非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统和张紧方法

摘要

一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统，包括皮带、改向滚筒、张紧滚筒、与张紧滚筒配合设置的液压缸和电磁比例阀以及PLC，其中，改向滚筒和张紧滚筒分别对称设置在皮带两端，改向滚筒固定设置在堆取料机的臂架上；皮带环绕改向滚筒和张紧滚筒，张紧滚筒设置在臂架尾部并随着臂架的俯仰而移动，其移动方向与臂架俯仰的方向相互垂直；液压缸的活塞杆与张紧滚筒铰接，电磁比例阀通过油路连接液压缸的油口；PLC输出控制信号至电磁比例阀，以控制其比例电磁铁产生成比例的输出量以带动活塞杆动作，保持移动中皮带中心线与改向滚筒中心线重合。本发明还公开了一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧方法。本发明控制方式灵活且省时省力。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统和张紧方法。

背景技术

堆取料机（堆料机和取料机）是一种高效的连续装卸机械，主要应用于散货装卸码头、钢铁厂、大型火力发电厂、焦化厂、水泥厂和矿山等设有散料堆场的作业场所，用于进行矿石（砂）或其它粉末状物体的装卸。受到设备结构受力和较大重心变化的制约，回转半径大于50M的大型或特大型堆取料机一般均采用非整体俯仰臂式结构。

臂架皮带机是非整体俯仰臂式堆取料机的重要工作机构，其中输送带是臂架皮带机的牵引构件，同时又是承载构件。为了提供输送带的必须张力，限制输送带在托辊之间垂度，保证皮带机的正常运行，臂架皮带机中必须设置张紧装置。传统的臂式堆取料机通常采用坠重式张紧装置，即在带式输送机下面置放张紧重锤实现皮带的张紧。

但是，在坠重式张紧装置中，张紧重锤与张紧滚筒之间通过钢丝绳连接。在臂架俯仰的过程中作用在张紧滚筒两端的合力很难保持相等，致使张紧滚筒的两端无法保持同速移动，由于张紧重锤通过两端钢丝绳施加在张紧滚筒上的拉力恒定，滚筒两端不同的移动速度会导致张紧滚筒发生偏移，致使出现皮带打滑跑偏，发生安全事故。此外，由于皮带的补偿塑性变形以及俯仰过程中张紧滚筒的位置和皮带的长度都在不断发生变化，所以，如果一旦张紧滚筒发生偏移，只能停机人工通过千斤顶进行调节，效率低且调偏效果差，很难满足设备大流量作业的需求。

发明内容

本发明一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统，用以解决现有技术中张紧滚筒两端很难保持同速移动，容易发生偏移导致皮带打滑跑偏且调节困难的问题。

本发明提供的技术方案是，一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统，包括皮带、改向滚筒、一对张紧滚筒、与所述张紧滚筒配合设置的一对液压缸和电磁比例阀以及可编程逻辑控制器，其中，所述改向滚筒和张紧滚筒分别对称设置在所述皮带两端，所述改向滚筒固定设置在堆取料机的臂架上；所述皮带环绕所述改向滚筒和张紧滚筒，所述张紧滚筒设置在堆取料机的前臂架尾部并随着臂架的俯仰而移动，其移动方向与臂架俯仰的方向相互垂直；所述液压缸的活塞杆与所述张紧滚筒铰接，所述电磁比例阀通过油路连接所述液压缸的油口；所述可编程逻辑控制器输出控制信号至所述电磁比例阀，以控制其比例电磁铁产生成比例的输出量以带动所述活塞杆动作，保持在移动过程中所述皮带的中心线与所述改向滚筒的中心线重合。

进一步的，所述张紧系统还包括检测单元，所述检测单元包括位移传感器，所述位移传感器分别检测每个所述张紧滚筒的位移量并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器以获取所述一对张紧滚筒的实时位移差。

更进一步的，其特征在于，所述检测单元还包括拉力传感器，所述拉力传感器持续检测所述皮带沿运行方向所受拉力并转换为电平信号输出至可编程逻辑控制器。

为实时检测温度、油压和液位，所述检测单元还包括油压传感器、液位传感器以及温度传感器；所述油压传感器、液位传感器和温度传感器持续检测油源和油路中的油压、液位和温度并转换为电平信号输出至可编程逻辑控制器。

进一步的，所述可编程逻辑控制器还连接有一人机交互单元；所述人机交互单元接收操作信号并将设定的皮带拉力和张紧滚筒位置偏差传输至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器将设定的张紧滚筒位置偏差与所述实时位移差进行比较，将设定的皮带拉力与所述皮带所受拉力进行比较以生成反馈信号控制对应的电磁比例阀带动所述液压缸的活塞杆动作。

更进一步的，所述可编程逻辑控制器中预先设定有极限参数组，所述极限参数组包括油源和油路中液位和温度、所述皮带所受拉力、所述张紧滚筒位移偏差和所述活塞杆回收距离的最大值和/或最小值。

为提高设备的安全性，还包括一报警单元，所述报警单元连接所述可编程逻辑控制器并接收所述可编程逻辑控制器的输出信号；所述可编程逻辑控制器将所述检测单元的检测值与所述极限参数组中的最大值和/或最小值进行比较，一旦所述检测值超出所述最大值和/或最小值，所述可编程逻辑控制器即控制所述报警单元报警。

进一步的，所述皮带两侧还设置有跑偏开关；所述跑偏开关具有两级角度；一旦皮带接触跑偏开关，所述跑偏开关生成电信号并输出至所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器生成反馈信号控制对应的电磁比例阀带动所述液压缸的活塞杆动作，保持皮带的中心线与所述张紧滚筒的轴线垂直；一旦所述跑偏开关偏转至一级角度，即生成报警信号并报警；一旦所述跑偏开关偏转至二级角度，即生成停机信号并输出停机信号至可编程逻辑控制器，控制皮带输送机构停机。

优选的，所述设定的皮带拉力为单侧0至30吨，所述张紧滚筒之间的位移差为-30mm至+30mm。

本发明所提供的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统，在张紧滚筒的两端部各固定连接一液压缸，同时实现对于皮带的恒张力控制和防跑偏控制，避免了使用张紧重锤进行张紧，无需人工通过千斤顶进行调整，省时省力，劳动强度小且效率高。

本发明还公开了一种张紧方法，包括以下步骤：

（1）非整体俯仰臂式堆取料机的皮带输送机构运行前，通过人机交互单元设定液压缸通过一对张紧滚筒沿皮带运行方向施加在皮带上的拉力，与所述人机交互单元相连接的可编程逻辑控制器接收设定值；所述可编程逻辑控制器输出控制信号至电磁比例阀，以控制相应的所述电磁比例阀的电磁铁产生成比例的输出量信号分别带动每一侧的所述液压缸的活塞杆动作，每一个所述张紧滚筒施加在皮带上的拉力设定在0-30吨之间；

（2）将一侧的所述张紧滚筒设置为基准张紧滚筒，另一侧的所述张紧滚筒设置为从张紧滚筒；通过所述人机交互单元设定基准张紧滚筒和从张紧滚筒之间的位移差，所述可编程逻辑控制器接收设定值并输出控制信号至电磁比例阀，以控制相应的所述电磁比例阀的电磁铁产生比例的输出量信号带动所述液压缸的活塞杆动作，保持基准张紧滚筒的位置不变，调节从张紧滚筒的位移，使得皮带的中心线与改向滚筒的中心线重合，所述基准张紧滚筒和从张紧辊筒之间的位移差设定在-30mm-30mm之间；

（3）非整体俯仰臂式堆取料机的皮带输送机构开始运行，设置在皮带一侧的拉力传感器持续检测皮带沿运动方向所受拉力并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器接收拉力检测信号并生成反馈信号输出至电磁比例阀，以控制相应的所述电磁比例阀的电磁铁产生比例的输出量信号带动所述液压缸的活塞杆动作，保持皮带沿运动方向所受拉力与步骤（1）的拉力设定值一致；

（4）设置在所述基准张紧滚筒和从张紧滚筒上的位移传感器分别检测每个所述张紧滚筒的位移量并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器接收检测的位移量并生成反馈信号输出至电磁比例阀，以控制相应的所述电磁比例阀的电磁铁产生比例的输出量信号带动所述液压缸的活塞杆动作，保持基准张紧滚筒的位置不变，调节从张紧滚筒的位移；从而保持所述基准张紧滚筒和从张紧滚筒之间的位移差与步骤（2）的位移差设定值一致，皮带的中心线与改向滚筒的中心线重合。

本发明所提供的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧方法具有消耗资源少且控制方式灵活的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提出的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统的液压回路示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为图1所示非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统的控制原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正常作业时，非整体俯仰臂式堆取料机的主要运行方式包括俯仰和转动。由于堆取料机的臂架为分段式设计，所以输送机上的皮带8在沿前进方向运动的同时必须根据堆取料机臂架的姿态变化频繁伸长和缩短，因此，需要皮带张紧系统在提供一个恒定的张紧力以保证皮带正常运行的同时，避免皮带跑偏带来的各种安全事故。也就是说，张紧系统要使得随着堆取料机的俯仰和转动而运行的皮带一旦发生跑偏，在外力或外力矩的作用下强制使跑偏的皮带回到设定的运行位置。

参见图1所示，本实施例所提出的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统主要由一液压控制系统实现。液压控制系统主要包括作为泵源的液压系统泵站、液压缸3和液压缸4，以及用于连接泵站和液压缸的油路。在液压系统泵站中设置有用作油源的油箱12、柱塞泵17以及溢流阀16等设备，为整个皮带张紧系统提供稳定的动力来源。液压系统泵站设置在堆取料的Z型架横梁上，在液压系统泵站周边加装了安全护栏和爬梯，方便对于整个液压控制系统的后期维护。

本实施例所提出的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统的油路从液压系统泵站中引出并连接执行元件，所述执行元件具体是指液压缸3和液压缸4。非整体俯仰臂式的皮带传输机设置有改向滚筒1和一对张紧滚筒2-1、2-2。改向滚筒1和张紧滚筒2-1、2-2分别对称设置在皮带8两端，皮带8环绕改向滚筒1和张紧滚筒2。用于对皮带施加牵引力的改向滚筒1固定设置在堆取料机的臂架上，而张紧滚筒2-1和2-2设置在堆取料机的前臂架尾部并随着臂架的俯仰而移动，张紧滚筒2-1和2-2的移动方向与臂架俯仰的方向相互垂直。液压缸3和液压缸4分别与张紧滚筒2-1和2-2配合设置，液压缸3的活塞杆3-1与张紧滚筒2-1铰接，液压缸4的活塞杆4-1与张紧滚筒2-2铰接。

在堆取料机的作业过程中，本实施例所提供的皮带张紧系统的控制主要包括两大工序，一为恒张力控制，即通过张紧滚筒2-1和2-2沿皮带传输方向施加一定拉力，满足皮带的工作需求，以代替现有技术中使用张紧重锤的控制方式；二为通过张紧滚筒2-1和2-2实现防跑偏控制，即在皮带的中心线偏移改向滚筒的中心线，即出现跑偏的情况下，调整张紧滚筒2-1和2-2的位置，使二者之间形成一定的位移差，从而使得张紧滚筒与皮带之间的摩擦力方向与皮带跑偏方向相反，保证在张紧滚筒移动过程中皮带8的中心线与改向滚筒的中心线重合。在本实施例所提供的皮带张紧系统中，以上两工序均通过控制液压缸2-1和2-2活塞杆的伸缩得以实现。

具体来说，液压缸3和液压缸4的动作主要通过电磁比例阀10和电磁比例阀11进行控制，通过油路连接所述液压缸的油口。具体工作过程如下，在皮带张紧系统中还包括一可编程逻辑控制器9，可编程逻辑控制器9输出电信号，该电信号通过电放大器并转换成相应的电流信号。这个电流信号作为输入量被送到比例电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量至液压缸3和液压缸4，控制活塞杆3-1和3-2的伸缩带动张紧滚筒2-1和2-2动作。

在非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统中还设置有检测单元50，检测单元50的测试值是可编程逻辑控制器9的一组输入量。该检测单元50包括位移传感器7，位移传感器7分别检测张紧滚筒2-1和2-2的位移量并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器9以获取张紧滚筒2-1和2-2的实时位移差。检测单元50中还包括拉力传感器6，拉力传感器6持续检测皮带8沿运行方向所受拉力并转换为电平信号输出至可编程逻辑控制器9。此外，检测单元中还包括油压传感器、液位传感器和温度传感器以持续检测油源和油路中的油压、液位和温度并转换为电平信号输出至可编程逻辑控制器9。

在可编程逻辑控制器9的输入端还连接有一人机交互单元30，人机交互单元30可以作为与可编程逻辑控制器9连接的上位机的一部分，也可以独立设置。人机交互单元30接收操作人员的操作信号并将设定的正常工作时的皮带拉力和张紧滚筒位置偏差转换为电信号传输至可编程逻辑控制器9。操作信号即是可编程逻辑控制器的另一组输入量。由于堆取料机每次堆料时的方位、落料的位置、料的大小、料的重量、料的干湿程度、以及料的流量不同等因素均会对皮带的位置造成影响，所以工作人员可以在机器启动之前设定张紧滚筒2-1和张紧滚筒2-2之间的位置差，以保持在开机前皮带8的中心线与改向滚筒1的中心线重合。

开机之后，可编程逻辑控制器9将设定的正常工作时的皮带拉力和张紧滚筒位置偏差与位移传感器7和拉力传感器6的检测值进行比较，生成反馈信号控制对应的电磁比例阀10和11带动所述液压缸3和4的活塞杆3-1和3-2动作，以保持在正常工作时皮带拉力和张紧滚筒2-1和2-2之间的位移差始终与开机前的设定值一致。在实际作业过程中，将一侧液压缸设置为基准液压缸。例，以驾驶室作为参考点，将驾驶室右侧的液压缸4设置为基准液压缸并保持施加在对应的基准张紧滚筒2-2上的拉力达到设定值，左侧的液压缸3设置为从液压缸，对应的张紧滚筒2-1即为从张紧滚筒。当堆取料机发生俯仰或者转动时，施加在基准张紧滚筒2-2和从张紧滚筒2-1上的拉力和位置都会发生变化，拉力传感器6和位移传感器7即会检测到实时的拉力值和张紧滚筒2-1和2-2之间的位移差。此时，可编程逻辑控制器9即会相对应的电磁比例阀10、11输出信号，通过控制液压缸3和4的活塞杆的往复活动将张紧滚筒2-1和2-2沿皮带运行方向施加在皮带8上的拉力调节为开机前的设定值。同时，保持张紧滚筒2-2的位置不变，通过可编程逻辑控制器9向从液压缸3输出一个信号，控制从液压缸3的活塞杆3-1伸缩，调节从张紧滚筒2-1的位置，以保持基准张紧滚筒2-2和从张紧滚筒2-1之间的位移差与开机前的设定值一致，从而同时实现恒拉力和防跑偏控制。

为保证设备的运行安全，可编程逻辑控制器9中预先设定有极限参数组，该极限参数组由操作人员通过人机交互单元设置在可编程逻辑控制器9中。极限参数组包括油源和油路中的液位和温度、皮带8所受拉力、张紧滚筒2-1和2-2的位移偏差、以及液压缸3、4活塞杆3-1和4-1回收距离的极限值。由于皮带8本身的伸缩量有限，为防止损伤皮带8的疲劳强度致使皮带8断裂造成事故，液压缸3、4的活塞杆3-1和4-1施加在张紧滚筒2-1和2-2上的取值范围应在0～30吨之间。而基准张紧滚筒2-2与从张紧滚筒2-1之间的位移差优选设置在-30mm至30mm的区间之内。

可编程逻辑控制器9还连接有一报警单元40。报警单元40中可以设置有蜂鸣器以及其它可以实现声光报警的电子元件。报警单元40连接可编程逻辑控制器9并接收可编程逻辑控制器的输出信号。在开机状态下，如果检测单元中的拉力传感器6、位移传感器7、温度传感器、油压传感器、液位传感器中的任意一项的检测值超过极限参数组中的设定值，可编程逻辑控制器9即输出报警信号至报警单元40并控制其报警。

在皮带8的两侧还设置有跑偏开关50。在皮带8的运行过程中，如果一旦发生严重的跑偏情况。皮带8即会与跑偏开关50接触。跑偏开关具有两级角度，当皮带8接触跑偏开关50的立辊时，跑偏开关50的立辊开始自转。如果皮带8的跑偏量继续加大，则挤压立辊发生偏移，此时跑偏开关50生成电信号并输出至所述可编程逻辑控制器9，可编程逻辑控制器9生成反馈信号控制对应的电磁比例阀10和/或11带动液压缸3和/或4带动活塞杆3-1和4-1动作，保持皮带的中心线与一对张紧滚筒的轴线垂直。跑偏开关的第一级角度为20度，即当立辊偏转角度超过20度时，跑偏开关生成报警信号并报警；跑偏开关的第二机角度为35度，即当立辊偏转角度超过35度时，跑偏开关50输出信号至可编程逻辑控制器9，可编程逻辑控制器控制皮带输送机狗的电机停机，避免出现安全事故。此外，皮带张紧系统中还设置有多个安全阀20（例如电磁截止阀），安全阀20比电磁比例阀的响应速度快，用于避免突然塌方大量矿料落到大臂上时比例阀反应过慢引起大臂损伤。

本实施例所提供的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧系统，在张紧滚筒的两端部各固定连接一液压缸，通过液压缸活塞杆伸缩同时实现恒张力控制和防跑偏控制，避免了使用张紧重锤进行张紧，无需人工通过千斤顶进行调整，省时省力，劳动强度小且效率高。

本发明还公开了一种非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧方法，包括以下步骤：

（1）非整体俯仰臂式堆取料机的皮带传输机构运行前，通过人机交互单元设定液压缸3和4通过张紧滚筒2-1和2-2沿皮带8运行方向施加在皮带8上的拉力值，与所述人机交互单元相连接的可编程逻辑控制器9接收设定值；所述可编程逻辑控制器9输出控制信号至电磁比例阀10和11，以控制相应的所述电磁比例阀10和11的电磁铁产生成比例的输出量信号分别带动液压缸3和4的活塞杆3-1和4-1动作，张紧滚筒2-1和2-2施加在皮带上的拉力设定在0-30吨之间；

（2）将一侧的所述张紧滚筒设置为基准张紧滚筒（2-1或2-2），另一侧的所述张紧滚筒设置即为从张紧滚筒，保持基准张紧滚筒的位置不变；通过所述人机交互单元设定基准张紧滚筒和从张紧滚筒之间的位移差，所述可编程逻辑控制器接收设定值并输出控制信号至电磁比例阀10或11，以控制相应的所述电磁比例阀10或11的电磁铁产生比例的输出量信号带动与从张紧滚筒对应的所述液压缸的活塞杆动作，调节从张紧滚筒的位置，将张紧滚筒的位移差设定在-30mm-30mm之间；

（3）非整体俯仰臂式堆取料机的皮带输送机构开始运行，设置在皮带8一侧的拉力传感器6持续检测皮带沿运动方向所受拉力并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器9；所述可编程逻辑控制器接收拉力检测信号并生成反馈信号输出至电磁比例阀（10和11），以控制相应的所述电磁比例阀（10和11）的电磁铁产生比例的输出量信号带动所述液压缸的活塞杆动作，保持皮带8沿运动方向所受拉力与步骤（1）的拉力设定值一致；

（4）设置在张紧滚筒（2-1和2-2）上的位移传感器7分别检测每个所述张紧滚筒的位移量并转换为电平信号输出至所述可编程逻辑控制器9；所述可编程逻辑控制器9接收检测的位移量并生成反馈信号输出至电磁比例阀，以控制相应的所述电磁比例阀的电磁铁产生比例的输出量信号带动从液压缸的活塞杆动作，在保证基准张紧滚筒位置不变的前提下，调节从张紧滚筒（2-1或2-2）的位置，保持所述基准张紧滚筒和从张紧滚筒之间的位移差与步骤（2）的位移差设定值一致。

本实施例所提供的非整体俯仰臂式堆取料机皮带张紧方法，通过控制液压缸活塞杆伸缩同时实现恒张力控制和防跑偏控制，避免了使用张紧重锤进行张紧，无需人工通过千斤顶进行调整，省时省力，劳动强度小且效率高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。