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畢業(yè)設計說明書
帶液壓缸的帶式輸送機液壓拉緊系統(tǒng)設計
DESIGN OF HYDRAULIC TENSIONING SYSTEM FOR BELT CONVEYOR WITH HYDRAULIC CYLINDRE
學生姓名
學 號
班 級
指導教師
專業(yè)名稱
學院名稱
機電工程學院
5月 26日
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畢業(yè)設計原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的畢業(yè)設計，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本設計說明書不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。
本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)設計版權協(xié)議書
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論文作者簽名： 導師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
隨著當代科技的發(fā)展，帶式輸送機的用途正在發(fā)生日異月新的變化。帶液壓油缸的帶式輸送機發(fā)展尤為迅速，其性能功率正影響著機械行業(yè)的各個領域。作為機械專業(yè)的一名大學生面對我們國家的機械行業(yè)的壯大感到深深的震撼。在帶式輸送機的制啟過程中，研究力的變化對帶式輸送機使用壽命的影響尤為重要。在此過程中，拉緊力變化應與帶式輸送機張力變化相適應，對此研究帶式輸送機動態(tài)變化成為我們?nèi)ヌ接懙闹攸c。
在本次的帶液壓油缸的帶式輸送機液壓拉緊系統(tǒng)設計中，我們的設計應本著一些基本原則：在電機啟動過程中，拉緊力變化應該在電機驅動力變化范圍之內(nèi)，不應超出電機載荷；在電機制動過程中，皮帶張力應自動松弛以減緩對帶式輸送機造成的負面影響。自適用拉緊系統(tǒng)在本次的設計中起到關鍵作用，不僅如此，其他行業(yè)對自適用控制理論的應用更為廣泛。采用液壓拉緊裝置可以很輕松的解決皮帶傳動過程中存在的拉緊問題，能實現(xiàn)傳動過程中拉緊控制的調節(jié)，使帶式輸送機的制啟過程有效方便的進行。
關鍵詞 ；帶液壓油缸；帶式輸送機；液壓拉緊裝置；拉緊力；皮帶張力
Abstract
小四號Times New Roman字體，首行縮進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
V
畢業(yè)設計說明書
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1帶液壓油缸 1
1.1.1帶液壓油缸定義 1
1.1.2液壓油缸的組成及原理 1
1.1.3帶液壓油缸的分類 2
1.2 帶式輸送機 2
1.2.1 帶式輸送機對液壓拉緊系統(tǒng)的要求 3
2 拉緊裝置 4
2.1 拉緊裝置簡介 4
2.1.1拉緊裝置的發(fā)展歷程 4
2.1.2 帶式輸送機對拉力系統(tǒng)要求 4
2．2張緊裝置的組成及其主要功能 4
2．2．1張緊裝置的組成 4
2.2.2帶式輸送機張力裝置的作用 5
2.3帶式輸送機對張緊裝置的性能要求 5
2.3.1自動跟蹤性能 5
2.3.2克服系統(tǒng)的滯后性能 6
2.3.3克服工作條件的變化 6
3皮帶張緊器液壓拉緊系統(tǒng)設計 11
3.1帶式輸送機液壓伺服張緊系統(tǒng)總體設計 11
3.1.1液壓拉緊裝置的構成和工況分析 11
3.1.2伺服張緊裝置的特點 13
3.2建立液壓張緊系統(tǒng)模型 13
3.2.1建立液壓缸閥控制的相關表達式 13
3.3系統(tǒng)模型仿真分析 16
3.3.1實驗仿真數(shù)據(jù) 17
3.3.2 由仿真函數(shù)求得系統(tǒng)函數(shù)傳遞值 20
結論 22
致謝 23
參考文獻 24
VI
1 緒論
帶液壓缸的帶式輸送機液壓拉緊系統(tǒng)的設計具有非常實用的意義。在日常的操作生產(chǎn)當中，帶式輸送機的拉緊裝置是應用較為廣泛的一種裝置，該裝置的應用極大的節(jié)約了成本和作業(yè)時間，對于遠距離，體型大的物料傳送是非常適用的。在進行本次的設計之前，我們應當首先明確帶液壓油缸 ，帶式輸送機以及拉緊裝置具體的結構和原理，只有將各個部件進行合理有效的分析，我們才可以對設計進行合理的數(shù)字分析，建立有自己特點的新型數(shù)學模型。以下就是我們對整個設計進行的各部件的分析。
1.1帶液壓油缸
在液壓油缸長時間的使用過程需要進行合理的維護，畢竟它是整個液壓系統(tǒng)的核心部件，在液壓缸活塞伸出油缸后是要與空氣接觸的，這樣它就很容易遭到氣體的氧化作用，如果長時間進行工作的話，活塞部位就會變的非常脆弱，所以要做好防氧化的工作。我們都知道液壓油箱中有液壓油，液壓油是要換的，如果長時間不換就會對缸壁造成腐蝕，影響整個油缸的使用。一定要注意油缸衛(wèi)生的保養(yǎng)工作，定期擦拭掉油缸表面的污染物。在組裝液壓油缸時，一定要注意線路和油管的連接，管道如果連接錯誤就會出現(xiàn)漏油或是系統(tǒng)無法啟動。另外油缸的放置應當遠離重物的碰撞，不然會損壞缸壁。
1.1.1帶液壓油缸定義
液壓油缸是將其他形式的能轉換為機械能，并且油缸做直線運動或往復運動的一種液壓元件。由于其使用較為穩(wěn)定，結構較為簡單，在機械行業(yè)中應用較為廣泛。
1.1.2液壓油缸的組成及原理
常見的油缸基本結構為：缸筒 缸蓋 活塞 活塞桿 密封裝置 緩沖裝置 排氣裝置
在液壓油缸的使用當中，液壓油缸的輸出力與活塞的有效面積和它兩邊的壓力差成正比。如下圖1-1所示，在兩端的進出油口中，當一端進油時，在達到一定壓力后，活塞以一定的速度朝另一方向以穩(wěn)定的速度運動，此時活塞桿就會對外界做功。
1-1液壓油缸工作原理
1缸筒2活塞3活塞桿4密封裝置5緩沖裝置
1.1.3帶液壓油缸的分類
在對液壓缸的分類當中，由于其分類方式的不同，它可以分為多類。按運動的方式分類可分為直線往復運動型和回轉擺動型；按壓力作用不同分為單作用型和雙作用型；按結構分為活塞式和柱塞式等。無論液壓缸分類如何，其工作原理大體相似。
1.2 帶式輸送機
帶式輸送機的產(chǎn)生為當代生產(chǎn)的發(fā)展起到了巨大的作用，自此以后，工業(yè)，建筑，水力及其他各行各業(yè)得到了質的飛躍。帶式輸送機的遠距離傳送極大的節(jié)約了成本，避免了生產(chǎn)過程中能源的浪費。帶式輸送機能減少作業(yè)時間并能輕松解決運量大的難題。由于其結構簡單，便于操作，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障可以輕松地解決。帶式輸送機可以形成一條長的流水線，將貨物由起送點運送到卸貨點，運送的貨物可以質量很大。
帶式輸送機在起發(fā)展過程中可以歸納為以下幾個階段：1 拉緊階段：此時帶式輸送機剛剛起步用于生產(chǎn)，從當時的生產(chǎn)背景來看，其作用僅僅拉緊，當皮帶因為拉伸而張力下降時，必須有人在旁從新操作使皮帶重新正常運行。當時的帶式輸送機功耗較大，運行操作較為緩慢，并且其能承受的最大載荷也有限度。在運行過程中，皮帶張力不能夠恒定調節(jié)，運行速度緩慢，生產(chǎn)作業(yè)時間較長。盡管如此，當時的工業(yè)和建筑業(yè)仍然得到了極大的發(fā)展。2拉力可調節(jié)階段：此時在操作過程中，皮帶的張緊運行得以勻速進行，生產(chǎn)得以改進。并且此時帶式輸送機結構得以簡化，更便宜人的操作。但在發(fā)動機的啟動和停止時，皮帶速度仍然很難穩(wěn)定控制。3自動拉緊階段：此時的拉緊系統(tǒng)與液壓發(fā)展相結合，生產(chǎn)出了先進的液壓絞車，此時的絞車雖能實現(xiàn)速度的穩(wěn)定運行但功耗較大。為此，新型的液壓缸式拉緊系統(tǒng)由此誕生，由于其運行響應快，能夠極大降低能耗，并且其零部件造價較低，在皮帶啟動和運行時能夠以平穩(wěn)速度運行，皮帶拉力也較為穩(wěn)定。
1.2.1 帶式輸送機對液壓拉緊系統(tǒng)的要求
穩(wěn)定性：在發(fā)動機啟動時，皮帶的伸長速度應與拉緊裝置密切配合，減少皮帶在啟動時產(chǎn)生的摩擦與滯損，防止出現(xiàn)斷帶現(xiàn)象，使帶式輸送機平穩(wěn)運行。在皮帶與滾筒之間摩擦力一定要充足，不然皮帶容易打滑。另外，在皮帶上各點必須有充足的壓力，不然在運動貨物時容易出現(xiàn)貨物脫落的現(xiàn)象。要為皮帶的修復工作做好準備，以免工作時出現(xiàn)問題影響運輸?shù)恼＿M行。
克服滯后性：貨物在皮帶傳送時受到慣性力和摩擦力的影響，這對于拉緊裝置的要求就要高一些，拉緊裝置必須要有一定的高靈敏性才能使貨物在遠距離傳送中安全到達存放點。發(fā)動機啟動時動力過大也會對傳送造成影響，如若皮帶應力達到拉緊裝置所允許的最大值，拉緊裝置將進行下一個周期，嚴重拖延了貨物在皮帶上的傳動時間。
克服多變性：帶式輸送機在啟動或停止時在力與速度上存在很大的不穩(wěn)定性，在正常情況下起動機應在啟動時比正常運行時要提供更大的力才能維持貨物傳送，這就要求拉緊裝置在響應時要更為靈活，由于在制動時危險性較大，停滯較為困難，必須計算好摩擦力，帶張緊力與貨物重量之間的關系，從而通過拉緊裝置來有效制動。貨物在皮帶上運動時，要對運動與力的變化做好相應的記錄，以便進行更深層次的研究。
24
2 拉緊裝置
2.1 拉緊裝置簡介
2.1.1拉緊裝置的發(fā)展歷程
在拉緊裝置的發(fā)展歷程中，由于缺乏安全穩(wěn)定的先進技術，所以危險事故常有發(fā)生，為此如何解決這一技術難題是我們討論的重點。目前，自動拉緊裝置是這一領域研究的方向，如何讓自動拉緊裝置反應速度快，使貨物在皮帶上平穩(wěn)運行始終是放在首位的。我們國家在這一領域雖能做到自動控制皮帶拉力，但在拉緊裝置的反應速度上與國外還存在很大差距。
對于不同類型的帶式輸送機，能否合理安放拉緊裝置的位置極其重要，因為這關系到皮帶運行的穩(wěn)定與效率，考慮到皮帶運行的速度和時間等各個方面的因素，我們一定要做好合理的實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，總結實驗的結論，便于實踐操作，防止安全以外的發(fā)生。
2.1.2 帶式輸送機對拉力系統(tǒng)要求
當代帶式輸送機正朝著多元化的社會科技方向發(fā)展，在本次拉緊系統(tǒng)設計中也有著至關重要的作用。在生產(chǎn)操作中，輸送機的性能好壞對于生產(chǎn)安全有著至關重要的作用。好的輸送機能夠降低皮帶在啟動過程中的張力。但在正常運行時皮帶的拉力又不能太低，如若太低，貨物不能穩(wěn)定在皮帶運行，皮帶也有可能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
在設計中對于輸送機的控制非常重要，可以通過拉緊裝置力大小的調節(jié)來改變輸送機的狀態(tài)，為此拉緊裝置在本次設計中就起到了關鍵性的作用。拉緊裝置是此次系統(tǒng)設計中至關重要的部分，在皮帶運行時正確利用力的變化來平穩(wěn)操作，靠的是拉緊裝置與輸送機的合理配合。下面針對帶式輸送機張力裝置的問題分析。
2．2張緊裝置的組成及其主要功能
2．2．1張緊裝置的組成
對于帶小傾角的帶式輸送機，一般用于拉緊裝置。
圖2-1拉緊裝置的組成圖示
張緊裝置包括拉小車、拉緊滾筒、拉緊張力產(chǎn)生設備(如重錘、絞車或拉桿 和油缸等)及其控制系統(tǒng)。
小型車對膠帶特性的影響主要體現(xiàn)在兩方面:一是小型車及其配件，其質量、動力和靜摩擦系數(shù)均能影響其振動特性，間接影響到粘結的驅動特性。另一方面是緊湊型車在帶式輸送機系統(tǒng)中的位置會引起其運動特性的變化。
張緊滾筒是與膠帶直接接觸的張緊裝置的一部分，在運動時將會直接受到影響，同時膠帶的振動特性、慣性質量和摩擦系數(shù)將影響膠帶的運動。產(chǎn)生和控制拉力的裝置是影響膠帶動態(tài)特性的主要因素之一。當皮帶張力變化拉緊裝置時如何反應，是張緊裝置的核心部分。由此可見，對帶式輸送機的動態(tài)特性進行優(yōu)化是十分重要的。
2.2.2帶式輸送機張力裝置的作用
(1)使皮帶與傳動裝置之間有足夠大的摩擦力，這樣貨物在傳送時才不會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，避免了危險事故的發(fā)生。
(2)在運行過程中，皮帶與傳動裝置之間應該會有一小段距離的移動，這樣能預防輸送機在制啟過程出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
(3)確保輸送帶的每一點都有必要的張力，并限制輸送帶在滾筒上的負荷。傳送帶的垂直偏轉，使傳送帶無法在滾子的間隙太松，會使輸送帶失去溝槽，這就使貨物在傳送時出現(xiàn)偏差，造成皮帶摩擦阻力的減小的情況。
(4)在一定條件下可以減少皮帶過大的伸長，因為在工作時皮帶會有一段時間保持較大的長。，在過渡條件下，皮帶有時會永久伸長，這樣就使用到了帶式輸送機，因為它可以防止皮帶出現(xiàn)過緊或過松的現(xiàn)象。
(5)為傳送帶的重新連接和維修提供必要的路線。
(6)在長距離帶式輸送機中，當輸送帶減少和制動時，其動載荷出現(xiàn)在傳送帶上，尤其重要的是要確保皮帶不會在驅動輥上打滑。目前，煤礦豎井或斜井的主帶往往在超載時打滑，皮帶輸送機的驅動力是通過滾筒與膠帶之間的摩擦而定的，所以在特定的情況下，皮帶應該有超過一定程度的張緊。
2.3帶式輸送機對張緊裝置的性能要求
帶式輸送機向高速、長距離、大容量、高功率方向發(fā)展，因為隨著皮帶的長距離和大變形，提出了對張力裝置的新要求，根據(jù)膠料皮帶會以不同運行狀態(tài)快速響應，以確保皮帶的正常運行。
2.3.1自動跟蹤性能
對于長距離帶式輸送機，由于輸送帶的高負荷，輸送帶的粘結彈性更為明顯，這對操作條件的穩(wěn)定性，尤其是制動特性有很大的影響。運輸延伸的距離也增加了輸送帶在運行過程中的伸長，以及傳統(tǒng)的螺旋張力和重量。
輸送帶的張緊裝置，如重錘的拉力和絞車的張緊力，由于拉伸距離的限制而難以調節(jié)，輸送帶張緊要求1000米以上，長距離輸送機的張力應該不僅滿足輸送帶的伸長，還可以根據(jù)數(shù)量和張力的要求進行調整。另外在起動階段應做好帶式輸送機的動態(tài)防滑。
帶式輸送機在低壓條件下可改善輸送帶的使用，減少能源消耗。當長距離和大動量帶式輸送機啟動時，應能產(chǎn)生足夠的張力以減少傳送帶浪涌現(xiàn)象，保證了輸送機的可靠啟動，使帶式輸送機滿足輸送帶的要求。張力自動實時控制應選擇性能優(yōu)越、動作靈敏的輸送帶張力調節(jié)裝置。
2.3.2克服系統(tǒng)的滯后性能
由于系統(tǒng)的慣性質量，產(chǎn)生了慣性力，系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，同時它也受到摩擦力的影響，這阻礙了系統(tǒng)的運動。也就是說在傳送帶上張力的變化下，下一個變化周期已經(jīng)到來，張緊裝置沒有調整上一個周期內(nèi)部張力的變化，導致調整速度跟不上性能在一定程度上出現(xiàn)滯后，所以拉緊裝置應有快速響應速度和高靈敏度。導致張力裝置工作不穩(wěn)定的另一個主要原因是動態(tài)應力的波動。在中國很少使用軟起動，大多數(shù)主電機啟動過程過快，且輸送帶的應力峰值沖擊張力裝置力傳感器，例如峰的峰值，持續(xù)了一定的時間，導致張力裝置從一個開始還沒完成，又進入下一個循環(huán)。
2.3.3克服工作條件的變化
磁帶機的工作條件不斷變化，如滿載起動、空載起動、滿載運行，空載運行，滿載減速，空載減速，預拉伸等。
(1)起始條件
當輸送機啟動時，輸送帶松散的一側會突然放松和拉伸，張力裝置應擰緊。此時速度應該足夠快，以補充輸送帶的伸長，減少輸送帶松散側對緊邊的影響。不僅如此，輸送機可以平穩(wěn)、可靠、良好地啟動，從而輸送帶得到保護。
在啟動階段，要求張緊裝置提供足夠的張緊力，如果張緊力小，輸送帶就會打滑，所以不能啟動。如果張力過大，就會發(fā)生斷帶事故。與此同時，當輸送機啟動時，要求張力比穩(wěn)定運行強1.4倍或1.5倍，所以在啟動時應該自動擰緊輸送機。
(2)制動條件
制動工況包括自由制動和有力制動兩種工況
在動力作用的情況下，系統(tǒng)的慣性可以達到停車目的的工作狀態(tài)就叫自由制動。當有一個自由的停止時，通常會有很大的影響，所以需要張緊裝置快速反應以產(chǎn)生影響。對于具有長距離和大彈性模量的帶式輸送機而言，停車比加速更為危險，控制更難。分析表明，在停車過程中可以產(chǎn)生內(nèi)部存儲應力。這種特殊的動應力比驅動系統(tǒng)在加速時產(chǎn)生的動態(tài)應力要大得多，這需要長距離帶式輸送機必須通過動力分析，如對起動電源故障和緊急停車等進行深入研究從而了解這種工作條件所造成的危害。
(3)錯誤工況條件
a 隨著輸送機速度的不斷提高，輸送機的軟起動器可以得到有效的解決起動過程中的沖擊問題，但啟動和制動的加速度小，需要設備的熱容在加載過程中吸收能量耗散。制動的減速小，也減少了設備的安全性，輸送機的安全對緊急情況的響應也較小。當斷帶或傳送帶被物體卡住時，設備可以立即停止帶式輸送機。當傳送帶出現(xiàn)滑移時，張力裝置在滑移時能自動增加拉力。
b 停電 當停電時，擰緊絞車鎖緊，使輸送機系統(tǒng)關閉，這將導致張緊裝置的張力要比絞車引起的張力大得多。所以在開始傳送帶之前，應盡量減少壓力。否則，輸送機將啟動，它會對皮帶產(chǎn)生很大的影響。
(4)穩(wěn)定工況時間變化負荷。
a 空載運行
帶式輸送機在運行過程中產(chǎn)生的力不斷變化使輸送帶移動，這對于長距離和大型運輸機的大型運輸來說更為明顯，張緊裝置可根據(jù)動態(tài)張力的變化自動調節(jié)張力。
b .滿載運行
當帶式輸送機滿載時，負載對輸送帶有很大的影響，會使其邊緣偏轉，這就要求張緊裝置能平衡沖擊力和減小撓度。通常帶式輸送機滿載開始，因為出現(xiàn)故障很難在停車前把所有材料從傳送帶上取下來 ，這個問題必須在計劃中考慮。當帶式輸送機滿載時，需要更大的牽引力才能克服慣性力的靜態(tài)阻力，當牽引力能克服靜阻力時，就需要拉力也會做出相應的改變來使整個系統(tǒng)平穩(wěn)有效的進行。
重錘張緊裝置
1)錘式張緊裝置的組成
皮帶式輸送機的錘緊裝置是由拉緊小車、重錘、滑輪組、鋼絲繩等組成。
重量張緊裝置的結構如圖2所示。
圖2-2重錘拉緊裝置
1臂帶 2 張緊輥 3軸承座 4滑塊 5重錘6拉緊小車
重錘張緊裝置是最簡單、最廣泛使用的張緊裝置，質量較大。錘頭本身的重量實現(xiàn)了輸送帶的自動張力，從而保證了各種工況下的張力保持不變。它可以使整個裝置有足夠的摩擦力，防止皮帶伸長時摩擦力不足，限制每個托輥之間垂度，使功能正常運行。重量張緊裝置適用于固定的長途運輸機器，對環(huán)境的使用沒有特別的要求。
2)錘式張緊裝置的布置
重錘張緊裝置一般使用在帶固定裝置的帶式輸送機尾部，如果尾部空間小，它也可以用于機身中部。它依靠錘的重量來擰緊傳送帶，調整拉緊力可以有不同的效果。理論上它可以保持恒定的張力，但它實際上是一個重錘，它不是恒力張緊裝置，而附加動載荷是由重錘張緊系統(tǒng)的振動特性產(chǎn)生的，這對整個系統(tǒng)是非常重要的。
對于大多數(shù)重錘擰緊裝置，張緊裝置本身存在摩擦阻力，存在死亡區(qū)域，但死亡面積并不大，可以充分發(fā)揮其應有的作用，并且可靠性強。
3)重型皮帶張緊裝置的負面影響
使用此拉緊裝置雖然能夠獲取恒定的拉力使貨物穩(wěn)定運行，但有時也會有一定的缺陷。
(1)使用重型拉緊可以把拉力穩(wěn)定到固定大小，防止出現(xiàn)打滑或脫落現(xiàn)象。重錘的拉力在開始運動時就隨著帶式輸送機的啟動而確定，而在貨物運行時拉力大小是不變的，但當貨物運到指定地點需要停止時，這時需要的皮帶拉力應該減小，但重型拉緊系統(tǒng)拉力是恒定的，這就使貨物安全停放出現(xiàn)了困難，從而嚴重影響了皮帶拉緊裝置的使用壽命。
(2)此種拉緊裝置占地面積較大，使用時應該有足夠大的使用場所，這是我們應該考慮的。另外拉力是恒定的，如果設備出現(xiàn)故障，維修是有一定困難的。
(3)在啟動的過程中，由于過程迅速，重錘的晃動較為劇烈，貨物偏移，皮帶打滑的現(xiàn)象時有發(fā)生，同時皮帶的使用壽命會大大降低，不利于安全生產(chǎn)工作的進行。
(4)在帶式輸送機啟動，運行或停止時，系統(tǒng)所需拉力大小是不同的，這就需要安裝不同的分配拉力裝置，過程較為繁瑣，工作量較大。
自動液壓張緊裝置
1)自動液壓張緊裝置的組成及原理介紹
皮帶輸送機自動液壓張緊裝置主要由液壓泵、油缸和蓄能器等組成。這種裝置油缸固定，用鋼絲把拉緊小車與液壓缸的活塞桿連接成一個整體，便于操作，結構也較為簡單。
眾所周知，整個系統(tǒng)的運動階段由啟動，正常運行和制動停止三個階段構成，我們所使用的拉緊裝置主要控制的就是前兩個階段的拉力變化，實現(xiàn)電能，液壓能，機械能對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
在系統(tǒng)的啟動中，由于貨物要穩(wěn)定向前運動，這就要求一定的摩擦力來完成。根據(jù)物理學知識的分析，這就要求皮帶的拉力要比輸送機提供的拉力要大一些。在貨物運行時，此時皮帶拉緊力就要小一些才能使貨物快速的移動。所以，皮帶拉力啟動時較大一些，在正常運行時小一些。在這兩種工況之中，液壓油缸應該能夠由此提供兩種不同的拉力進行控制。另外在工作時由于受到外界環(huán)境的干擾，皮帶可能在較長時間內(nèi)處于拉緊狀態(tài)，或者皮會出現(xiàn)大范圍內(nèi)的波動，這就需要蓄能器進行及時的調節(jié)，使系統(tǒng)快速的恢復正常。 液壓拉緊系統(tǒng)如圖2-3所示
張緊站用于油缸前腔內(nèi)電機驅動的電機泵出油，從而使氣缸活塞桿產(chǎn)生張力，張力由溢流閥3控制。在一定范圍內(nèi)使用兩個壓力繼電器來控制液壓系統(tǒng)的壓力從而控制張力。在一定條件下，可以由兩個繼電器根據(jù)拉力大小的判斷決定液壓油泵的出油或進油。當油泵電機停止時，穩(wěn)定的拉力由蓄能器保證，以保證皮帶的正常運行。
2-3自動液壓拉緊站系統(tǒng)圖
1粗過濾器 2油泵 3電動機 4精過濾器 5手動換向閥 6液控單向閥 7壓力泵 8油缸 9動滑輪 10拉緊小車 11蓄能器 12開關閥 13溢流閥 14溢流閥 YJ1 YJ2 YJ3 壓力繼電器
2）自動液壓張緊裝置的特點
自動液壓裝置在實際生產(chǎn)中應用較為廣泛，其自動調節(jié)極大節(jié)約了生產(chǎn)時間，節(jié)約了成本。
當啟動和運行平穩(wěn)時，張力需要不同。該裝置具有以下特點：
(1)開始張力和正常運行張力可以根據(jù)皮帶輸送機的張力調整。
(2)與其他類型拉緊裝置相比，液壓拉緊裝置相關技術較為先進。
(3)當斷裂帶自動停止并自動打滑時，可以自動增加張力的保護性能;
(4)其組裝較為精密，同時占地面積較小
(5)在操作過程中，工作人員不需要跟著機器走，在距離較遠的控制站就能完成生產(chǎn)作業(yè)。
3)液壓拉緊裝置拉力不足
在裝置控制方面由于繼電器的使用，這就造成了系統(tǒng)拉力不能跟隨貨物運行及時調節(jié)到所需大小，貨物運行就會出現(xiàn)運動遲緩現(xiàn)象。正是因為上述原因，系統(tǒng)響應不能及時跟上，造成了皮帶在運送貨物時出現(xiàn)時快時慢的現(xiàn)象，速度大小難以掌控。
3皮帶張緊器液壓拉緊系統(tǒng)設計
在設計中首先應當對各種張力裝置工作方法的優(yōu)缺點進行綜合分析，由此實驗人員在對以往的拉緊裝置進行合理分析后，盡量使研究趨于滿足輸送帶不打滑，保證輸送在滾筒的垂直要求下張力最小化。在帶式輸送機運行時存在張力過大問題，如何解決類似相關問題，使系統(tǒng)穩(wěn)定進行是我們所要達到的目的。為了實現(xiàn)在運行時帶式輸送機能夠以恒定張緊力運送貨物，本文采用了液壓伺服系統(tǒng)設計對拉緊裝置進行改進，本系統(tǒng)設計對液壓缸進行控制，建立合理有效的數(shù)學模型，并對系統(tǒng)進行了仿真分析。
3.1帶式輸送機液壓伺服張緊系統(tǒng)總體設計
3.1.1液壓拉緊裝置的構成和工況分析
（1）拉緊裝置的構成
液壓伺服張緊器由液壓泵，油缸，繼電器，伺服閥，力傳感器，放大器，控制箱等一系列重要結構組成。液壓拉緊系統(tǒng)圖如3.1所示。
（2）工作條件狀況分析
通過以上的分析可知，在整個系統(tǒng)的制啟過程中，我們運送貨物所需要的拉力大小是不同的。在系統(tǒng)運行時所需拉緊力要比啟動時拉力小很多。這就需要我們明確在兩種工況下拉力大小能做到合理的調節(jié)。
如圖3.1所示，此種設計方案是在油缸得進油管道中安裝伺服閥，使其并聯(lián)接入。這種接入方式使皮帶運行時拉緊力大小可以穩(wěn)定操控。此解決方案可緊固進油管并連接
電液伺服閥控制油路，實現(xiàn)帶式輸送機穩(wěn)定運行時張力的實時控制。從圖中可以看出，在整個系統(tǒng)啟動之前，首先打開拉緊裝置，油缸拉力逐漸增大，當增加到一定程度后，就能夠啟動輸送，此時我們的繼電器7會發(fā)出拉力足以啟動的信號。在啟動之前，5是打開的，15是關閉的，而6是打開的。在啟動后，在7發(fā)出信號時，5迅速關閉，此時整個系統(tǒng)由15來控制，此時15能夠對正常運行條件下的油缸壓力大小進行實時控制。
圖3-1 液壓張緊裝置拉緊站系統(tǒng)圖
1粗過濾器 2油泵 3電動機 4精過濾器 5手動換向閥 6開關閥 7壓力繼電器 8壓力表 9油缸 10拉力傳感器 11動滑輪 12改向滑輪 13拉緊小車 14慢速絞車 15電液伺服閥 16蓄能器 17溢流閥 18油箱
該系統(tǒng)需要快速啟動，即液壓缸必須快速擰緊原始松緊帶并啟動膠帶機。在這一過程當中，皮帶的下支帶會因此迅速拉緊，輸送機和液壓油缸應當迅速響應。在正常情況下，正是因為此時的皮帶處于拉緊狀態(tài)，造成了液壓油缸活塞桿的位移量很小，這就會造成油流量不足，系統(tǒng)運行達不到理想的狀態(tài)。針對這一問題，在系統(tǒng)中加入了蓄能器，這一裝置不僅解決了油量不足的問題，還為系統(tǒng)提供了一個穩(wěn)定而又可靠的拉緊力。
在本次系統(tǒng)設計中，液壓拉緊裝置通過伺服放大器和電液伺服閥對液壓缸的流量和壓力進行實時控制，使系統(tǒng)得到所需要的相應拉力大小。為此我們可以根據(jù)下圖進行分析
圖3-2 電液力伺服控制系統(tǒng)原理圖
把系統(tǒng)中理論上的拉緊力轉換為電力訊號Ur作為電液力伺服控制系統(tǒng)的輸入信號，由上圖知，電力訊號Ur需要與力傳感器傳出的訊號Uf進行比較，從而得到一個新的訊號Uc，此信號經(jīng)過經(jīng)過放大器后進入電液伺服閥，此信號可以控制閥口的大小，然后此訊號可以進入液壓缸從而控制油缸的輸出壓力。從圖中不難看出，輸入的訊號Ur與得到的結果液壓油缸壓力是相對應的。
3.1.2伺服張緊裝置的特點
（1）自動張力調整
本文設計的液壓張緊裝置可以根據(jù)帶式輸送機的工作條件和輸送帶上的張力進行設置。傳送帶啟動時，不同的要求會隨意調整張力,系統(tǒng)運行平穩(wěn)后，它將被命令程序自動運行，以確保傳送帶工作在理想狀態(tài)。它還可以在正常操作條件下實時控制，在皮帶正常工作時而使帶式輸送機的拉緊張力保持在較小的水平，此時系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)基本上是保持不變的。此種拉緊張置于其他方式相比較，功率較小，并且極大的降低了帶式輸送機在使用過程中的人力與財力。
（2）響應速度快
在系統(tǒng)的啟動過程中，皮帶的一邊會因為啟動而被突然拉緊，在正常生產(chǎn)作業(yè)中皮帶很容易被拉斷，為此當啟動時，本次設計中的液壓油缸就起到了至關重要的作用，在蓄能器的作用下，此裝置可以補償皮帶的突然拉緊，同時還可以預防皮帶另一端的松動。在運送貨物時，系統(tǒng)的電液伺服閥可以將拉緊力控制在一定的范圍內(nèi)，極大的增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
（3）易于調節(jié)
系統(tǒng)拉緊裝置與輸送機緊密的連接在了一起，極大節(jié)約了操作人員的操作時間。
3.2建立液壓張緊系統(tǒng)模型
在整個系統(tǒng)的設計中，伺服閥與液壓油缸是緊密相關的，是電液伺服閥將電力訊號傳入的液壓油缸從而控制油缸壓力的。從整體來看，二者作用是相互的，為此，在建立系統(tǒng)模型時，二者最好可以分開來分析，這樣可以輕松的得到兩者的動態(tài)變化。
3.2.1建立液壓缸閥控制的相關表達式
在建立表達式過程中，我們應當首先明確影響此方程表達式的因素是閥和液壓油缸相關參數(shù)，另外皮帶所載物料與拉緊小車對參數(shù)表達也是有一定影響程度的。在分析過程中，為了得到相關變量之間的關系，盡量把方程表達式盡量線性化表達，這樣我們就可以由一個變量來觀察另一變量的變化。此種線性表達在其他領域也是較為常見實用的。我們可以把整個工件的研究集中在一個點上，采用逐點分析的方法對整個系統(tǒng)進行研究。此次研究我們要得到拉緊裝置力變化的傳遞函數(shù)，可以先把它分成多個方程式，然后再進行綜合處理。閥口控制液壓缸模型如圖3.3所示
l]滑閥流動量表達式
我們已經(jīng)在上述提到了線性化處理的方法，對于滑動閥表達式的獲取，我們就可以采用此種方法。
為了實現(xiàn)滑動閥的線性表達，我們應當本著以下幾個原則進行：
（1）滑動閥的不對稱性讓我們可以假定流量前的系數(shù)大小是相等的
（2）由于有些系統(tǒng)量對我們函數(shù)的推導影響不大，在這里我們可以忽略不計的
（3）系統(tǒng)中各閥應當具有很高的靈敏響應度，即一點微小變動使我們在系統(tǒng)中是可以觀察到的。
（4）供給壓力Ps恒定，返回壓力Po為零。
圖3-3三通閥控制不對稱缸的原理圖
根據(jù)上述條件，閥的線性相關表達式可以用增加量的形式表示如下：
在公式中，閥芯的位移量與輸入電流的大小是正相關變化的。
以下將伺服閥的三個閥系數(shù)定義為：
A 流量變化系數(shù)Kq
次參數(shù)是流量特性方程的斜率
B 流量壓力系數(shù)Kc
這是壓力流量特性曲線的斜率,前面為負號,使其變?yōu)檎?。另外還有壓力增益Kp
這是壓力特性曲線的斜率。
根據(jù)閥門系數(shù)的定義，滑閥（3.1）的線性流量可表示為
因為伺服控制閥在工作過程中變化是非常微小的，故而我們可以把它的數(shù)值絕對化，即絕對值，所以閥門的線性流量公式（3-5）也可寫成：
2）流量的連續(xù)變化特性
為了得到相關線性表達式，我們可以本著以下幾個原則進行：
（1）在連接的各個油管中，盡量使油管粗一些，這樣可以忽略摩擦力對整個系統(tǒng)的影響;
（2）在油缸活塞的兩個空間盡量避免飽和和氣穴現(xiàn)象，這就使油缸各點的壓力都是相同的。
（3）油溫和體積模量不變;
（4）液壓缸兩室在任何情況下的泄漏現(xiàn)象都應該是相同的
（5）活塞在液壓缸的兩個工作室的相同容積下進行微動。
根據(jù)流量持續(xù)性的特點，流入液壓缸控制裝置的流量可用以下表達式表示：
Ap: 液壓缸進口室的活塞有效面積
Xp: 活塞位移
Cφ:泄漏總系數(shù)
Βe:有效彈性量
Vt：進油室體積
3）增加液壓缸壓力方程
由于負載因素影響，我們必須在一定程度上增加油缸壓力，增大對系統(tǒng)的控制，使作業(yè)平穩(wěn)有效的進行。在啟動時慣性拉力有時是很大的，這是我們不可忽視的。
液壓缸張緊裝置的原理和功率模型如圖3-4所示。
圖3-4 液壓缸拉緊裝置動力模型
由于液壓張緊器瞬時工作，我們可以忽略瞬時啟動時個別力的變化。我們可以將拉緊小車和活塞桿一起記為總質量M.擰緊小汽車與軌道之間的摩擦具有摩擦作用，其尺寸為Fz,大小為mΩgfr有方向性。
液壓缸的輸出力增量方程為
3.3系統(tǒng)模型仿真分析
系統(tǒng)模型仿真分析是近年來發(fā)展起來的高度全面的新興學科。它涉及到系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在系統(tǒng)仿真當中，計算機的應用尤為重要。目前，計算機已經(jīng)成為一個綜合分析系統(tǒng)模型的不可或缺的工具，因為隨著社會的發(fā)展，綜合考慮各個方面的因素，為了獲取巨大的社會和經(jīng)濟效益，必須將其應用于方便，安全和節(jié)約的研究部門系統(tǒng)。在社會的各個行業(yè)當中，系統(tǒng)仿真在各項實踐活動之前把各個細節(jié)進行真實的放大，或多或少的避免了在實踐過程當中出現(xiàn)的錯誤。通過上述的計算，我們已經(jīng)設定了具體的計算模擬數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)仿真的過程中這些數(shù)據(jù)可以讓我們看到我們此次的設計是否合理，為此我們可以引用液壓仿真，液壓仿真可以讓我們看到在仿真過程中系統(tǒng)的動態(tài)變化。讓我們可以真實看到液壓系統(tǒng)的設計中存在的不合理與不足之處。在系統(tǒng)動態(tài)變化之中，液壓仿真可以對數(shù)據(jù)進行合理的運行與分配，使我們在系統(tǒng)的動態(tài)變化中有機會對整個系統(tǒng)進行合理優(yōu)化和控制。另外，研究人員可以在液壓仿真中對整個系統(tǒng)的不足之處進行自我改進，觀察參數(shù)是否和系統(tǒng)的動態(tài)性合理配置，若有改進之處隨時更改。仿真技術在軍事和科技研發(fā)中具有較高的價值，其使用方式替代了以往研究人員的假想和猜測，增加了人們對各項試驗成功的可能性，極大的促進了當代社會的發(fā)展。
在本次的設計當中，對各項拉緊裝置和液壓缸數(shù)據(jù)的選取對本次的設計成功有重要的作用。當然還有一些必要軟件是我們所需要的。目前較為常用的軟件是simulink,此軟件是眾多軟件中應用最為廣泛的使用軟件，其他軟件只使用在個別領域之中。在本次仿真中，需要用到simulink對數(shù)據(jù)進行模擬，計算，編程，顯示結果并進行驗證。在本次的系統(tǒng)設計中，首先我們應該根據(jù)通過計算獲得的函數(shù)建立函數(shù)模型，根據(jù)軟件獲取所需要的圖像變化的信息，例如各時間變化量和各個峰值的變化。通過使用simulink，我們可以隨時更改系統(tǒng)仿真的各個數(shù)據(jù)，以便很快使系統(tǒng)實驗達到我們所需要的效果。另外，它還可以簡化實驗的步驟，使實驗具有穩(wěn)定性。在實驗結果中，實驗得到的圖像數(shù)據(jù)的顯示結果直觀明確，圖像變化也較為清晰。總而言之，實驗必須先選定好數(shù)據(jù)，然后編程得到所需代碼，最后代入仿真系統(tǒng)中得到實驗所需結果。
3.3.1實驗仿真數(shù)據(jù)
（1）在本次實驗系統(tǒng)仿真所需數(shù)據(jù)見表3. 1
表3-1 帶式輸送機設計指標
（2）張緊缸的技術參數(shù)
1確定氣缸工作移動量s
從圖3.1我們可以看到 s=1/2L
S 油缸移動量
L 拉緊小車移動量
通過查閱相關資料，皮帶受拉力產(chǎn)生的變化對實驗研究尤為重要，皮帶會由張力引起彈性變形，長期使用后皮帶會產(chǎn)生永久性變形。根據(jù)這篇文章的傳送帶的長度是1000m計算，拉緊小車行程為10m，氣缸行程s = 5m。從經(jīng)濟的角度來看，氣缸可以在輸送機安裝期間進行初始緊固，并將張力施加到次級張力上。并且在實驗中有滾筒的存在，此裝置降低了在皮帶制啟過程中皮帶因過度拉緊產(chǎn)生的風險，同時它還可以增加皮帶運行時的穩(wěn)定性。
所以，確定氣缸行程s = 2m
2確定氣缸內(nèi)徑
氣缸拉力可以計算如下
D 氣缸內(nèi)徑，mm
d 活塞桿直徑，d = D/2，mm
p 工作油壓，MPa
在本系統(tǒng)中，由于鋼絲的纏繞方法不同，力的計算方式是不同的，所以我們用到的力F = 2Fl,Fl是緊固托架所需的張力。
根據(jù)皮帶輸送機的設計要求，手推車的最大緊固力為150KN，然后F = 2×150 = 300（KN）。確定p = 21MPa，代入上述公式，即：
取D=160mm,d=90mm,根據(jù)載荷力和速度的設計要求，選用不對稱液壓缸作為張緊器的實施方案
部件和氣缸的參數(shù)如表3.2所示
3-2 油缸的技術參數(shù)
（3）選擇電液伺服閥
在本次拉緊系統(tǒng)設計中，因為需要拉緊裝置靈敏度較大，市場上并沒有體型小，流量大的拉緊裝置，故而選取體型較大的液壓伺服閥。本文選用的是由北京機床研究所QDYl選定的 G200-15型扭力馬達電液伺服閥： 恒流量（無負載）200L / min，額定電流15mA，幅度帶寬100Hz。
令伺服閥：
穩(wěn)態(tài)情況：
有載流量；
=115L/min
可求得液壓缸輸入時的最大速度：
液壓缸輸入時的最大速度：
（4）閥控缸相關參數(shù)
具體參數(shù)如表3-3所示，根據(jù)選定的組件從相關數(shù)據(jù)中選擇。
閥門流量壓力系數(shù)：
閥流量系數(shù)：
表3-3 閥控缸的相關參數(shù)
3.3.2 由仿真函數(shù)求得系統(tǒng)函數(shù)傳遞值
由以上得傳遞函數(shù)為
接下來我們把相關參數(shù)數(shù)據(jù)代入上述函數(shù)方程式中，就會得到相應的傳遞函數(shù)。
負載的固有頻率：
液壓彈簧鋼度：
N/m
由于K《Kh，液壓彈簧與負載彈簧偶合的剛度與阻尼系數(shù)之比為
液壓固有頻率
所以系統(tǒng)開環(huán)增益為
根據(jù)前面的分析，液壓固有頻率變化范圍是很容易確定的，變化范圍不大，易于使用。而液壓阻尼比大小波動范圍較大，工作條件不同帶來的效果差別是很大的，所以它不易確定。實際測量一般在0.2 - 0.7變化，這里取阻尼比的大小為0.7
對伺服控制系統(tǒng)進行仿真，得到的固有頻率約是100Hz，此值遠大于以上數(shù)值，可以用比例來劃分大小。
所以程序框圖可以簡化，如圖3.5所示。
圖3.5力控制系統(tǒng)圖
通過分析，得到的函數(shù)是
此函數(shù)就是我們要進行仿真時所要用到的函數(shù)。
結論
（1） 帶液壓油缸可以補償皮帶運行時的力的損失，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定工作程度。
（2） 帶式輸送機應用較為廣泛，此裝置在工作時要求靈敏度較高，反應迅速。
（3） 液壓拉緊裝置是我們研究的重點，設計出優(yōu)良的拉緊裝置能夠節(jié)約工作時間，簡化系統(tǒng)結構，并能增加操作的安全系數(shù)。
（4） 伺服拉緊裝置反應較為迅速，拉緊力大小還可以易于調節(jié)，簡化了以往的拉緊裝置。
（5） 根據(jù)液壓閥等相關部件建立合理的線性模型，線性化的模型可以簡化系統(tǒng)仿真，便于我們得出結論。
（6） 在整個系統(tǒng)設計中，無論怎樣都要保證所選參數(shù)的正確性與合理性。
（7） 油缸活塞能夠符合系統(tǒng)標準進行移動，不能出現(xiàn)較大的誤差。
致謝
在不經(jīng)意間我們大學四年的時光已經(jīng)走完，在此感謝四年來陪伴我的朋友們，在畢業(yè)論文即將完成之際，感謝我的導師陸興華老師這幾個月來的悉心指導，使我能夠順利完成此次的畢業(yè)設計。在選題之初，感覺這次的題目有一些困難，但在老師的指導下我漸漸的領悟了在設計時的一些技巧，于是思路漸漸明朗起來。在設計中有些計算非常難以理解，好在經(jīng)過導師指導，經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)并沒有想象中的那么困難，一些深奧難懂的地方都可以理解透徹。
最后在這里向幫助我的導師和朋友們表示衷心的的感謝！同時感謝參加答辯的各位老師：你們辛苦了！
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