專利名稱：一種帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶式輸送機(jī)，屬于輸送機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶式輸送機(jī)是以輸送帶作牽引和承載構(gòu)件，通過承載物料的輸送帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行物料輸送 的連續(xù)輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、煤炭、礦山、港口、建材、糧食等領(lǐng)域， 是最重要的現(xiàn)代散裝物料輸送設(shè)備。其結(jié)構(gòu)原理如圖l所示，輸送帶6繞經(jīng)傳動(dòng)滾筒1和尾部滾 筒4形成無極環(huán)形帶，上下輸送帶由托輥2支承以限制輸送帶6的撓曲垂度，拉緊滾筒7和拉緊 配重8組成的拉緊裝置為輸送帶6正常運(yùn)行提供所需的張力。工作時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒l， 通過傳動(dòng)滾筒1和輸送帶6之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)輸送帶6運(yùn)行，通過給料裝置3使物料裝在輸送帶 上，與輸送帶6—起運(yùn)動(dòng)。輸送帶6通過改向滾筒5改向。帶式輸送機(jī)一般是在端部卸載，當(dāng)采 用專門的卸載裝置時(shí)，也可在中間卸載。
帶式輸送機(jī)己有150余年的歷史，在這150多年的時(shí)間里，帶式輸送機(jī)取得了巨大的發(fā)展， 除基本形式外，出現(xiàn)了多種新型結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)。其中具有代表性的主要有大傾角帶式 輸送機(jī)(深槽帶式輸送機(jī)、花紋帶輸送機(jī)、波紋擋邊以及壓帶式輸送機(jī)等)、管狀帶式輸送機(jī)、 氣墊帶式輸送機(jī)、平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)、線摩擦帶式輸送機(jī)等。帶式輸送機(jī)與其他散狀物料 輸送機(jī)以及汽車、鐵路運(yùn)輸相比，有以下優(yōu)點(diǎn)輸送物料種類廣泛；輸送能力范圍寬；輸送 線路的適應(yīng)性強(qiáng)；靈活的裝卸料；可靠性強(qiáng)；安全性高；費(fèi)用低。
目前，帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代最重要的散裝物料的運(yùn)輸設(shè)備，但其驅(qū)動(dòng)裝置普遍造價(jià)較高， 而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有帶式輸送機(jī)存在的問題，提供一種驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、通過電子控制單元的操作 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案
該帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括三相異步電動(dòng)機(jī)、離合器、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器、選換 擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子控制單元，三相異歩電動(dòng)機(jī)通過離合器與變速器的輸入端連接，離合器與 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，變速器與選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與一個(gè)換擋邏輯控制 器連接，變速器內(nèi)帶有同步器并設(shè)有擋位傳感器，三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝有電流傳感器，在 帶式輸送機(jī)的輸送帶上設(shè)有帶速傳感器，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電流傳感器、 擋位傳感器以及帶速傳感器均與電子控制單元電連接。
電控機(jī)械式自動(dòng)變速器具有五個(gè)擋位，采用單參數(shù)換擋。
電子控制單元采用可編程控制器(PLC)，包括CPU (中央處理器)、RAM (存儲(chǔ)器)、I/O 接口 (輸入輸出接口)等。
本發(fā)明采用電控機(jī)械式自動(dòng)變速器驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)，其換擋規(guī)律采用單參數(shù)換擋規(guī)律。 具有五個(gè)擋位的AMT在帶式輸送機(jī)起動(dòng)過程中，能保證離合器接合的單位摩擦面積滑磨功小
于額定值，且輸送帶的最大加速度也能夠符合要求，其應(yīng)用在小功率、低帶速的場(chǎng)合是完全 可行的。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、維護(hù)方便、成本大幅降低。


圖1是現(xiàn)有帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖。
圖3是本發(fā)明中液壓驅(qū)動(dòng)的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理圖。
圖4是本發(fā)明中的膜片彈簧離合器接合過程的控制判斷流程圖。
圖5是高速開關(guān)電磁閥控制液壓缸的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的示意圖。
圖6是高速開關(guān)電磁閥的原理示意圖。
圖7是本發(fā)明的換擋過程流程圖。
圖8是本發(fā)明中的換擋邏輯控制器原理圖。
圖9是三位置液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1.傳動(dòng)滾筒，2、托輥，3、給料裝置，4、尾部滾筒，5、改向滾筒，6、輸送帶， 7、拉緊滾筒，8、拉緊配重，9、三相異步電動(dòng)機(jī)，10、離合器，11、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，12、 變速器，13、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，14、電子控制單元(ECU) ， 15、帶式輸送機(jī)，16、離合器執(zhí) 行油缸，17、選擋執(zhí)行油缸，18、換擋執(zhí)行油缸，19、分離杠桿，20、膜片彈簧，21、傳感 器信號(hào)，22、油缸，23、滑套，24、滑套，25、換擋活塞。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括三相異步電動(dòng)機(jī)9、離合器IO、離合器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)ll、變速器12、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13和電子控制單元(ECU) 14。三相異步電動(dòng)機(jī)9 通過離合器10與變速器12的輸入端連接，離合器IO和變速器12為一體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換 擋。變速器12的輸出端與帶式輸送機(jī)15的傳動(dòng)滾筒1連接，帶動(dòng)輸送帶6運(yùn)動(dòng)。離合器10 與離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11連接，變速器12與選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13連接，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11和選 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13均與屯子控制單元14連接，接收電子控制單元14發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)離合器 10的接合和分離以及變速器12的選換擋。變速器12內(nèi)設(shè)有同步器和擋位傳感器(以檢測(cè)擋 位)，選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13與一個(gè)換擋邏輯控制器連接。另外在三相異步電動(dòng)機(jī)9內(nèi)安裝有電 流傳感器，以檢測(cè)二相異步電動(dòng)機(jī)9的電流信號(hào)。在帶式輸送機(jī)15的輸送帶6上設(shè)有帶速傳 感器，以檢測(cè)出輸送帶6的移動(dòng)速度。擋位傳感器、電流傳感器以及帶速傳感器均與電子控 制單元(ECU) 14電連接。
電子控制單元(ECU) 14采用可編程控制器(PLC)，包括CPU (中央處理器)、RAM (存儲(chǔ) 器)、1/0接口 (輸入輸出接口)等。安裝在各處的各個(gè)傳感器(擋位傳感器、電流傳感器以 及帶速傳感器)實(shí)時(shí)采集檢測(cè)出的各種信號(hào)信息(變速器12的擋位、三相異步電動(dòng)機(jī)9的電 流以及輸送帶6的移動(dòng)速度等)傳給電子控制單元14，電子控制單元14對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行綜 合判斷和處理，按照電子控制單元程序中設(shè)定并存儲(chǔ)的控制規(guī)律(換擋規(guī)律、離合器接合規(guī) 律等)判斷出離合器10接合和分離、變速器12選換擋的時(shí)刻，然后給離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11和 選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13發(fā)出指令，對(duì)整個(gè)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的三相異步電動(dòng)機(jī)9、離合器10 和變速器12進(jìn)行聯(lián)合自動(dòng)操縱，從而完成帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)。
離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13可分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類 型。液壓驅(qū)動(dòng)具有容量大、操作簡(jiǎn)便、易于安全保護(hù)、有一定的吸收振動(dòng)與吸收沖擊的能力 以及便于空間布置等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。圖3給出了離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13的液壓驅(qū)動(dòng)原理圖，離合器執(zhí)行油缸16控制離合器的離合，選擋執(zhí)行油缸17控制選擋， 換擋執(zhí)行油缸18控制換擋。
離合器10采用摩擦離合器，以膜片彈簧作為壓緊彈簧。膜片彈簧20由碟簧部分和分離 指部分組成，其工作情況分為三種狀態(tài)，即自由狀態(tài)、接合狀態(tài)和分離狀態(tài)。膜片彈簧軸向 尺寸很緊湊而徑向尺寸較大，其軸向變形小而承載很大，并且具有變剛度的非線性彈性特性。 因此即使摩擦片存在一定磨損，膜片彈簧離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩基本不變，即轉(zhuǎn)矩容量保持 穩(wěn)定。目前，膜片彈簧巳成為第二代和第三代離合器首選的壓緊彈簧型式。離合器10在接合 過程中通過摩擦實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，并在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞，是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán) 節(jié)。在帶式輸送機(jī)由起動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)行到停止運(yùn)行的整個(gè)過程中，離合器10不時(shí)起著聯(lián)接和 中斷動(dòng)力的作用。
離合器10的接合過程是機(jī)械自動(dòng)變速系統(tǒng)控制的重點(diǎn)，其控制品質(zhì)的好壞直接影響整個(gè) 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。因此，電子控制單元(ECU) 14準(zhǔn)確判斷離合器狀態(tài)并據(jù)此調(diào) 整、匹配控制參數(shù)非常重要。離合器接合過程分為滑磨、后滑磨(接合滑磨)、結(jié)合三種狀態(tài)，
三種狀態(tài)中關(guān)鍵是如何以主從動(dòng)部分轉(zhuǎn)速之差的絕對(duì)值A(chǔ)w作為判斷依據(jù)判斷后滑磨(接合
滑磨)狀態(tài)。后滑磨(接合滑磨)狀態(tài)的判斷依據(jù)如下若A^-I^—^ (《為某個(gè)小量)， 離合器已經(jīng)能夠傳遞電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，滑磨狀態(tài)結(jié)束，但離合器接合行程尚未完成，此為
后滑磨狀態(tài)；若離合器接合行程已經(jīng)完成，但轉(zhuǎn)速差不滿足A^—A—A'《^僅僅依靠離合
器的滑磨來減小轉(zhuǎn)速差，為接合滑磨狀態(tài)。接合滑磨狀態(tài)與后滑磨狀態(tài)不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，且在 變速器控制過程中要盡量避免出現(xiàn)這種狀態(tài)。圖4給出了離合器接合過程的控制判斷流程圖。 離合器10的自動(dòng)操縱是通過離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11完成的，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)要保證離合器10的
快速分離與緩慢接合，另外對(duì)響應(yīng)速度、控制精度的要求也很高。目前，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)n
主要有兩種形式高速開關(guān)電磁閥控制液壓缸結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)離合器結(jié)構(gòu)。為保證系統(tǒng) 工作可靠且成本低廉，離合器控制油路一般采用性能可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)字控制高速開關(guān)電 磁閥進(jìn)行控制。圖5給出了高速開關(guān)電磁閥控制液壓缸的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11的示意圖。圖5
中v。是普通開關(guān)閥，^和^是高速開關(guān)電磁閥。當(dāng)K與^之一打開時(shí)，離合器執(zhí)行油缸16通
過分離杠桿19使離合器10分離'離合器10在膜片彈簧20的作用下向左運(yùn)動(dòng)；當(dāng)^與^關(guān)
閉時(shí)，離合器執(zhí)行油缸16便停止運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)通過高速開關(guān)電磁閥的占空比控制離合器 10接合位移。對(duì)每個(gè)閥的開啟均采用通過控制器SCM根據(jù)傳感器信號(hào)21控制數(shù)字脈寬調(diào)制 (PWM)的流量控制方法來實(shí)現(xiàn)。在高速開關(guān)電磁閥控制液壓缸機(jī)構(gòu)中，高速開關(guān)電磁閥的性 能是影響整個(gè)機(jī)構(gòu)性能的關(guān)鍵，高速開關(guān)電磁閥的結(jié)構(gòu)原理如圖6所示(^為滑閥位移，m
為滑閥質(zhì)量，《為供油壓力，P。為出油壓力，r為脈沖信號(hào))。
本發(fā)明的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，以三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，無發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度"， 不必考慮動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性等方面的問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)其控制是選擇換擋規(guī)律的
5關(guān)鍵，因此系統(tǒng)的換擋規(guī)律可以仿照車輛單參數(shù)換擋規(guī)律，即僅僅以帶式輸送機(jī)帶速v作為 控制參數(shù)。圖7給出了換擋過程流程圖。
在普通齒輪變速器12中采用同步器，可以保證換擋時(shí)齒輪嚙合不受沖擊，消除噪聲，延 長(zhǎng)齒輪壽命，使換擋動(dòng)作方便迅速。同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種，得到廣泛 應(yīng)用的是慣性式同步器。帶同步器的變速器的換擋過程分為六個(gè)階段換擋前舊擋運(yùn)行、分 離離合器、退擋與選擋、同步掛新?lián)?、接合離合器、換擋后新?lián)踹\(yùn)行。
換擋邏輯控制器控制換擋規(guī)律的激活狀態(tài)，并從換擋規(guī)律中提取升擋速度值，通過將當(dāng) 前的速度與上述升擋速度比較，然后進(jìn)行升擋判斷。在系統(tǒng)需要升擋時(shí)，進(jìn)行升擋操作。圖
8給出了換擋邏輯控制器的原理圖，應(yīng)用Stateflow (有限狀態(tài)機(jī))的原理，通過Stateflow 解決了升擋的監(jiān)控邏輯問題，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)擋位狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
變速器12的選換擋是通過選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13完成的，選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)13有平行式和正 交式兩種，后者又稱為X-Y型布置方式，即選擋液壓缸和換擋液壓缸正交布置。主要由選擋 作動(dòng)器和換擋作動(dòng)器以及兩個(gè)分別控制選擋和換擋的三位四通電磁閥組成，也可以采用四個(gè) 兩位三通閥進(jìn)行控制。當(dāng)采用三位四通電磁閥時(shí)，其滑閥機(jī)構(gòu)具有如下功能當(dāng)閥芯處于左 或右位置(即左或右電磁鐵通電)時(shí)，能使液壓缸的左、右腔油液換向流動(dòng)，而當(dāng)閥芯處于 中間位置(左右兩個(gè)電磁鐵均斷電)時(shí)，能使主油道與油缸兩腔接通，以確保變速器在兩個(gè) 電磁鐵均斷電時(shí)保持處于空擋位置。選擋和換擋作動(dòng)器具有相同的結(jié)構(gòu)和工作原理， 一般都 是采用如圖9所示的三位置油缸，油缸22內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)滑套23和24，且其兩側(cè)分別有一個(gè) 進(jìn)油口，這兩個(gè)進(jìn)油口分別與一個(gè)兩位三通電磁閥連接，換擋活塞25可處于三個(gè)不同的位置。
權(quán)利要求
1.一種帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)、離合器、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子控制單元，其特征是電動(dòng)機(jī)通過離合器與變速器的輸入端連接，離合器與離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，變速器與選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與一個(gè)換擋邏輯控制器連接，變速器內(nèi)帶有同步器并設(shè)有擋位傳感器，電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝有電流傳感器，在帶式輸送機(jī)的輸送帶上設(shè)有帶速傳感器，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電流傳感器、擋位傳感器以及帶速傳感器均與電子控制單元電連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、離合器、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子控制單元，電動(dòng)機(jī)通過離合器與變速器的輸入端連接，離合器與離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，變速器與選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與一個(gè)換擋邏輯控制器連接，變速器內(nèi)帶有同步器并設(shè)有擋位傳感器，電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝有電流傳感器，在帶式輸送機(jī)的輸送帶上設(shè)有帶速傳感器，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電流傳感器、擋位傳感器以及帶速傳感器均與電子控制單元電連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、維護(hù)方便、成本大幅降低。
文檔編號(hào)B65G23/26GK101580174SQ200910016188
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者劉春輝, 朱淑亮, 王增才 申請(qǐng)人:山東大學(xué)