【文章內(nèi)容簡介】 (32) 其中 N— 所 耗功率； 1n — 驅(qū)動裝置的傳動效率； 2n — 油缸的機(jī)械效率。 由上面的公式（ 31）和（ 32）可見刮板機(jī)鏈條張力與刮板輸送機(jī)的功率以及油缸的壓力都有關(guān)系，即： 1 (P,N)Ff? (33) 2 (P,N)Ff? (34) 然而刮板機(jī)下鏈相遇點(diǎn)的鏈條張力大小 F2非常大，它的最大值可以達(dá)到幾十噸，但刮板機(jī)上鏈分離點(diǎn)的鏈條張力 F1則相對就很小了，它可能就有幾百牛頓甚至還要小，所以我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論所耗功率 N 和油缸壓力 P 的變化主要是受到下鏈鏈條的桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 48 頁 張力 F2 影響，上鏈鏈條的張力 F1對它們的影響就相對很小。如果 F1有一個(gè)變化量 ? F1，相應(yīng)產(chǎn)生的 ?P 和 ?N 相對于原來的值是相當(dāng)小的，所以這個(gè)研發(fā)通過測量功率和油缸壓力獲得刮板輸送機(jī)鏈條張力的值的大小，其精確度 很低。 下面是德國威斯特伐利亞貝考瑞特公司研發(fā)了的利用懸垂量的變化來改變張力的大小的監(jiān)控原理自動調(diào)節(jié)。監(jiān)測鏈輪分離點(diǎn)懸垂量，鏈條由于在運(yùn)行過程中的堆積，打結(jié)，或堆煤的過程中導(dǎo)致鏈條懸浮，以上的種種原因說明了間接地測量鏈條的懸垂量方案不夠精確。所以本文采用應(yīng)變片直接粘貼在鏈條上，可以直接的反應(yīng)鏈條張力的大小的解決方案。以下各節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)的分析。 刮板鏈作為彈性體，運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生彈性伸長，伸長量會使刮板鏈條驅(qū)動鏈輪分離點(diǎn)的地方松弛，堆積，甚至導(dǎo)致斷鏈，鏈條卡死或斷齒而導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生。為了防止這種現(xiàn)象，在早期 安裝刮板鏈或運(yùn)行一段時(shí)間后，會給它一個(gè)初始張力，使其產(chǎn)生預(yù)加彈性伸長。初始張力（刮板輸送機(jī)靜止時(shí)的封閉鏈?zhǔn)絻?nèi)的張力）的形成，是靠拉緊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了的。雖然目前使用的液壓缸鏈條緊鏈器，液壓馬達(dá)鏈條張緊鏈器和盤式緊鏈器等，都可以準(zhǔn)確地反映拉緊力的大小，但對于一個(gè)特定的刮板輸送機(jī)，究竟要有多大的拉力以滿足要求，需要進(jìn)行專門的計(jì)算。 為了保證刮板輸送機(jī)在不同負(fù)載的工作條件下能正常工作，必須使刮板輸送機(jī)鏈條張力在一定范圍內(nèi)。因此，結(jié)合實(shí)際情況和地下采煤工作面以及刮板輸送機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了刮板輸送機(jī)鏈條張力自動控制系統(tǒng)，它主 要包括兩部分：一個(gè)是鏈緊張力的實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測和分析張力的輸送機(jī)鏈條的計(jì)算，其次，根據(jù)改變鏈條的張力，調(diào)節(jié)輸送機(jī)尾部，使得鏈條張力的變化在控制范圍內(nèi)工作，以保證刮板輸送機(jī)的正常工作。刮板輸送機(jī)鏈條張力測控系統(tǒng)見圖 32。 圖 32 刮板輸送機(jī)鏈條張力測控系統(tǒng) 系統(tǒng)原理分析 對于本檢測系統(tǒng)所用到的是單片機(jī)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)體積小，功能強(qiáng)大，可靠性好，性價(jià)比高的突出優(yōu)勢，發(fā)展成為研究信號處理裝置不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和一個(gè)重要組成部分，由此 單片機(jī)信號處理系統(tǒng)及其他相關(guān)裝置。因此在系統(tǒng)軟件的支持下，可以完成鏈條張力檢測的任務(wù)。 電源 單片機(jī) 數(shù)據(jù)存儲器 尾部液壓控制系統(tǒng) 張力 數(shù)值 分析 處理 串行口輸出 應(yīng)力傳感器 鏈條張力 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 48 頁 系統(tǒng)原理示意圖如圖 33所示 : 圖 33 張力檢測 系統(tǒng)原理示意圖 這個(gè)工作系統(tǒng)可以分為：傳感器及放大電路部分 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的采集和存儲 ,數(shù)據(jù)的傳輸及其計(jì)算機(jī)部分的分析裝置。 傳感器和放大器電路部分主要由傳感器將運(yùn)行中的鏈條張力變化轉(zhuǎn)換為電信號。電阻應(yīng)變片力傳感器安裝在鏈條上，將鏈條的張力值按照一定的規(guī)則通過電橋電路變換成線性關(guān)系的電信號輸出。但是因?yàn)榇藭r(shí)的信號弱，無法滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換處理的要求，因此在信號轉(zhuǎn)換之前，必須首先通過放大電路，將弱信號放大，濾波處理，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換的要求。 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、采集及存儲。由放大電路輸出的電信號進(jìn)入單片機(jī)后 ,首先經(jīng)過單片機(jī) 內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng) ,對信號進(jìn)行濾波、采樣處理 ,進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。這樣 ,原本模擬信號就轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)值 ,此時(shí)的數(shù)值與各個(gè)對應(yīng)點(diǎn)的鏈條張力數(shù)值存在對應(yīng)關(guān)系。把這些數(shù)值存儲到數(shù)據(jù)存儲器芯片中。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，采集和存儲。通過放大電路輸出的電信號到微控制器中，首先，通過單片機(jī)內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，對信號進(jìn)行濾波，采樣處理，最后在數(shù)據(jù)采集。因此，原來的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散值，此時(shí)，各個(gè)對應(yīng)點(diǎn)的鏈條張力的大小有對應(yīng)的關(guān)系。再把這些數(shù)值存儲在存儲器芯片內(nèi)。 經(jīng)過了一段時(shí)間數(shù)據(jù)存儲器芯片中的數(shù)據(jù) ,再通過串行口通信輸出到上位機(jī) PC機(jī) 上 ,最后進(jìn)行模態(tài)分析 ,這樣就可以全面的了解和掌握刮板輸送機(jī)鏈條張力的運(yùn)行狀況 ,來指導(dǎo)整個(gè)運(yùn)煤工作的正常進(jìn)行。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 48 頁 4 鏈條預(yù)緊力分析與計(jì)算 鏈條預(yù)緊力分析 刮板輸送機(jī)鏈條是一種彈性體的鏈條 , 在受到拉力的情況下就會產(chǎn)生彈性伸長量。刮板輸送機(jī)鏈條在額定負(fù)載下的張力分布如圖 41所示 ,圖中所示刮板輸送機(jī)的鏈條預(yù)張力用虛線表示 ,它是按等高線的高度均勻分布在鏈條上；圖中所示刮板輸送機(jī)運(yùn)行中的鏈條張力用實(shí)線表示。 圖 41 刮板鏈在額定負(fù)載下的張力分布圖 對于綜采工作面 , 鏈條的微元伸長量與其張力、微元長度、鏈條彈性模量 E、刮板鏈的橫截面積 A 等諸量之間的關(guān)系服從虎克定律。輸送機(jī)在額定負(fù)載下工作 , 鏈條總彈性伸長量 L? 可以用下式表達(dá) : ? ?? ? ? ?? ? ? ?2000111LuL u LL S x dxiEAF F C L C LiEA ua ??????? ? ? ???? (41) 式中 ? i 刮板輸送機(jī)鏈條數(shù)目； ? S(x)點(diǎn) x處的 鏈條 張力值大小 ,N； ? L 刮板輸送機(jī)的總長度 , m； ? C0 刮板輸送機(jī)上鏈條的阻力系數(shù)； ? Cu 刮板輸送機(jī)下鏈條的阻力 系數(shù)； ? u 刮板輸送機(jī)鏈條的摩擦系數(shù)； ? a刮板輸送機(jī)的彎曲的角度； ??0LF? 刮板輸送機(jī)上鏈條阻力值大小 , N； (L)uF? 刮板輸送機(jī)下鏈條阻力值大小 , N。 伸長量 L? 可以導(dǎo)致懸鏈松動，堆積，甚至使鏈扭結(jié)而導(dǎo)致故障的發(fā)生，因此必須拆除伸長量 L? ，或者將輸送帶伸長 L? /2，兩種方式和整個(gè)刮板鏈分布恒定的預(yù)緊力 FV產(chǎn)生相同的變形量 L? 是一樣的效果。 由 2LL FviEA?? 得到刮板鏈條在額定負(fù)載下工作所需的預(yù)緊力： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 48 頁 ? ? ? ?? ? ? ?0012 uL u LF v F F C L C LuaL ????? ? ? ??? (42) 對水平放置的刮板輸送機(jī)刮板鏈需要的預(yù)緊力是上式中當(dāng) a 趨于 0 時(shí)取其極限值： 1 2 3 44S S S SFv ? ? ?? (43) 式中 1S 刮板 輸送機(jī)下邊鏈條與機(jī)尾嚙合點(diǎn)的張力值 , N； ? 2S 刮板 輸送機(jī)下邊鏈條與機(jī)頭分離點(diǎn)的張力值 , N； ? 3S 刮板 輸送機(jī)上邊鏈條與機(jī)頭嚙合點(diǎn)的張力 值 , N； ? 4S 刮板 輸送機(jī)上邊鏈條與機(jī)尾分離點(diǎn)的張力值 , N。 通過上面的式子可以得到 , 對于水平放置的刮板輸送機(jī)刮板鏈條需要預(yù)緊力的大小為刮板輸送機(jī)刮板鏈條上下邊鏈條與機(jī)頭機(jī)尾分離嚙合點(diǎn)四個(gè)張力值的算術(shù)平均值。 鏈條預(yù)緊力計(jì)算 不同驅(qū)動裝置的輸送機(jī)，刮板鏈運(yùn)行阻力大小和分布也不同，因此，刮板鏈條預(yù)緊力要求也不等的。下面將介紹幾個(gè)不同的驅(qū)動方式時(shí)的刮板鏈預(yù)緊力的計(jì)算分析。 1) 當(dāng)裝驅(qū)動裝置只安裝在機(jī)頭部位時(shí) , 經(jīng)過簡化后的預(yù)緊力 Fv 為 : 0 24 uC L C LFv ?? (44) 2) 當(dāng)驅(qū)動裝置只安裝在機(jī)尾時(shí)部時(shí) , 03 4 uC L C LFv ?? (45) 3)當(dāng)驅(qū)動裝置安裝在機(jī)頭尾都有時(shí) , 而且各自克服上下鏈阻力時(shí) : 0 4 uC L C LFv ?? (46) 4)當(dāng)驅(qū)動裝置安裝在機(jī)頭尾，并且功率相同時(shí) , 02CLFv? (47) 5) 當(dāng)機(jī)尾安裝一個(gè) ,機(jī)頭安裝兩個(gè) , 三等功率驅(qū)動裝置時(shí) 05 12 uC L C LFv ?? (48) 由以上的 5個(gè)計(jì)算公式我們可以得出 , 不管輸送機(jī)是平直鋪設(shè)的還是彎曲工作的 , 第 3)種驅(qū)動裝置安裝在機(jī)頭尾都有時(shí)輸送機(jī)刮板鏈條需要的預(yù)緊力最小 , 第 2)種驅(qū)動裝置只安裝在機(jī)尾時(shí)部時(shí)預(yù)緊力最大 , 還可以看出刮板輸送機(jī)彎曲鋪設(shè)時(shí)比平直狀態(tài)所需要的刮板鏈條預(yù)緊力要大。 如果給額定負(fù)荷施加在輸送機(jī)刮板鏈條上預(yù)緊 , 當(dāng)在空載工作或欠負(fù)荷時(shí) , 輸送機(jī)刮板鏈條的張力不再按空載或欠負(fù)荷分布 , 在每個(gè)位 置上要附加一個(gè)力差 Fv? , 但對于平直鋪設(shè)的輸送機(jī)其值為額定負(fù)荷下的預(yù)緊力與欠負(fù)荷或空載時(shí)所需預(yù)緊力之差 , 對彎曲鋪設(shè)的刮板輸送機(jī)該力之差為鏈條運(yùn)行中的位置函數(shù)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 48 頁 這里有一點(diǎn)要注意的是：雖然大的預(yù)緊力提高了鏈的負(fù)載能力，但不利于鏈的使用壽命，增加功率消耗，降低鏈條與鏈輪之間的傳輸效率。如果鏈的預(yù)緊力可以自動根據(jù)負(fù)載調(diào)整，那么，不管負(fù)載是怎么樣的， Fv? 總是等于零，那是再好不過了。 經(jīng)過一個(gè)預(yù)緊的刮板鏈條，刮板輸送 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前可以得到并且保留非常的均勻的預(yù)緊力 Fv 和總彈性伸長 L? 。所以在負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，鏈條張力和變形隨負(fù)載再分布。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 48 頁 5 鏈條張力檢測系統(tǒng) 因?yàn)殒湕l張力的測試系統(tǒng)是采集刮板輸送機(jī)鏈條張力的變化過程，因此整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須跟隨鏈條一起運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)就要要求檢測裝置應(yīng)該被固定在鏈條上，然后一起運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)一種特殊的設(shè)備，把它固定到鏈條上，傳感器和數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)放到裝置里面，這樣就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，如圖 51 所示： 圖 51 鏈條張力檢測系統(tǒng)示意圖 傳感器系統(tǒng)主要分為鏈條張力值的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及存儲 2 個(gè)大的部分。為了保持整個(gè)系統(tǒng)的密封性能，在鏈條和傳感器組件與密封蓋之間加上密封圈，也在外界的接口通道與內(nèi)部的電路板同樣用了密封圈。封閉電路板的蓋也與刮板密封墊相連 ,所有這些都是為了保證電路板及傳感器嚴(yán)格密封 ,以防止煤粉進(jìn)入 ,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。應(yīng)變片粘貼在鏈上，應(yīng)變片粘貼的鏈條部分的直徑小于原來的圓環(huán)鏈的直徑，這個(gè)是為了使得輸送機(jī)鏈條的應(yīng)變更大，以便于采集數(shù)據(jù)的測量，提高測試數(shù)據(jù)精度。再把電阻應(yīng)變片連入到電橋電路中去，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償?shù)哪康?，四個(gè)橋臂都采用相同的應(yīng)變片。在此電橋電路中 ,橋路接成單臂 ,這是因?yàn)殒湕l主要承受拉力變形。此時(shí)橋路輸出的微弱電信號與鏈條的張力變化存在著一定的線形關(guān)系 ,但這時(shí)還不能就此保存數(shù)據(jù) ,因?yàn)榇藭r(shí)信號非常微弱 ,里面存在著很大的干擾成分 ,另外電量是模擬信號 ,無法進(jìn)行直接的存儲。把微弱的電信號經(jīng)導(dǎo)線傳入電路板 ,經(jīng)過放大電路后 ,微弱電信號得到放大 , 后傳入單片機(jī)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ,進(jìn)行采樣保持 ,轉(zhuǎn)換后所得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器。這樣通過一定的轉(zhuǎn)換 ,存儲到鏈條的張力變化值的數(shù)據(jù) ,并進(jìn)行分析和處理。 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對于非電量如力不能直接轉(zhuǎn)換成電能，通常需要通過彈性敏感元器件，首先 把它們變換成應(yīng)力、應(yīng)變、或位移，然后再次通過傳感元件將其轉(zhuǎn)換成電量。這些中間體的量通常是通過變形得到的。 由于鏈條張力測量要在刮板輸送機(jī)鏈上安裝傳感器，這個(gè)部分是非電量的測量，于是可以用到傳感器技術(shù)對其進(jìn)行測量，并將其轉(zhuǎn)換成電能。如下圖 51 的檢測系統(tǒng)圖： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁