带液压缸的带式输送机液压拉紧系统设计【含5张CAD图纸、说明书】

带液压缸的带式输送机液压拉紧系统设计【含5张CAD图纸、说明书】,含5张CAD图纸、说明书,液压缸,输送,液压,拉紧,系统,设计,CAD,图纸,说明书 图书分类号： 密 级： 毕业设计说明书 带液压缸的带式输送机液压拉紧系统设计 DESIGN OF HYDRAULIC TENSIONING SYSTEM FOR BELT CONVEYOR WITH HYDRAULIC CYLINDRE 学生姓名 学 号 班 级 指导教师 专业名称 学院名称 机电工程学院 5月 26日 毕业设计说明书 毕业设计原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本设计说明书不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 毕业设计版权协议书 本人完全了解关于收集、保存、使用毕业设计的规定，即：本校学生在学习期间所完成的毕业设计的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交设计说明书的纸本复印件和电子文档拷贝，允许说明书被查阅和借阅。可以公布说明书的全部或部分内容，可以将说明书的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本说明书。 论文作者签名： 　　 导师签名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 随着当代科技的发展，带式输送机的用途正在发生日异月新的变化。带液压油缸的带式输送机发展尤为迅速，其性能功率正影响着机械行业的各个领域。作为机械专业的一名大学生面对我们国家的机械行业的壮大感到深深的震撼。在带式输送机的制启过程中，研究力的变化对带式输送机使用寿命的影响尤为重要。在此过程中，拉紧力变化应与带式输送机张力变化相适应，对此研究带式输送机动态变化成为我们去探讨的重点。 在本次的带液压油缸的带式输送机液压拉紧系统设计中，我们的设计应本着一些基本原则：在电机启动过程中，拉紧力变化应该在电机驱动力变化范围之内，不应超出电机载荷；在电机制动过程中，皮带张力应自动松弛以减缓对带式输送机造成的负面影响。自适用拉紧系统在本次的设计中起到关键作用，不仅如此，其他行业对自适用控制理论的应用更为广泛。采用液压拉紧装置可以很轻松的解决皮带传动过程中存在的拉紧问题，能实现传动过程中拉紧控制的调节，使带式输送机的制启过程有效方便的进行。 关键词 ；带液压油缸；带式输送机；液压拉紧装置；拉紧力；皮带张力 Abstract 小四号Times New Roman字体，首行缩进2字符，行距固定值20磅。 With the development of modern science and technology, the use of belt conveyor is changing. The belt conveyor with hydraulic cylinder is developing rapidly, and its performance power is affecting all fields of the machinery industry. As a college student in the mechanical profession, we are deeply shocked by the growth of the mechanical industry in our country. It is very important to study the influence of the change of force on the service life of belt conveyor in the process of making up belt conveyor. In this process, the tension force change should be adapted to the tension change of the belt conveyor. The research on the dynamic change of the belt conveyor has become the focus of our discussion . In the system design of the belt conveyor with tensioning, our design should be based on some basic principles: during the motor start-up process, the tension force change should be within the range of motor driving force change, should not exceed the motor load; During the braking process of electric machine, belt tension should be relaxed automatically to slow down the negative impact on belt conveyor. The self-application tensioning system plays a key role in this design. Not only that, but other industries have applied the self-application control theory more widely. The use of hydraulic tension device can easily solve the tension problem in the process of Pidaichuandong, and can realize the adjustment of tension control in the transmission process, so that the belt conveyor's opening process can be effectively and conveniently carried out. Keywords hydraulic cylinder hydraulic tensioning device tighten force belt tension I 毕业设计说明书 目 录 摘要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1带液压油缸 1 1.1.1带液压油缸定义 1 1.1.2液压油缸的组成及原理 1 1.1.3带液压油缸的分类 2 1.2 带式输送机 2 1.2.1 带式输送机对液压拉紧系统的要求 3 2 拉紧装置 4 2.1 拉紧装置简介 4 2.1.1拉紧装置的发展历程 4 2.1.2 带式输送机对拉力系统要求 4 2．2张紧装置的组成及其主要功能 4 2．2．1张紧装置的组成 4 2.2.2带式输送机张力装置的作用 5 2.3带式输送机对张紧装置的性能要求 5 2.3.1自动跟踪性能 5 2.3.2克服系统的滞后性能 6 2.3.3克服工作条件的变化 6 3皮带张紧器液压拉紧系统设计 11 3.1带式输送机液压伺服张紧系统总体设计 11 3.1.1液压拉紧装置的构成和工况分析 11 3.1.2伺服张紧装置的特点 13 3.2建立液压张紧系统模型 13 3.2.1建立液压缸阀控制的相关表达式 13 3.3系统模型仿真分析 16 3.3.1实验仿真数据 17 3.3.2 由仿真函数求得系统函数传递值 20 结论 22 致谢 23 参考文献 24 II 1 绪论 带液压缸的带式输送机液压拉紧系统的设计具有非常实用的意义。在日常的操作生产当中，带式输送机的拉紧装置是应用较为广泛的一种装置，该装置的应用极大的节约了成本和作业时间，对于远距离，体型大的物料传送是非常适用的。在进行本次的设计之前，我们应当首先明确带液压油缸 ，带式输送机以及拉紧装置具体的结构和原理，只有将各个部件进行合理有效的分析，我们才可以对设计进行合理的数字分析，建立有自己特点的新型数学模型。以下就是我们对整个设计进行的各部件的分析。 1.1带液压油缸 在液压油缸长时间的使用过程需要进行合理的维护，毕竟它是整个液压系统的核心部件，在液压缸活塞伸出油缸后是要与空气接触的，这样它就很容易遭到气体的氧化作用，如果长时间进行工作的话，活塞部位就会变的非常脆弱，所以要做好防氧化的工作。我们都知道液压油箱中有液压油，液压油是要换的，如果长时间不换就会对缸壁造成腐蚀，影响整个油缸的使用。一定要注意油缸卫生的保养工作，定期擦拭掉油缸表面的污染物。在组装液压油缸时，一定要注意线路和油管的连接，管道如果连接错误就会出现漏油或是系统无法启动。另外油缸的放置应当远离重物的碰撞，不然会损坏缸壁。 1.1.1带液压油缸定义 液压油缸是将其他形式的能转换为机械能，并且油缸做直线运动或往复运动的一种液压元件。由于其使用较为稳定，结构较为简单，在机械行业中应用较为广泛。 1.1.2液压油缸的组成及原理 常见的油缸基本结构为：缸筒 缸盖 活塞 活塞杆 密封装置 缓冲装置 排气装置 在液压油缸的使用当中，液压油缸的输出力与活塞的有效面积和它两边的压力差成正比。如下图1-1所示，在两端的进出油口中，当一端进油时，在达到一定压力后，活塞以一定的速度朝另一方向以稳定的速度运动，此时活塞杆就会对外界做功。 1-1液压油缸工作原理 1缸筒2活塞3活塞杆4密封装置5缓冲装置 1.1.3带液压油缸的分类 在对液压缸的分类当中，由于其分类方式的不同，它可以分为多类。按运动的方式分类可分为直线往复运动型和回转摆动型；按压力作用不同分为单作用型和双作用型；按结构分为活塞式和柱塞式等。无论液压缸分类如何，其工作原理大体相似。 1.2 带式输送机 带式输送机的产生为当代生产的发展起到了巨大的作用，自此以后，工业，建筑，水力及其他各行各业得到了质的飞跃。带式输送机的远距离传送极大的节约了成本，避免了生产过程中能源的浪费。带式输送机能减少作业时间并能轻松解决运量大的难题。由于其结构简单，便于操作，在生产过程中出现的故障可以轻松地解决。带式输送机可以形成一条长的流水线，将货物由起送点运送到卸货点，运送的货物可以质量很大。 带式输送机在起发展过程中可以归纳为以下几个阶段：1 拉紧阶段：此时带式输送机刚刚起步用于生产，从当时的生产背景来看，其作用仅仅拉紧，当皮带因为拉伸而张力下降时，必须有人在旁从新操作使皮带重新正常运行。当时的带式输送机功耗较大，运行操作较为缓慢，并且其能承受的最大载荷也有限度。在运行过程中，皮带张力不能够恒定调节，运行速度缓慢，生产作业时间较长。尽管如此，当时的工业和建筑业仍然得到了极大的发展。2拉力可调节阶段：此时在操作过程中，皮带的张紧运行得以匀速进行，生产得以改进。并且此时带式输送机结构得以简化，更便宜人的操作。但在发动机的启动和停止时，皮带速度仍然很难稳定控制。3自动拉紧阶段：此时的拉紧系统与液压发展相结合，生产出了先进的液压绞车，此时的绞车虽能实现速度的稳定运行但功耗较大。为此，新型的液压缸式拉紧系统由此诞生，由于其运行响应快，能够极大降低能耗，并且其零部件造价较低，在皮带启动和运行时能够以平稳速度运行，皮带拉力也较为稳定。 1.2.1 带式输送机对液压拉紧系统的要求 稳定性：在发动机启动时，皮带的伸长速度应与拉紧装置密切配合，减少皮带在启动时产生的摩擦与滞损，防止出现断带现象，使带式输送机平稳运行。在皮带与滚筒之间摩擦力一定要充足，不然皮带容易打滑。另外，在皮带上各点必须有充足的压力，不然在运动货物时容易出现货物脱落的现象。要为皮带的修复工作做好准备，以免工作时出现问题影响运输的正常进行。 克服滞后性：货物在皮带传送时受到惯性力和摩擦力的影响，这对于拉紧装置的要求就要高一些，拉紧装置必须要有一定的高灵敏性才能使货物在远距离传送中安全到达存放点。发动机启动时动力过大也会对传送造成影响，如若皮带应力达到拉紧装置所允许的最大值，拉紧装置将进行下一个周期，严重拖延了货物在皮带上的传动时间。 克服多变性：带式输送机在启动或停止时在力与速度上存在很大的不稳定性，在正常情况下起动机应在启动时比正常运行时要提供更大的力才能维持货物传送，这就要求拉紧装置在响应时要更为灵活，由于在制动时危险性较大，停滞较为困难，必须计算好摩擦力，带张紧力与货物重量之间的关系，从而通过拉紧装置来有效制动。货物在皮带上运动时，要对运动与力的变化做好相应的记录，以便进行更深层次的研究。 23 2 拉紧装置 2.1 拉紧装置简介 2.1.1拉紧装置的发展历程 在拉紧装置的发展历程中，由于缺乏安全稳定的先进技术，所以危险事故常有发生，为此如何解决这一技术难题是我们讨论的重点。目前，自动拉紧装置是这一领域研究的方向，如何让自动拉紧装置反应速度快，使货物在皮带上平稳运行始终是放在首位的。我们国家在这一领域虽能做到自动控制皮带拉力，但在拉紧装置的反应速度上与国外还存在很大差距。 对于不同类型的带式输送机，能否合理安放拉紧装置的位置极其重要，因为这关系到皮带运行的稳定与效率，考虑到皮带运行的速度和时间等各个方面的因素，我们一定要做好合理的实验，记录实验数据，总结实验的结论，便于实践操作，防止安全以外的发生。 2.1.2 带式输送机对拉力系统要求 当代带式输送机正朝着多元化的社会科技方向发展，在本次拉紧系统设计中也有着至关重要的作用。在生产操作中，输送机的性能好坏对于生产安全有着至关重要的作用。好的输送机能够降低皮带在启动过程中的张力。但在正常运行时皮带的拉力又不能太低，如若太低，货物不能稳定在皮带运行，皮带也有可能出现打滑现象。 在设计中对于输送机的控制非常重要，可以通过拉紧装置力大小的调节来改变输送机的状态，为此拉紧装置在本次设计中就起到了关键性的作用。拉紧装置是此次系统设计中至关重要的部分，在皮带运行时正确利用力的变化来平稳操作，靠的是拉紧装置与输送机的合理配合。下面针对带式输送机张力装置的问题分析。 2．2张紧装置的组成及其主要功能 2．2．1张紧装置的组成 对于带小倾角的带式输送机，一般用于拉紧装置。 图2-1拉紧装置的组成图示 张紧装置包括拉小车、拉紧滚筒、拉紧张力产生设备(如重锤、绞车或拉杆 和油缸等)及其控制系统。 小型车对胶带特性的影响主要体现在两方面:一是小型车及其配件，其质量、动力和静摩擦系数均能影响其振动特性，间接影响到粘结的驱动特性。另一方面是紧凑型车在带式输送机系统中的位置会引起其运动特性的变化。 张紧滚筒是与胶带直接接触的张紧装置的一部分，在运动时将会直接受到影响，同时胶带的振动特性、惯性质量和摩擦系数将影响胶带的运动。产生和控制拉力的装置是影响胶带动态特性的主要因素之一。当皮带张力变化拉紧装置时如何反应，是张紧装置的核心部分。由此可见，对带式输送机的动态特性进行优化是十分重要的。 2.2.2带式输送机张力装置的作用 (1)使皮带与传动装置之间有足够大的摩擦力，这样货物在传送时才不会出现脱落现象，避免了危险事故的发生。 (2)在运行过程中，皮带与传动装置之间应该会有一小段距离的移动，这样能预防输送机在制启过程出现打滑现象。 (3)确保输送带的每一点都有必要的张力，并限制输送带在滚筒上的负荷。传送带的垂直偏转，使传送带无法在滚子的间隙太松，会使输送带失去沟槽，这就使货物在传送时出现偏差，造成皮带摩擦阻力的减小的情况。 (4)在一定条件下可以减少皮带过大的伸长，因为在工作时皮带会有一段时间保持较大的长。，在过渡条件下，皮带有时会永久伸长，这样就使用到了带式输送机，因为它可以防止皮带出现过紧或过松的现象。 (5)为传送带的重新连接和维修提供必要的路线。 (6)在长距离带式输送机中，当输送带减少和制动时，其动载荷出现在传送带上，尤其重要的是要确保皮带不会在驱动辊上打滑。目前，煤矿竖井或斜井的主带往往在超载时打滑，皮带输送机的驱动力是通过滚筒与胶带之间的摩擦而定的，所以在特定的情况下，皮带应该有超过一定程度的张紧。 2.3带式输送机对张紧装置的性能要求 带式输送机向高速、长距离、大容量、高功率方向发展，因为随着皮带的长距离和大变形，提出了对张力装置的新要求，根据胶料皮带会以不同运行状态快速响应，以确保皮带的正常运行。 2.3.1自动跟踪性能 对于长距离带式输送机，由于输送带的高负荷，输送带的粘结弹性更为明显，这对操作条件的稳定性，尤其是制动特性有很大的影响。运输延伸的距离也增加了输送带在运行过程中的伸长，以及传统的螺旋张力和重量。 输送带的张紧装置，如重锤的拉力和绞车的张紧力，由于拉伸距离的限制而难以调节，输送带张紧要求1000米以上，长距离输送机的张力应该不仅满足输送带的伸长，还可以根据数量和张力的要求进行调整。另外在起动阶段应做好带式输送机的动态防滑。 带式输送机在低压条件下可改善输送带的使用，减少能源消耗。当长距离和大动量带式输送机启动时，应能产生足够的张力以减少传送带浪涌现象，保证了输送机的可靠启动，使带式输送机满足输送带的要求。张力自动实时控制应选择性能优越、动作灵敏的输送带张力调节装置。 2.3.2克服系统的滞后性能 由于系统的惯性质量，产生了惯性力，系统处于运行状态，同时它也受到摩擦力的影响，这阻碍了系统的运动。也就是说在传送带上张力的变化下，下一个变化周期已经到来，张紧装置没有调整上一个周期内部张力的变化，导致调整速度跟不上性能在一定程度上出现滞后，所以拉紧装置应有快速响应速度和高灵敏度。导致张力装置工作不稳定的另一个主要原因是动态应力的波动。在中国很少使用软起动，大多数主电机启动过程过快，且输送带的应力峰值冲击张力装置力传感器，例如峰的峰值，持续了一定的时间，导致张力装置从一个开始还没完成，又进入下一个循环。 2.3.3克服工作条件的变化 磁带机的工作条件不断变化，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，预拉伸等。 (1)起始条件 当输送机启动时，输送带松散的一侧会突然放松和拉伸，张力装置应拧紧。此时速度应该足够快，以补充输送带的伸长，减少输送带松散侧对紧边的影响。不仅如此，输送机可以平稳、可靠、良好地启动，从而输送带得到保护。 在启动阶段，要求张紧装置提供足够的张紧力，如果张紧力小，输送带就会打滑，所以不能启动。如果张力过大，就会发生断带事故。与此同时，当输送机启动时，要求张力比稳定运行强1.4倍或1.5倍，所以在启动时应该自动拧紧输送机。 (2)制动条件 制动工况包括自由制动和有力制动两种工况 在动力作用的情况下，系统的惯性可以达到停车目的的工作状态就叫自由制动。当有一个自由的停止时，通常会有很大的影响，所以需要张紧装置快速反应以产生影响。对于具有长距离和大弹性模量的带式输送机而言，停车比加速更为危险，控制更难。分析表明，在停车过程中可以产生内部存储应力。这种特殊的动应力比驱动系统在加速时产生的动态应力要大得多，这需要长距离带式输送机必须通过动力分析，如对起动电源故障和紧急停车等进行深入研究从而了解这种工作条件所造成的危害。 (3)错误工况条件 a 随着输送机速度的不断提高，输送机的软起动器可以得到有效的解决起动过程中的冲击问题，但启动和制动的加速度小，需要设备的热容在加载过程中吸收能量耗散。制动的减速小，也减少了设备的安全性，输送机的安全对紧急情况的响应也较小。当断带或传送带被物体卡住时，设备可以立即停止带式输送机。当传送带出现滑移时，张力装置在滑移时能自动增加拉力。 b 停电 当停电时，拧紧绞车锁紧，使输送机系统关闭，这将导致张紧装置的张力要比绞车引起的张力大得多。所以在开始传送带之前，应尽量减少压力。否则，输送机将启动，它会对皮带产生很大的影响。 (4)稳定工况时间变化负荷。 a 空载运行 带式输送机在运行过程中产生的力不断变化使输送带移动，这对于长距离和大型运输机的大型运输来说更为明显，张紧装置可根据动态张力的变化自动调节张力。 b .满载运行 当带式输送机满载时，负载对输送带有很大的影响，会使其边缘偏转，这就要求张紧装置能平衡冲击力和减小挠度。通常带式输送机满载开始，因为出现故障很难在停车前把所有材料从传送带上取下来 ，这个问题必须在计划中考虑。当带式输送机满载时，需要更大的牵引力才能克服惯性力的静态阻力，当牵引力能克服静阻力时，就需要拉力也会做出相应的改变来使整个系统平稳有效的进行。 重锤张紧装置 1)锤式张紧装置的组成 皮带式输送机的锤紧装置是由拉紧小车、重锤、滑轮组、钢丝绳等组成。 重量张紧装置的结构如图2所示。 图2-2重锤拉紧装置 1臂带 2 张紧辊 3轴承座 4滑块 5重锤6拉紧小车 重锤张紧装置是最简单、最广泛使用的张紧装置，质量较大。锤头本身的重量实现了输送带的自动张力，从而保证了各种工况下的张力保持不变。它可以使整个装置有足够的摩擦力，防止皮带伸长时摩擦力不足，限制每个托辊之间垂度，使功能正常运行。重量张紧装置适用于固定的长途运输机器，对环境的使用没有特别的要求。 2)锤式张紧装置的布置 重锤张紧装置一般使用在带固定装置的带式输送机尾部，如果尾部空间小，它也可以用于机身中部。它依靠锤的重量来拧紧传送带，调整拉紧力可以有不同的效果。理论上它可以保持恒定的张力，但它实际上是一个重锤，它不是恒力张紧装置，而附加动载荷是由重锤张紧系统的振动特性产生的，这对整个系统是非常重要的。 对于大多数重锤拧紧装置，张紧装置本身存在摩擦阻力，存在死亡区域，但死亡面积并不大，可以充分发挥其应有的作用，并且可靠性强。 3)重型皮带张紧装置的负面影响 使用此拉紧装置虽然能够获取恒定的拉力使货物稳定运行，但有时也会有一定的缺陷。 (1)使用重型拉紧可以把拉力稳定到固定大小，防止出现打滑或脱落现象。重锤的拉力在开始运动时就随着带式输送机的启动而确定，而在货物运行时拉力大小是不变的，但当货物运到指定地点需要停止时，这时需要的皮带拉力应该减小，但重型拉紧系统拉力是恒定的，这就使货物安全停放出现了困难，从而严重影响了皮带拉紧装置的使用寿命。 (2)此种拉紧装置占地面积较大，使用时应该有足够大的使用场所，这是我们应该考虑的。另外拉力是恒定的，如果设备出现故障，维修是有一定困难的。 (3)在启动的过程中，由于过程迅速，重锤的晃动较为剧烈，货物偏移，皮带打滑的现象时有发生，同时皮带的使用寿命会大大降低，不利于安全生产工作的进行。 (4)在带式输送机启动，运行或停止时，系统所需拉力大小是不同的，这就需要安装不同的分配拉力装置，过程较为繁琐，工作量较大。 自动液压张紧装置 1)自动液压张紧装置的组成及原理介绍 皮带输送机自动液压张紧装置主要由液压泵、油缸和蓄能器等组成。这种装置油缸固定，用钢丝把拉紧小车与液压缸的活塞杆连接成一个整体，便于操作，结构也较为简单。 众所周知，整个系统的运动阶段由启动，正常运行和制动停止三个阶段构成，我们所使用的拉紧装置主要控制的就是前两个阶段的拉力变化，实现电能，液压能，机械能对整个系统的稳定控制。 在系统的启动中，由于货物要稳定向前运动，这就要求一定的摩擦力来完成。根据物理学知识的分析，这就要求皮带的拉力要比输送机提供的拉力要大一些。在货物运行时，此时皮带拉紧力就要小一些才能使货物快速的移动。所以，皮带拉力启动时较大一些，在正常运行时小一些。在这两种工况之中，液压油缸应该能够由此提供两种不同的拉力进行控制。另外在工作时由于受到外界环境的干扰，皮带可能在较长时间内处于拉紧状态，或者皮会出现大范围内的波动，这就需要蓄能器进行及时的调节，使系统快速的恢复正常。 液压拉紧系统如图2-3所示 张紧站用于油缸前腔内电机驱动的电机泵出油，从而使气缸活塞杆产生张力，张力由溢流阀3控制。在一定范围内使用两个压力继电器来控制液压系统的压力从而控制张力。在一定条件下，可以由两个继电器根据拉力大小的判断决定液压油泵的出油或进油。当油泵电机停止时，稳定的拉力由蓄能器保证，以保证皮带的正常运行。 2-3自动液压拉紧站系统图 1粗过滤器 2油泵 3电动机 4精过滤器 5手动换向阀 6液控单向阀 7压力泵 8油缸 9动滑轮 10拉紧小车 11蓄能器 12开关阀 13溢流阀 14溢流阀 YJ1 YJ2 YJ3 压力继电器 2）自动液压张紧装置的特点 自动液压装置在实际生产中应用较为广泛，其自动调节极大节约了生产时间，节约了成本。 当启动和运行平稳时，张力需要不同。该装置具有以下特点： (1)开始张力和正常运行张力可以根据皮带输送机的张力调整。 (2)与其他类型拉紧装置相比，液压拉紧装置相关技术较为先进。 (3)当断裂带自动停止并自动打滑时，可以自动增加张力的保护性能; (4)其组装较为精密，同时占地面积较小 (5)在操作过程中，工作人员不需要跟着机器走，在距离较远的控制站就能完成生产作业。 3)液压拉紧装置拉力不足 在装置控制方面由于继电器的使用，这就造成了系统拉力不能跟随货物运行及时调节到所需大小，货物运行就会出现运动迟缓现象。正是因为上述原因，系统响应不能及时跟上，造成了皮带在运送货物时出现时快时慢的现象，速度大小难以掌控。 3皮带张紧器液压拉紧系统设计 在设计中首先应当对各种张力装置工作方法的优缺点进行综合分析，由此实验人员在对以往的拉紧装置进行合理分析后，尽量使研究趋于满足输送带不打滑，保证输送在滚筒的垂直要求下张力最小化。在带式输送机运行时存在张力过大问题，如何解决类似相关问题，使系统稳定进行是我们所要达到的目的。为了实现在运行时带式输送机能够以恒定张紧力运送货物，本文采用了液压伺服系统设计对拉紧装置进行改进，本系统设计对液压缸进行控制，建立合理有效的数学模型，并对系统进行了仿真分析。 3.1带式输送机液压伺服张紧系统总体设计 3.1.1液压拉紧装置的构成和工况分析 （1）拉紧装置的构成 液压伺服张紧器由液压泵，油缸，继电器，伺服阀，力传感器，放大器，控制箱等一系列重要结构组成。液压拉紧系统图如3.1所示。 （2）工作条件状况分析 通过以上的分析可知，在整个系统的制启过程中，我们运送货物所需要的拉力大小是不同的。在系统运行时所需拉紧力要比启动时拉力小很多。这就需要我们明确在两种工况下拉力大小能做到合理的调节。 如图3.1所示，此种设计方案是在油缸得进油管道中安装伺服阀，使其并联接入。这种接入方式使皮带运行时拉紧力大小可以稳定操控。此解决方案可紧固进油管并连接 电液伺服阀控制油路，实现带式输送机稳定运行时张力的实时控制。从图中可以看出，在整个系统启动之前，首先打开拉紧装置，油缸拉力逐渐增大，当增加到一定程度后，就能够启动输送，此时我们的继电器7会发出拉力足以启动的信号。在启动之前，5是打开的，15是关闭的，而6是打开的。在启动后，在7发出信号时，5迅速关闭，此时整个系统由15来控制，此时15能够对正常运行条件下的油缸压力大小进行实时控制。 图3-1 液压张紧装置拉紧站系统图 1粗过滤器 2油泵 3电动机 4精过滤器 5手动换向阀 6开关阀 7压力继电器 8压力表 9油缸 10拉力传感器 11动滑轮 12改向滑轮 13拉紧小车 14慢速绞车 15电液伺服阀 16蓄能器 17溢流阀 18油箱 该系统需要快速启动，即液压缸必须快速拧紧原始松紧带并启动胶带机。在这一过程当中，皮带的下支带会因此迅速拉紧，输送机和液压油缸应当迅速响应。在正常情况下，正是因为此时的皮带处于拉紧状态，造成了液压油缸活塞杆的位移量很小，这就会造成油流量不足，系统运行达不到理想的状态。针对这一问题，在系统中加入了蓄能器，这一装置不仅解决了油量不足的问题，还为系统提供了一个稳定而又可靠的拉紧力。 在本次系统设计中，液压拉紧装置通过伺服放大器和电液伺服阀对液压缸的流量和压力进行实时控制，使系统得到所需要的相应拉力大小。为此我们可以根据下图进行分析 图3-2 电液力伺服控制系统原理图 把系统中理论上的拉紧力转换为电力讯号Ur作为电液力伺服控制系统的输入信号，由上图知，电力讯号Ur需要与力传感器传出的讯号Uf进行比较，从而得到一个新的讯号Uc，此信号经过经过放大器后进入电液伺服阀，此信号可以控制阀口的大小，然后此讯号可以进入液压缸从而控制油缸的输出压力。从图中不难看出，输入的讯号Ur与得到的结果液压油缸压力是相对应的。 3.1.2伺服张紧装置的特点 （1）自动张力调整 本文设计的液压张紧装置可以根据带式输送机的工作条件和输送带上的张力进行设置。传送带启动时，不同的要求会随意调整张力,系统运行平稳后，它将被命令程序自动运行，以确保传送带工作在理想状态。它还可以在正常操作条件下实时控制，在皮带正常工作时而使带式输送机的拉紧张力保持在较小的水平，此时系统的其他数据基本上是保持不变的。此种拉紧张置于其他方式相比较，功率较小，并且极大的降低了带式输送机在使用过程中的人力与财力。 （2）响应速度快 在系统的启动过程中，皮带的一边会因为启动而被突然拉紧，在正常生产作业中皮带很容易被拉断，为此当启动时，本次设计中的液压油缸就起到了至关重要的作用，在蓄能器的作用下，此装置可以补偿皮带的突然拉紧，同时还可以预防皮带另一端的松动。在运送货物时，系统的电液伺服阀可以将拉紧力控制在一定的范围内，极大的增强了系统的稳定性和安全性。 （3）易于调节 系统拉紧装置与输送机紧密的连接在了一起，极大节约了操作人员的操作时间。 3.2建立液压张紧系统模型 在整个系统的设计中，伺服阀与液压油缸是紧密相关的，是电液伺服阀将电力讯号传入的液压油缸从而控制油缸压力的。从整体来看，二者作用是相互的，为此，在建立系统模型时，二者最好可以分开来分析，这样可以轻松的得到两者的动态变化。 3.2.1建立液压缸阀控制的相关表达式 在建立表达式过程中，我们应当首先明确影响此方程表达式的因素是阀和液压油缸相关参数，另外皮带所载物料与拉紧小车对参数表达也是有一定影响程度的。在分析过程中，为了得到相关变量之间的关系，尽量把方程表达式尽量线性化表达，这样我们就可以由一个变量来观察另一变量的变化。此种线性表达在其他领域也是较为常见实用的。我们可以把整个工件的研究集中在一个点上，采用逐点分析的方法对整个系统进行研究。此次研究我们要得到拉紧装置力变化的传递函数，可以先把它分成多个方程式，然后再进行综合处理。阀口控制液压缸模型如图3.3所示 l]滑阀流动量表达式 我们已经在上述提到了线性化处理的方法，对于滑动阀表达式的获取，我们就可以采用此种方法。 为了实现滑动阀的线性表达，我们应当本着以下几个原则进行： （1）滑动阀的不对称性让我们可以假定流量前的系数大小是相等的 （2）由于有些系统量对我们函数的推导影响不大，在这里我们可以忽略不计的 （3）系统中各阀应当具有很高的灵敏响应度，即一点微小变动使我们在系统中是可以观察到的。 （4）供给压力Ps恒定，返回压力Po为零。 图3-3三通阀控制不对称缸的原理图 根据上述条件，阀的线性相关表达式可以用增加量的形式表示如下： 在公式中，阀芯的位移量与输入电流的大小是正相关变化的。 以下将伺服阀的三个阀系数定义为： A 流量变化系数Kq 次参数是流量特性方程的斜率 B 流量压力系数Kc 这是压力流量特性曲线的斜率,前面为负号,使其变为正值。另外还有压力增益Kp 这是压力特性曲线的斜率。 根据阀门系数的定义，滑阀（3.1）的线性流量可表示为 因为伺服控制阀在工作过程中变化是非常微小的，故而我们可以把它的数值绝对化，即绝对值，所以阀门的线性流量公式（3-5）也可写成： 2）流量的连续变化特性 为了得到相关线性表达式，我们可以本着以下几个原则进行： （1）在连接的各个油管中，尽量使油管粗一些，这样可以忽略摩擦力对整个系统的影响; （2）在油缸活塞的两个空间尽量避免饱和和气穴现象，这就使油缸各点的压力都是相同的。 （3）油温和体积模量不变; （4）液压缸两室在任何情况下的泄漏现象都应该是相同的 （5）活塞在液压缸的两个工作室的相同容积下进行微动。 根据流量持续性的特点，流入液压缸控制装置的流量可用以下表达式表示： Ap: 液压缸进口室的活塞有效面积 Xp: 活塞位移 Cφ:泄漏总系数 Βe:有效弹性量 Vt：进油室体积 3）增加液压缸压力方程 由于负载因素影响，我们必须在一定程度上增加油缸压力，增大对系统的控制，使作业平稳有效的进行。在启动时惯性拉力有时是很大的，这是我们不可忽视的。 液压缸张紧装置的原理和功率模型如图3-4所示。 图3-4 液压缸拉紧装置动力模型 由于液压张紧器瞬时工作，我们可以忽略瞬时启动时个别力的变化。我们可以将拉紧小车和活塞杆一起记为总质量M.拧紧小汽车与轨道之间的摩擦具有摩擦作用，其尺寸为Fz,大小为mΩgfr有方向性。 液压缸的输出力增量方程为 3.3系统模型仿真分析 系统模型仿真分析是近年来发展起来的高度全面的新兴学科。它涉及到系统的稳定运行。在系统仿真当中，计算机的应用尤为重要。目前，计算机已经成为一个综合分析系统模型的不可或缺的工具，因为随着社会的发展，综合考虑各个方面的因素，为了获取巨大的社会和经济效益，必须将其应用于方便，安全和节约的研究部门系统。在社会的各个行业当中，系统仿真在各项实践活动之前把各个细节进行真实的放大，或多或少的避免了在实践过程当中出现的错误。通过上述的计算，我们已经设定了具体的计算模拟数据，在系统仿真的过程中这些数据可以让我们看到我们此次的设计是否合理，为此我们可以引用液压仿真，液压仿真可以让我们看到在仿真过程中系统的动态变化。让我们可以真实看到液压系统的设计中存在的不合理与不足之处。在系统动态变化之中，液压仿真可以对数据进行合理的运行与分配，使我们在系统的动态变化中有机会对整个系统进行合理优化和控制。另外，研究人员可以在液压仿真中对整个系统的不足之处进行自我改进，观察参数是否和系统的动态性合理配置，若有改进之处随时更改。仿真技术在军事和科技研发中具有较高的价值，其使用方式替代了以往研究人员的假想和猜测，增加了人们对各项试验成功的可能性，极大的促进了当代社会的发展。 在本次的设计当中，对各项拉紧装置和液压缸数据的选取对本次的设计成功有重要的作用。当然还有一些必要软件是我们所需要的。目前较为常用的软件是simulink,此软件是众多软件中应用最为广泛的使用软件，其他软件只使用在个别领域之中。在本次仿真中，需要用到simulink对数据进行模拟，计算，编程，显示结果并进行验证。在本次的系统设计中，首先我们应该根据通过计算获得的函数建立函数模型，根据软件获取所需要的图像变化的信息，例如各时间变化量和各个峰值的变化。通过使用simulink，我们可以随时更改系统仿真的各个数据，以便很快使系统实验达到我们所需要的效果。另外，它还可以简化实验的步骤，使实验具有稳定性。在实验结果中，实验得到的图像数据的显示结果直观明确，图像变化也较为清晰。总而言之，实验必须先选定好数据，然后编程得到所需代码，最后代入仿真系统中得到实验所需结果。 3.3.1实验仿真数据 （1）在本次实验系统仿真所需数据见表3. 1 表3-1 带式输送机设计指标 （2）张紧缸的技术参数 1确定气缸工作移动量s 从图3.1我们可以看到 s=1/2L S 油缸移动量 L 拉紧小车移动量 通过查阅相关资料，皮带受拉力产生的变化对实验研究尤为重要，皮带会由张力引起弹性变形，长期使用后皮带会产生永久性变形。根据这篇文章的传送带的长度是1000m计算，拉紧小车行程为10m，气缸行程s = 5m。从经济的角度来看，气缸可以在输送机安装期间进行初始紧固，并将张力施加到次级张力上。并且在实验中有滚筒的存在，此装置降低了在皮带制启过程中皮带因过度拉紧产生的风险，同时它还可以增加皮带运行时的稳定性。 所以，确定气缸行程s = 2m 2确定气缸内径 气缸拉力可以计算如下 D 气缸内径，mm d 活塞杆直径，d = D/2，mm p 工作油压，MPa 在本系统中，由于钢丝的缠绕方法不同，力的计算方式是不同的，所以我们用到的力F = 2Fl,Fl是紧固托架所需的张力。 根据皮带输送机的设计要求，手推车的最大紧固力为150KN，然后F = 2×150 = 300（KN）。确定p = 21MPa，代入上述公式，即： 取D=160mm,d=90mm,根据载荷力和速度的设计要求，选用不对称液压缸作为张紧器的实施方案 部件和气缸的参数如表3.2所示 3-2 油缸的技术参数 （3）选择电液伺服阀 在本次拉紧系统设计中，因为需要拉紧装置灵敏度较大，市场上并没有体型小，流量大的拉紧装置，故而选取体型较大的液压伺服阀。本文选用的是由北京机床研究所QDYl选定的 G200-15型扭力马达电液伺服阀： 恒流量（无负载）200L / min，额定电流15mA，幅度带宽100Hz。 令伺服阀： 稳态情况： 有载流量； =115L/min 可求得液压缸输入时的最大速度： 液压缸输入时的最大速度： （4）阀控缸相关参数 具体参数如表3-3所示，根据选定的组件从相关数据中选择。 阀门流量压力系数： 阀流量系数： 表3-3 阀控缸的相关参数 3.3.2 由仿真函数求得系统函数传递值 由以上得传递函数为 接下来我们把相关参数数据代入上述函数方程式中，就会得到相应的传递函数。 负载的固有频率： 液压弹簧钢度： N/m 由于K《Kh，液压弹簧与负载弹簧偶合的刚度与阻尼系数之比为 液压固有频率 所以系统开环增益为 根据前面的分析，液压固有频率变化范围是很容易确定的，变化范围不大，易于使用。而液压阻尼比大小波动范围较大，工作条件不同带来的效果差别是很大的，所以它不易确定。实际测量一般在0.2 - 0.7变化，这里取阻尼比的大小为0.7 对伺服控制系统进行仿真，得到的固有频率约是100Hz，此值远大于以上数值，可以用比例来划分大小。 所以程序框图可以简化，如图3.5所示。 图3.5力控制系统图 通过分析，得到的函数是 此函数就是我们要进行仿真时所要用到的函数。 结论 （1） 带液压油缸可以补偿皮带运行时的力的损失，增加系统的稳定工作程度。 （2） 带式输送机应用较为广泛，此装置在工作时要求灵敏度较高，反应迅速。 （3） 液压拉紧装置是我们研究的重点，设计出优良的拉紧装置能够节约工作时间，简化系统结构，并能增加操作的安全系数。 （4） 伺服拉紧装置反应较为迅速，拉紧力大小还可以易于调节，简化了以往的拉紧装置。 （5） 根据液压阀等相关部件建立合理的线性模型，线性化的模型可以简化系统仿真，便于我们得出结论。 （6） 在整个系统设计中，无论怎样都要保证所选参数的正确性与合理性。 （7） 油缸活塞能够符合系统标准进行移动，不能出现较大的误差。 致谢 在不经意间我们大学四年的时光已经走完，在此感谢四年来陪伴我的朋友们，在毕业论文即将完成之际，感谢我的导师陆兴华老师这几个月来的悉心指导，使我能够顺利完成此次的毕业设计。在选题之初，感觉这次的题目有一些困难，但在老师的指导下我渐渐的领悟了在设计时的一些技巧，于是思路渐渐明朗起来。在设计中有些计算非常难以理解，好在经过导师指导，经过查阅资料发现并没有想象中的那么困难，一些深奥难懂的地方都可以理解透彻。 最后在这里向帮助我的导师和朋友们表示衷心的的感谢！同时感谢参加答辩的各位老师：你们辛苦了！ 参考文献 [1]徐灏．机械设计手册.北京：机械工业出版社，2000． [2]许福玲，陈尧明.液压与气压传动，机械工业出版社，2007 [3]陈国定，吴立颜.机械设计，高等教育出版社，2013 [4]裘新建，机械原理课程设计，高等教育出版社，2010 [5]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理，高等教育出版社，2015 [6]朱颜，张雨震.矿车清扫机应用现状分析[J].湖南农机，2013 [7]陈文，孙召瑞.一种矿车清车装置设计[J]，煤矿机械，2007 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