的不同运行状态快速做出响应，保证胶带的正常运行134。2.2.1 自动跟随性能 对于长距离的带式输送机来说，由于其负载大，所以输送带的粘弹性就更明显为，这对于运行工况的稳定性尤其是起、制动特

12、性影响相当大。运输距离的延长也使输送带在运行过程中伸长量增加，常规使用的螺旋张紧、重锤张紧和绞车张紧等输送带张紧装置，由于受张紧距离的限制难以适应1000m以上的输送带张紧要求。长距离输送机的张紧不仅要满足输送带伸长量的要求，而且要满足张紧力可调节，即起动阶段满足带式输送机动态防滑要求而使张紧力较大，以增大摩擦牵引力;等速阶段张紧力降低以维持输送机正常运行要求。带式输送机在较低的张力条件下运行可提高输送带的使用寿命，降低能耗，而且可以避免长距离输送带起动时的波涌现象。因此为能够在长距离、大动量带式输送机起动时迅速产生足够的张紧力，减小输送带的波涌现象，保证输送机的可靠起动，运输时应能使带式输送

13、机实现输送带张紧力的自动实时控制。应选用性能优越、动作灵敏的输送带张力调整装置。2.2.2 克服系统滞后性能 由于系统本身的惯性质量而产生很大的惯性力，同时系统在运行过程中也受到摩擦力的作用，从而阻碍了系统的动作，也就是说，在输送带张力发生变化下，下一个变化周期己经来临，可拉紧装置还没有调整好上一个周期内的张力变化，从而造成调整速度跟不上，表现为一定程度上时间滞后。这就要求装置要有较快的响应速度和较高的灵敏度。造成拉紧装置运动滞后，工作不稳定的另一个主要原因是动应力波动大，目前我国带式输送机很少采用软起动，多数的主电机起动过程太快，输送带应力峰值冲击拉紧装置的受力传感器，如峰值过大，又持续一定

14、时间，便导致拉紧装置在一次起动还未结束，又重新动作。2.2.3 克服工作状况多变的性能 胶带机的工作状况始终在不断变化，如满载起动、空载起动、满载运行、空载运行、满载减速、空载减速、调预张紧力等。 (1)起动工况条件 输送机在起动时，输送带的松边会突然松弛伸长，此时要求拉紧装置响应速度快，能及时补充输送带伸长量，减少输送带松边对紧边的冲击，不但使输送机起动平稳、可靠、而且较好的保护了输送带，减少断带事故的发生。在起动阶段，要求拉紧装置提供足够大的张紧力，如果张紧力小，输送带就会打滑，以至于无法起动，如果张紧力太大，则使胶带的强度等级，否则会发生断带事故。同时输送机在起动时，要求其拉紧力比稳定运

15、行时拉紧力大1.41.5倍，因此输送机在起动时拉紧力最好能自动增加。 (2)制动工况条件 制动工况包括自由停机和有制动力的制动两种情况，自由停机即在没有制动力作用的情况下，靠系统的惯性达到停机目的的工况。制动时，特别是自由停机时，往往有较大的冲击，所以要求拉紧装置能够迅速反应，使冲击尽可能减小。对于长距离、大弹性模量的带式输送机来说，停车比加速更具危险性，控制更困难。分析表明，胶带内部储存的应力能在停车时所产生的特殊动应力比驱动系统在加速时所产生的动应力要大得多，这就要求对长距离带式输送机必须用动态分析方法来彻底的研究，诸如起动断电、紧急停车等工况所带来的危害。 (3)故障工况条件 a.随着输

16、送机运转速度的不断提高，输送机的软起动装置虽可有效的解决起动过程中的冲击问题，但起动、制动时的加速度过小，要求装置的热容量很大，以吸收加载过程中的能量耗散。制动时的减速度过小，也降低了带式输送机的安全性，即对紧急事故的响应速度小。当发生断带或输送带被异物卡住等意外情况时，要求装置能立即停止带式输送机的运行:当输送带出现打滑现象时，拉紧装置能自动增加拉紧力。 b.停电效应。停电时，拉紧绞车自动抱闸，使输送机系统闭锁，这会引起胶带张力再分配，拉紧装置上的胶带张力会比绞车产生的张力大得多，因此重新起动输送机前，应设法降低这种张力，否则，输送机驱动装置起动，就会使胶带受到强烈的冲击力作用。 (4)稳定

17、工况时变载荷 a.空载运行 带式输送机在运行过程中载荷是不断发生变化的，从而使输送带的动张力也不断的变化，这对长距离、大运量的大型输送机表现的更加明显，要求拉紧装置能够根据动张力的变化自动调整拉紧力。 b.满载运行带式输送机在满载运行时，负载对输送带产生较大的冲击，并使得紧边度增大，要求拉紧装置能够平衡冲击力，减小挠度。通常带式输送机均需满载起动，因为要在停车前将输送带上的物料全部卸空，这是很难办到的，再者输送机运转中，一旦出现故障需紧急停车时，再起动即为满载起动，这是设计中必须考虑的问题。当带式输送机满载起动时，要求较大的牵引力来克服惯性力的静阻力，当起动完了时牵引力只克服静阻力，因此要求拉

18、紧力随牵引力的变化而变化，即要求自适应。2.3 目前常用拉紧装置与分析15-182.3.1 固定式拉紧装置固定式拉紧装置即通过移动拉紧滚筒的位置进行拉紧,其特点是拉紧滚筒位置固定,不经人工操作或控制,拉紧滚筒位置不能移动,其结构比较简单、紧凑,操作维护方便,可用于小型带式输送机,一般包括螺旋拉紧装置与蜗轮卷筒绳索拉紧装置2种。存在的问题有： 由于拉紧滚筒的位置固定,受拉紧行程的限制,不能自动保持预拉力,可靠性比较差。 输送带经过一段时间使用后,由于塑性变形而伸长,如不及时调整,会引起输送带张紧力减小,输送带变松而打滑。 由于负载经常发生变化,输送带受负载冲击,致使拉紧滚筒的固定螺栓松动,螺杆后

19、退,造成输送带松弛,导致输送带打滑。如某矿洗煤厂1985年7月3日,由于输送带松弛,输送带在驱动滚筒上发生打滑,司机缺乏安全生产意识,向驱动滚筒内塞草袋,企图想增加输送带与滚筒之间的摩擦阻力来解决输送带打滑的问题,结果将手挤成重伤。 螺杆生锈,导致输送带伸长后不能用拧紧螺杆的方法来张紧输送带。2.3.2 重锤式拉紧装置重锤式拉紧装置一般用在固定安装的带式输送机尾部,若尾部空间小,也可以用在机身中部,它靠重锤力量将输送带拉紧,调节张紧力依靠增加或减少重锤重量来实现。其理论上能保持张紧力恒定,但实际上对于大多数重锤式拉紧装置而言,由于拉紧装置本身就有摩擦阻力存在,有死区产生,但死区范围不是太大,可

20、以完全起到应有的张紧作用,且工作的可靠性最强。适用于上运、平运、下运,对使用环境没有特殊的要求。带式输送机重锤拉紧装置是由拉紧小车、重锤、滑轮组、钢丝导索等简单部件组成。重锤拉紧装置结构示意见图2-2.图2-2重锤拉紧装置Figure 2-2 weights tensioning device 1. 胶带2.张紧滚筒3.轴承座4.滑轮5.重锤6张紧小车存在的问题有： 用重锤式拉紧装置,输送带的张紧力始终保持不变,而带式输送机稳定运行后所需张力比起动时小,所以输送带在稳定运行中处于过张紧状态,对输送带的使用寿命产生直接影响。 该套装置体积大,且笨重,特别是张紧力较大时。使用时应考虑空间的问题,另

21、外,维修带式输送机需放松输送带时比较费工费时。 起动时,机尾拉紧滚筒由于瞬间起动,拉紧滚筒将作一定范围的跳动,而就是这一瞬间的跳动,造成输送带跑偏,尤其是输送带上水分多,拉湿煤时,输送带跑偏更加严重。 使用钢丝绳进行拉紧,钢丝绳容易生锈,并且如果使用和维护不良,易发生钢丝绳崩断,造成重大恶性事故。2.3.3 自动绞车拉紧装置带式输送机自动绞车拉紧装置，利用拉力传感器检测输送带的拉力，与给定拉力进行比较，发出电信号来控制绞车电动机的转向，以适应胶带张力。自动绞车上安装拉力传感器实时检测胶带的张力值，拉力传感器将检测到的胶带张力值与设定值进行比较，输出电压信号，应力变送器将该信号变换成脉冲频率信号

22、后，传到控制机。控制机采集到此信号，并结合胶带输送机的状态进行逻辑分析判断，发出相应的控制命令，经电源继电器及磁力启动器传到张紧电机，控制电机正转、反转及停止。通过减速器和滑轮组驱动张紧绞车在拉紧轨道上前进、停止及后退，从而拉紧或放松胶带，完成胶带张力的相应调节，控制胶带张力满足系统要求。整个装置由拉力传感器、前置变换器、控制机、电源箱、磁力启动器、绞车、滑轮组、张力小车、拉力表、速度传感器、手动控制按钮、转换开关、行程开关等组成。自动绞车拉紧装置的结构组成见图2-3.图2-3自动绞车拉紧装置Figure 2-3 winch automatically tensioning device1.拉

23、紧小车2.定滑轮3.钥丝绳4.减速器5.电动机6.绞车滚筒7.拉紧滚筒8.输送带存在的问题有： 绞车行走速度无法调节，张力能连续快速变化，难以达到设定的张力值，控制精度差。 张力响应速度慢，对动复合的适应能力和控制能力差。 张紧装置直接启动和停车，对负载冲击大，仅靠机械闸进行制动控制，因制动器和电动机损坏导致张紧绞车失控的事故时有发生，安全性差。 张力动态调节过程持续时间长，震荡幅度大，稳定性差。 客观上工作环境条件差及目前国内制造水平的因素，又使得测力传感器易损坏或失灵。 现场调查资料显示，自动绞车拉紧装置很难适应长距离、高速度、线路复杂的连续输送系统的工况要求。2.4 张紧装置中使用液压传

24、动的优点1）液压系统可以输出大的推力或大转矩,可实现低速大吨位运动,这是其它传动方式所不能比的突出优点. 2）在相同功率条件下,液压传动装置体积小重量轻结构紧凑.液压元件之间可采用管道连接或采用集成式连接,其布局安装有很大的灵活性,可以构成用其它传动方式难以组成的复杂统. 3）液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定,可使运动部件换向时无换向冲击.而且由于其反应速度快,故可实现频繁换向. 4）操作简单,调整控制方便,易于实现自动化.特别是和机电联合使用,能方便地实现复杂的自动工作循环. 5）液压系统便于实现过载保护,使用安全可靠.由于各液压元件中的运动件均在油液中工作,能自行润滑,故元件的使用寿

25、命长. 6)液压元件易于实现系列化标准化和通用化,便于设计制造维修和推广使用.液压传动在拉紧装置上的以上优点不仅能满足输送带在起动和正常平稳运行时对拉紧力需要，而且结构更简单，成本更低，安全性更高，所以本设计采用液压式拉紧装置。3 液压控制系统设计依据及工况分析3.1 设计依据 设计要求： 张紧小车最大行程 2.5m 张紧小车最大拉力 250KN当启动时，所需的输送带的拉紧力最大，即用公式表示为：L=2500mm ， =液压张紧装置的主要作用是保证滚筒与输送带之间产生足够的摩擦力和输送带需要的张紧力；限制输送带在各支撑辊间的垂度，补偿胶带的弹性伸长量，减小启动制动时输送带的动负荷。执行元件采用

26、液压缸，液压缸需随张紧力的大小活塞做正反两个方向的运动，故选用单活塞杆式双作用液压缸。3.2 液压回路工作过程液压式自动拉紧装置的工作过程，由于拉紧力在输送机启动时和正常运行时不同，这就要求液压系统必须能够在两种压力下工作。在带式输送机运料过程中由于负荷或其他原因引起增大时，液压系统必须能使值降低到正常值。当减少到低于正常值时，液压系统的工作使值上升到额定值，以防止皮带打滑。当输送带处于超载运行时，液压系统必须有能力使带式输送机停车以实现过载保护6。液压系统的工作包括以下过程：1) 电源接通油泵供油，电磁换向阀工作，接通高压溢流阀，此时油泵供油压力为，液压缸拉紧小车使输送带拉紧，已达到启动时所

27、需的拉紧力。2) 当输送机启动后，带速达到额定速度时，通过继电器使电磁换向阀断电，电磁换向阀断电复位后接通低压溢流阀，使油泵供油压力将为，此时液压缸施加的拉紧力为输送带正常运行时所需的拉紧力F。3) 在输送机运行中，由于负荷变化使值大于运行值时，因平衡原理，液压缸必须使输送带的弹性变形减少，以使值降低为正常值，这是液压系统中由于压力油受到压缩而压力超过时，液压系统中的压力油将返回油箱。4) 在输送机运行中，由于负载变化，使值小于正常值时拉力传感器将给油泵信号，使油泵供压力油，通过液压缸拉紧小车，以提高值。5) 当输送机正常运行时，输送带所需的拉紧力与液压缸的拉紧力达到平衡时，油泵继续供油，压力

28、油将通过溢流阀回油箱，这时压力继电器工作，使油泵断电以停止供油。6) 输送机超载时，由于输送带的拉力作用将使液压缸的移动量超过拉紧行程，这时液压缸将压力行程开关顶开，使输送机断电，以实现断电保护作用。3.3 动力分析 由于启动、稳定运行、制动过程中输送带会发生蠕变，使输送带变长而松弛。带式输送机的张紧装置使输送带不会发生打滑现象。张紧装置通过液压缸的伸缩来控制。并且在输送带出现松弛现象时张紧油缸在蓄能站的作用下立即收缩活塞杆,补偿输送带的伸长量,使输送机启动平稳,有效地保护了输送带，在输送带正常运转时液压缸保持拉紧状态。由上可知液压缸做直线往复运动，其必须客服的外负载为工作负载7。因此液压缸的

29、负载随着外负载的变化而变化，有太大的偶然性，所以可以做出如图3-1的负载循环图。3-1负载循环图Figure 3-1 duty cycle plans负载可以分为以下几个阶段： 启动阶段：油缸开始工作，当运行到t0时刻，张紧力达到最大F0启动输送机，t2时刻输送机平稳启动后，油缸拉紧力逐渐减小在t2时刻达到输送机正常运行所需的张紧力F1. 正常运行阶段：在t2到t5这段时间里，由于输送机随外负载的不断变化拉紧油缸的拉力也随着不断调整，只要保证F2F0输送机就稳定运行 过载及保护阶段:t5时刻开始，输送机负载急剧增大，拉紧油缸的拉力也急剧增大（F3F0）油缸行程不能保证输送机的正常工作，这时系统

30、断电，停止运行，油缸的负载也急剧减小，达到过载保护的目的。3.4 运动分析液压缸在开始工作时预留一定的伸缩量以保证输送带出现松弛情况时及时拉紧保证其正常工作。输送带稳定工作时拉紧油缸保持稳定的拉紧力，并在异常时及时调整。根据负载循环图和执行元件液压缸的工作过程可以做图液压缸的位移循环图（图3-2）和速度循环图（图3-3）。 图3-2位移循环图Figure 3-2 displacement cycle plans 由于执行元件液压缸做拉紧运动，因此在工作前保留一定的伸出量L0，作为拉紧行程，所以油缸在开始工作前的位移是最大的。开始工作时，缸杆缩回，在t0时刻达到减小到L1启动输送机，然后保持这种

31、状态保证输送机的正常运行。当t3时刻外负载增加时，油缸杆继续缩回位移变为L2以保证输送机正常运行所需要的拉紧力。在t5时刻外负载急剧增加超过油缸行程时，四天停止工作，油缸位移逐渐恢复到开启前的状态。图3-3速度循环图Figure 3-3 cycle of rate plans 油缸速度在启动时迅速达到最大，然后逐渐减小并在在输送机启动及平稳运行时，减小到零。T3时刻负载变大，油缸继续回缩，油缸速度也在回缩中增大然后恢复到零，系统达到另一个平稳状态。当负载急剧增大时，输送机断电停止工作，油缸也急剧恢复。4 拟定液压系统图4.1 工作原理该装置主要由液压泵站、拉紧油缸、蓄能站、电气控制箱及附件等五

32、大部分组成(见图4-1)。油缸通过动滑轮、钢丝绳与拉紧小车相连。系统工作时,各元件压力整定值,从高压到低压依次为溢流阀3、溢流阀13、压力继电器14、压力继电器13、压力继电器11。带式输送机工作时输送带必须处于张紧状 态,然后才能起动输送机主电机13。 图4-1液压张紧装置控制系统图Figure 4-1 hydraulic tensioning device control system plans1粗过滤器 2液压油泵 3溢流阀4手动换向阀5液控单向阀6压力表7油缸8动滑轮9张紧小车10蓄能器12电磁换向阀15溢流阀16油箱11、13、14压力继电器4.2 控制系统工作过程合上隔离开关,电

33、源指示灯亮,控制电路得电,漏电闭锁插件得电工作,检测主回路负荷侧的绝缘电阻。若绝缘损坏,电控箱被闭锁,不能起动,若各回路皆正常,则按动起动按钮开始工作,油泵电机运转,带动油泵2,压力油经液控单向阀5进入油缸7的前腔(活塞杆腔),通过动滑轮8拉动游动张紧小车9。随着油泵的运行,系统压力升高,当系统压力上升至11压力继电器的压力整定值时,带式输送机允许起动。随着油泵的运行,压力升至13压力继电器的压力整定值时,油泵电机继续运行,当达到14压力继电器的压力整定值时,输送机正常工作,油泵电机停转。由于系统存在泄漏,工作压力将逐渐下降,当压力依次低于14、13压力继电器的压力整定值时,油泵电机重新起动运

34、行,再使系统压力增至14的整定值。这样系统压力就始终稳定在14和13的整定值之间,保持了输送带张紧力的恒定13。4.3 该装置的特点:(1)起动拉紧力和正常运行拉紧力可根据带式输送机张力的需要任意调节。可以自动实现起动拉紧力为正常运行拉紧力1.41.5倍的要求。系统一旦调定后,拉紧站即按预定程序自动工作,保证输送带在理想状态下运行,从而可减小输送带厚度;(2)响应快。带式输送机起动时,输送带松边突然松弛伸长,该拉紧站能立刻收缩油缸,以及时补偿输送带的伸长,使紧边的冲击力减小,从而使起动平稳可靠,避免断带事故的发生;(3)具有断带时自动停止带式输送机和打滑时自动增加拉紧力等保护功能;(4)结构紧

35、凑,安装空间小;(5)可与集控装置连接,实现对该拉紧站的远距离控制等。5 确定液压系统主要参数5.1 初选系统压力依据表1-27及表23.1-28初选系统压力,即供油压力P=31.5MPa。5.2 计算液压缸尺寸 油缸装配简图见图5-1 图5-1 Figure-11 滑轮 2 活塞杆 3 防尘圈 4 密封圈 5 油缸前端盖 6 轴套 7 活塞 8 密封圈 9 O型密封圈 10 销钉 11 固定套 12 密封圈5.2.1 缸筒1) 缸筒材料缸筒材料选择45号无缝钢管，调质到241285HB。查表23.3-48 =105MPa b=700MPa s=650MPa 2) 缸筒结构：前后均采用焊接形式

36、。3) 缸筒计算A. 单活塞液压缸内径计算由于改液压缸用于液压拉紧装置负载为拉力由式23.3-18 (5-1)F02：实际试用拉力，F02=250KN ：液压缸负载率，取=0.6 ：液压缸的总效率，取 =0.8 d：为活塞杆直径（m） 查表5-89取速比=2 由式5-79 (5-2)得2d2=D2则上式可化为 代入数据D=200mm 据表23.1-48、23.1-58圆整取D=200mm d=140mm B. 缸筒壁厚计算对于薄壁缸筒一般按式3-410 (5-3)D：液压缸内径Pmax：最高工作压力，见式23.1-18 Pmax1.5Pn=1.531.5=47.25MPa:材料需用拉力，=b/

37、n，n为安全系数，一般取n=1.5. =b/1.5=700/1.5=466.7MPa。所以有： =10.125mm据表31-511圆整取=12mm 则缸筒外经D1=D+2=200+212=224mmC. 缸筒壁厚验算a. 液压缸的额定压力Pn应低于一定的极限值式23.3-78 （5-4）代入数据有： 满足条件。b. 缸筒底部厚度计算取缸筒底为平面，则据式23.3-148 （5-5） 1：缸筒底部厚度 D0:计算处的直径，D0=130mm Pn：额定压力 ：底部材料许用应力，取材用45号钢 =130MPa 本油缸在钢桶底部设置油孔，因此取1=70mm。油缸后端盖结构及相关尺寸如图5-2： 图5-

38、2 Figure 5-2 D油缸前端盖结构设计选用45号钢，结构及相关尺寸见图5-3 E最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称最小导向长度H。如图5-4.导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性。对一般液压缸，最小导向长度H应满足下式： （5-6） 式中 L液压缸的最大行程，mm； D缸筒内径，mm。 所以有 取H=225mm。图5-3Figure 5-3 图5-4 Figure 5-4 活塞的宽度，一般取，本设计中取；导向套滑动面长度A，在时取，在时取，本设计取；导向长度不足时，不能过度增大A和B，在必要时可在导向套与活塞之间装一

39、隔套。隔套长度C由最小导向长度H决定 （5-7） 即有。4） 缸筒加工要求 缸筒内径选择H8配合，内径表面粗糙度取Ra=0.1m。 缸筒内径的圆度和圆柱度取8级。 缸筒端面T的垂直度取7级精度。 为了防止腐蚀以及其他试用的特殊要求，缸筒的内表面镀铬，镀层厚度为3040m。镀后衍磨或抛光。 缸筒上的焊接件（如油口等）均必须在半精加工之前进行，以免精加工之后引起内孔变形。缸筒相关尺寸如图5-5。 图5-5Figure 5-55.2.2 活塞1) 活塞结构形式 选用密封件、导向环分槽安装的整体活塞。2) 活塞的密封 采用Y形活塞用橡胶密封圈 GB/T10708.1-1989 活塞内径密封用O形密封圈

40、 GB/T3452-19923) 活塞材料 采用有导向环选用35号钢4) 加工要求 活塞外经D1的径向跳动公差取8级精度。 端面T对内孔 D1 轴线的垂直度公差值按7级精度 活塞的圆柱度公差按9级精度 活塞结构尺寸：宽度取b=0.8D=160mm 活塞结构及相关尺寸见图5-6： 图5-6Figure 5-65.2.3 活塞杆1）活塞杆结构a. 杆体：由于d/D比值较大，故选择空心杆。b. 活塞杆外端结构：是液压缸与负载连接的部位，采用动滑轮。c. 活塞杆的内端结构：用来与活塞连接的部位，采用轴套。2）活塞杆材料 杆体选用45号无缝钢管，杆体两端选用45号钢。 3）活塞杆的相关尺寸 钢管外径d=

41、140mm，内径。相关尺寸见图5-6。 图5-7Figure 5-74）活塞杆的导向密封和防尘 采用GB/T10708.3-1989 FA型橡胶防尘圈；GB/T10708.1-1989 活塞杆用Y型橡胶密封圈； GB/T3452.1-1992 液压气动用O型橡胶密封圈。5） 活塞杆的加工技术要求 活塞杆粗加工后，进行调质处理，硬度为HB229285.最后高频淬火，表面硬度为HRC4555； 活塞杆外径d与导向套内孔采用f9级配合；螺纹连接处取较紧配合。 活塞杆外径d与活塞配合直径的椭圆度和锥度均都不大于相应直径的公差之半；径向跳动不大于0.01mm； 活塞杆轴线不垂直度在500mm上不大于0.03mm; 活塞杆表面应镀铬并抛光，表面粗超度不低于0.320.63m。5.2.4 活塞导向环具有精确的导向作用，并可以吸收活塞运动随时产生的侧向力。本液压缸采用浮动型导向环。结构尺寸如图5-7 图5-8Figure 5-8取a=2mm b=8mm5.3 计算液压缸流量 油缸内的压力为7： = （5-8）式中 启动拉力，N； D 油缸内径，mm； d 活塞杆直径，mm； 油缸机械效率，一般取=0.95.输送机启动的压力为： =16.4MPa 油缸的有效工作面积为： A=160 油缸工作时所需