带式输送机液压张紧系统设计研究

摘 要：对适用于长运距、大运量带式输送机的液压张紧装置进行了研究，设计了一种用主、辅张紧油缸共同实现张紧（可加快启动阶段的张紧速度，缩短过度张紧过程的时间，增大张紧行程和张紧力的调节范围），用慢速绞车对张紧小车进行较大距离牵引和调动的液压张紧装置。根据工作要求和工况特点，作了液压系统设计，分析了工作原理，对主要技术参数的选取进行了讨论。该液压系统具有结构简单、使用元件少、保护完善、工作平稳、可靠等特点，可供设计、制造和使用单位参考。

关键词：带式输送机；张紧；液压系统

中图分类号：TD528文献标识码：A文章编号：1672-1098(2009)01-0017-03

收稿日期：2008-09-09

作者简介：候波（1958-），男，山东烟台人，副教授，主要从事矿山机械和液压技术方向的教学和科研工作。

Study on Design of Hydraulic Tension Device in Belt Conveyor

HOU Bo

(School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001,China)

Abstract:A kind of tension device which oil cylinder service as executive element to realize tension and low-velocity winch applied to make long-distance traction for tension dolly was designed.The whole structure and hydraulic system were designed.Its working principle was analyzed,and the selection of mayor technical parameters of the hydraulic system was disscussed.

Key words:belt conveyor; tension; hydraulic system

带式输送机是煤矿企业中广泛使用的连续运输设备。随着生产的提高，目前正向着长运距和大运量方向发展。张紧装置对保证其正常工作具有重要作用。液压张紧具有工作平稳、可靠、保护完善、调节方便等优点，可适应多种工况的需要和不同的机型，是一种较先进、理想的张紧方式，获得了比较多地应用。由于发展比较晚，技术尚不够成熟，张紧装置和液压系统的设计也多种多样，使用效果各异。本文在对液压张紧装置进行较深入地分析、研究的基础上，根据输送机的工况和工作要求，设计了液压系统，分析了工作原理，对主要技术参数的选择进行了讨论，意在完善性能、提高工作可靠性，供设计、制造和使用单位参考。

1 总体结构

液压张紧装置的总体结构如图1所示。它主要由液压泵站、张紧油缸、蓄能站、隔爆控制箱及低速绞车等部分组成，用张紧油缸提供的拉力，通过动滑轮、定滑轮、钢丝绳拉动张紧小车和张紧滚筒，实现张紧，辅助张紧油缸可加大张紧行程和张紧力的调节范围；用慢速绞车对张紧小车和滚筒进行较大行程的牵引和调动，以满足断带调整、重新接头以及位置转移时张紧滚筒较大的行程需要；用较大容量的蓄能器保压和保持张力的恒定，以避免泵站的频繁启动，达成节能目的。

2 液压系统设计

工作过程中，液压张紧装置和系统应能满足以下基本要求：

（1） 能满足启动时较大的张力需要；

（2） 能保持张力的恒定；

（3） 张力的设定和调节要方便；

（4） 能实现过载和断带保护。

据此，选择基本回路和组成液压系统（见图2），该系统用油缸提供的拉力实现张紧，采用二个二位三通电磁阀，通过油路的切换，来满足启动工况和正常工作时对压力（张力）的不同需要；采用大容量蓄能器维持张力的恒定（可避免泵频繁启动）；采用电液比例溢流阀设定和调节压力；采用卸荷溢流阀实现泵卸载；采用二位二通液动阀实现断带保护；利用压力继电器在不同压力作用下，所发出的电信号实现油路的控制和切换。

2.1 启动

先开动绞车，使皮带初步张紧，张紧油缸的活塞杆完全伸出后，再关闭绞车电机，刹住滚筒（其上的钢丝绳被固定），将二位三通阀5和15，卸荷溢流阀4中的二位二通阀置于图示位置（1DT、2DT和3DT均失电），再开动油泵。泵3的工作压力由溢流阀10（其工作压力由启动工况所需的较大张力决定，为额定压力的1.5倍）调定，压力油经二位三通阀5的左位、单向阀6、二位三通阀15的左位进入主张紧油缸18和辅助张紧油缸19（两缸并联）的有杆腔，其无杆腔直接和油箱相通，实现回油，使张紧油缸的活塞杆缩回，通过滑轮组拉动张紧小车向右移动，以较大的张力（1.5倍额定张力）实现张紧，满足启动工况的需要。

当张紧油缸的工作压力达到额定值的1.5倍时，压力继电器17动作，发出信号，启动皮带机的驱动滚筒，并同时使2DT和3DT得电，使二位三通阀5和15切换到右位，泵经过二位三通阀5和15的右位向油缸供油。此时，泵的工作压力由电液比例溢流阀9（其调定压力为额定压力的1.1倍）调定，转为正常工作所需的压力（额定压力，其值由输送机正常工作时所需的张力决定）。并同时向蓄能器14充油（此时，二位二通液动阀11的右端有压力油的作用，被切换到右位，将蓄能器和油箱间的通路切断）。

2.2 张紧和保压（维持张力恒定）

当蓄能器14内压力达到额定值（由额定张力决定）的1.1倍时，压力继电器12动作，发出信号，使1DT得电，将卸荷溢流阀4中的二位二通阀切换到左位，泵3经过该阀卸荷运转。单向阀8将张紧油缸有杆腔的油路封闭，由蓄能器14经2位3通阀15的右位向其供油，弥补泄漏，维持张力基本不变。当由于泄漏、货载减少、皮带松驰等原因使压力（张力）降低到额定值的0.9倍时，压力继电器16（降压发讯）动作，发出电信号，使1DT失电，该阀又切换到图示位置，泵3又恢复工作，继续向张紧油缸供油，其活塞杆缩回，使压力（张力）又上升到额定值的1.1倍后，压力继电器12又动作，发出信号，使1DT又得电，4中的二位二通阀切换到左位，泵3又卸荷。此后将重复上述过程，使压力（张力）在额定值的（0.9～1.1）倍之间变化，保持张力的基本恒定。为避免泵的频繁启动，可选择容量较大的蓄能器。

工作过程中，若皮带伸长变形过大，张紧油缸完全缩回后，仍未实现张紧，可开动绞车拉动张紧小车，使张紧油缸的活塞杆完全伸出后，再重复上述过程。

2.3 张力的设定和调节

根据输送机的皮带类型、带宽、运量和运距确定所需张力后，再将其转变成压力信号，根据此信号设定电液比例溢流阀9的工作压力，溢流阀10的工作压力可设定为为额定工作压力的1.5倍；电液比例溢流阀9的工作压力设定为额定工作压力的1.1倍。 工作过程中， 可通过电控制器7和电液比例溢流阀9来设定和调节额定工作压力和张力；卸荷溢流阀4中溢流阀的工作压力为额定工作压力的2倍，作系统的安全阀用。

2.4 断带保护

当皮带由于接头脱落、疲劳等原因断开时，张紧小车会在张紧液压缸拉力的作用下以较大的冲击力和速度向液压缸方向移动，给张紧装置造成冲击破坏。为避免此种情况的发生，在系统中设置了断带保护回路。在启动和正常工况下，二位二通液动阀11的右端有控制压力油的作用，使其切换到右位，将蓄能器和油箱之间的通路切断；断带时，由于张紧油缸的负载大为减少，工作压力丧失，在弹簧力的作用下，该阀被切换到左位，将蓄能器和油箱之间的通路接通，液压缸有杆腔和蓄能器中的高压油通过二位二通液动阀11的左位通油箱，张紧油缸卸荷，停止牵引，实现断带保护(见表)1。

3 主要技术参数的选取讨论

(1) 压力 可根据额定张力大小或参考同类型机械确定。为缩小油缸尺寸，使液压系统结构紧凑，宜选用较高的工作压力。

(2) 流量 因系统中设置有蓄能器，应分别计算启动和张紧工况所需流量，取其均方根值，并考虑主、辅张紧油缸同时动作的需要，作为选择泵流量的依据。

(3) 蓄能器容量 可按有关公式计算确定。考虑到其容量越大保压时间越长，泵的启动间隔也就越长，节能效果就越好（但蓄能器的体积也越大，不便于安装和使用），蓄能器的容量应不小于张紧油缸有杆腔的有效容积的2倍。为减少单个蓄能器的容量，可采用二个蓄能器并联使用。

(4) 油缸行程 其值越大， 补偿皮带伸长变形的能力越强， 但油缸结构尺寸也随之增大， 给制造和安装带来困难。综合各方面因素，可取主张紧油缸行程为1～1.5 m，辅助张紧油缸的行程为其（1/3）～（1/5）左右，运距长取大值，运距短，取小值。

(5) 油缸内径及壁厚 可根据选定的工作压力和所需的最大张力计算确定。

(6) 系统中其余元件的规格和型号，可根据系统的额定工作压力和实际通过流量确定。

4 结论

（1） 系统简单、使用元件少、工作平稳、可靠。

（2） 采用大容量蓄能能器使张紧力保持恒定，可避免泵的频繁启动，节能。

（3） 可保持张紧力的基本恒定，保护完善，张紧力的设定和调节方便。

（4） 采用压力切换回路，转换泵的工作压力，满足启动和正常工况的需要，相互干扰小，工作可靠性。

（5） 采用主、辅两个张紧油缸共同实现张紧，可加快启动阶段的张紧速度，缩短过度张紧时间，增大张紧行程和张紧力的调节范围。

参考文献：

［1］ 张华林.带式输送机的自动液压张紧装置［J］.起重运输机械，2002（9）：10-11.

［2］ 姜继海，宋锦春.液压与气压传动［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［3］ 谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2000.

［4］ 李昌熙.乔石.矿山机械液压传动［M］.北京：煤炭工业出版社，1985.

［5］ 华玉琳.液压元件与系统设计［M］.北京：北京航天航空大学出版社，1996.

(责任编辑：李 丽，范 君)

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