一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统及方法，机尾链轮一的轮轴一和机尾链轮二的轮轴二分开设置，刮板机的底座上平行设有两个伺服驱动液压缸；在刮板链的部分链节上安装有刮板链应变片，两个伺服驱动液压缸内均设有位移传感器，各伺服驱动液压缸与相应的机尾链轮相连位置均设有拉压力传感器，刮板链张力信号、两个伺服驱动液压缸的位移信号、两个伺服驱动液压缸的拉压力信号分别传输至链条张力平衡控制模块，链张力平衡控制模块根据预设程序计算并输出控制电流至两个伺服驱动液压缸的伺服阀。本发明专利技术有效解决了刮板机工作过程中两根刮板链张力不平衡的问题，同时实时监测整条刮板链张力分布情况，提供工作效率。

A tension balance control system and method of scraper conveyor chain driven by permanent magnet

【技术实现步骤摘要】
一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统及方法
本专利技术涉及井下物料运输领域，尤其涉及一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统及方法。
技术介绍
矿用刮板输送机是综合机械化采煤工作面的关键装备之一，其能否可靠、稳定、高效运行直接影响到现代化煤矿的安全及生产能力。矿用刮板输送机运行工况恶劣、负载变化大、随机振动与冲击现象明显，刮板链是最直接承受落煤负载的部件，因此，两根刮板链动张力具有时变特性、瞬时张力大且难以控制的特点，易导致刮板链在驱动链轮分离点处产生松弛乃至堆积而发生掉链、卡链及断链等事故。目前实际应用中的刮板输送机链张力调节方式主要为停机被动调节的方法，不具备实时调控性能，不利于在运输过程中对刮板链张力进行调节与维护；且现有刮板链张力调节是对双链的张紧程度进行调节，无法对两跟刮板链张力分别进行控制，因此不能调节两根刮板链张力差异。且现有刮板输送机驱动系统常使用软启动装置，例如液力偶合器、可控驱动装置、变频调速装置，但是由于这种软启动装置功率损失大、维护困难、存在谐波污染，且减速器在使用过程会出现漏油、断轴、齿损等故障。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统及方法，有效解决刮板机工作过程中两根刮板链张力不平衡的问题，同时实时监测整条刮板链张力分布情况，提供工作效率。为达上述目的，本专利技术提供一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，包括刮板机机头链轮一、机头链轮二、机尾链轮一和机尾链轮二，机头链轮一和机尾链轮一同时连接一根刮板链，机头链轮二和机尾链轮二同时连接另一根刮板链，机头链轮一和机头链轮二同轴相连在同一个刮板机机头上，机尾链轮一的轮轴一和机尾链轮二的轮轴二分开设置，刮板机的底座上平行设有两个伺服驱动液压缸，且伺服驱动液压缸一和伺服驱动液压缸二的缸座均固定在刮板机底座上，伺服驱动液压缸一的缸杆端与机尾链轮一相连，伺服驱动液压缸二的缸杆端与机尾链轮二相连；与各链轮啮合部位的链条上安装有刮板链应变片，伺服驱动液压缸一内设有位移传感器一，伺服驱动液压缸二内设有位移传感器二，伺服驱动液压缸一与机尾链轮一相连位置设有拉压力传感器一，伺服驱动液压缸二与机尾链轮二相连位置设有拉压力传感器二；刮板链应变片将张力信号、位移传感器一和位移传感器二将两个伺服驱动液压缸的位移信号、拉压力传感器一和拉压力传感器二将两个伺服驱动液压缸的拉压力信号分别传输至链条张力平衡控制模块，链张力平衡控制模块根据预设程序计算并输出控制电流至控制伺服驱动液压缸一动作的伺服阀一以及控制伺服驱动液压缸二的伺服阀二。进一步的，链张力平衡控制模块包括实时控制器、模拟量输出D/A板、模拟量采集A/D板和调理模块，实时控制器中包括链张力分布观测器、链张力平衡自适应控制器以及液压缸位置跟踪控制器，链张力信号经调理模块处理后传输至链张力分布观测器，链张力分布观测器处理后的数据传输至链张力平衡自适应控制器，链张力平衡自适应控制器根据预设程序计算各链轮需要调节的距离，并将该距离信息传输至液压缸位置跟踪控制器，液压缸位置跟踪控制器根据上述距离信息、两个位移传感器的位移信号、两个拉压力传感器的拉压力信号计算出控制两个伺服驱动液压缸的两个伺服阀控制电流并传输至两个伺服阀。进一步的，所述链张力信号通过无线传输方式输送至实时控制器。具体的，刮板链应变片安装位置处设有无线信号发射装置，链张力平衡控制模块还包括无线信号采集系统，无线信号采集系统中的无线信号接收装置接收来自无线信号发射装置的刮板链张力信号；实时控制器还包括信号传输延时补偿控制器，采集到的两条链张力信号依次经过传输延时补偿控制器和链张力分布观测器处理后进入链张力平衡自适应控制器。进一步的，刮板机底座上平行固定有两个导轨，机尾链轮一与导轨一位于同一垂直面，且机尾链轮一可沿导轨一前后移动，机尾链轮二与导轨二位于同一垂直面，且机尾链轮二可沿导轨二前后移动。进一步的，机头链轮一和机头链轮二的驱动机构为机头永磁同步电机，机尾链轮一的驱动机构为机尾永磁同步电机一，机尾链轮二的驱动机构为机尾永磁同步电机二。进一步的，所述机头永磁同步电机的转动轴外安装有机头电机编码器，机尾永磁同步电机一的转动轴外安装有机尾电机编码器一，机尾永磁同步电机二的转动轴外安装有机尾电机编码器二；机头永磁同步电机的转动轴与机头链轮一、机头链轮二的连接轴相连处安装有机头扭矩传感器，机尾永磁同步电机一的转动轴与机尾链轮一连接轴相连处安装有机尾扭矩传感器一，机尾永磁同步电机二的转动轴与机尾链轮二连接轴相连处安装有机尾扭矩传感器二；机头电机编码器、机尾电机编码器一、机尾电机编码器二、机头扭矩传感器、机尾扭矩传感器一、机尾扭矩传感器二分别将机头永磁同步电机的转速信号、扭矩信号，和两个机尾永磁同步电机的转速信号、扭矩信号输送至永磁同步电机控制模块。进一步的，永磁同步电机控制模块包括实时控制器、编码信号采集板、模拟量输出D/A板和调理模块，编码信号采集板分别将各电机编码器采集的各电机的转速信号发送至实时控制器；实时控制器包括电机转速控制器和同步控制器，电机转速控制器控制各电机按预设转速信号运行，同步控制器控制机尾两电机转速保持一致，永磁同步电机各控制信号通过模拟量输出D/A板输出，并经调理模块处理后发送至各永磁同步电机。一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制方法，包括以下步骤：第一步，设定机头永磁同步电机的参考速度信号，机头永磁同步电机编码器采集机头永磁同步电机的转速信号，并同步发送至实时控制器，实时控制器中的电机转速控制器结合机头扭矩传感器中的扭矩信号计算电机转速控制电信号，电信号发送至变频控制器，实现机头永磁同步电机的速度控制；第二步，设定两个机尾永磁同步电机的参考速度信号，机尾永磁同步电机编码器一和机尾永磁同步电机编码器二分别采集机尾永磁同步电机一和机尾永磁同步电机二的转速信号，并同步发送至实时控制器，实时控制器中的电机转速控制器和电机同步控制器结合机尾扭矩传感器一、机尾扭矩传感器二计算电机转速控制电信号，电信号发送至变频控制器，实现机尾永磁同步电机的速度控制及同步控制；第三步，刮板链张力无线采集系统将通过刮板链应变片采集到的链张力信号经调理模块处理后传输至信号传输延时补偿控制器，对无线信号传输过程中的信号延时进行动态补偿；第四步，经过延时补偿后的链张力信号传输至链张力分布观测器，链张力分布观测器通过对各链轮位置处的刮板链张力信号分析得到整条刮板链的实时张力分布情况；第五步，依次经过传输延时补偿控制器和链张力分布观测器处理后的两条刮板链张力信号进入链张力平衡自适应控制器，链张力平衡自适应控制器利用两根链条刮板链张力差计算出链轮需要调节的距离；第六步，上述距离信号传输至液压缸位置跟踪控制器，同时结合伺服驱动液压缸的两个位移传感器的位移信号、两个拉压力传感器的拉压力信号计算出控制两个伺服驱动液压缸的两个伺服阀控制电流并传输至两个伺服阀，分别控制两个伺服驱动液压缸的不同驱动力的大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，包括刮板机机头链轮一、机头链轮二、机尾链轮一和机尾链轮二，机头链轮一和机尾链轮一同时连接一根刮板链，机头链轮二和机尾链轮二同时连接另一根刮板链，其特征在于，机头链轮一和机头链轮二同轴相连在同一个刮板机机头上，机尾链轮一的轮轴一和机尾链轮二的轮轴二分开设置，刮板机的底座上平行设有两个伺服驱动液压缸，且伺服驱动液压缸一和伺服驱动液压缸二的缸座均固定在刮板机底座上，伺服驱动液压缸一的缸杆端与机尾链轮一相连，伺服驱动液压缸二的缸杆端与机尾链轮二相连；/n在刮板链的部分链节上安装有刮板链应变片，伺服驱动液压缸一内设有位移传感器一，伺服驱动液压缸二内设有位移传感器二，伺服驱动液压缸一与机尾链轮一相连位置设有拉压力传感器一，伺服驱动液压缸二与机尾链轮二相连位置设有拉压力传感器二；/n刮板链应变片将张力信号、位移传感器一和位移传感器二将两个伺服驱动液压缸的位移信号、拉压力传感器一和拉压力传感器二将两个伺服驱动液压缸的拉压力信号分别传输至链条张力平衡控制模块，链张力平衡控制模块根据预设程序计算并输出控制电流至控制伺服驱动液压缸一动作的伺服阀一以及控制伺服驱动液压缸二的伺服阀二。/n...

【技术特征摘要】
1.一种永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，包括刮板机机头链轮一、机头链轮二、机尾链轮一和机尾链轮二，机头链轮一和机尾链轮一同时连接一根刮板链，机头链轮二和机尾链轮二同时连接另一根刮板链，其特征在于，机头链轮一和机头链轮二同轴相连在同一个刮板机机头上，机尾链轮一的轮轴一和机尾链轮二的轮轴二分开设置，刮板机的底座上平行设有两个伺服驱动液压缸，且伺服驱动液压缸一和伺服驱动液压缸二的缸座均固定在刮板机底座上，伺服驱动液压缸一的缸杆端与机尾链轮一相连，伺服驱动液压缸二的缸杆端与机尾链轮二相连；
在刮板链的部分链节上安装有刮板链应变片，伺服驱动液压缸一内设有位移传感器一，伺服驱动液压缸二内设有位移传感器二，伺服驱动液压缸一与机尾链轮一相连位置设有拉压力传感器一，伺服驱动液压缸二与机尾链轮二相连位置设有拉压力传感器二；
刮板链应变片将张力信号、位移传感器一和位移传感器二将两个伺服驱动液压缸的位移信号、拉压力传感器一和拉压力传感器二将两个伺服驱动液压缸的拉压力信号分别传输至链条张力平衡控制模块，链张力平衡控制模块根据预设程序计算并输出控制电流至控制伺服驱动液压缸一动作的伺服阀一以及控制伺服驱动液压缸二的伺服阀二。


2.根据权利要求1所述的永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，其特征在于，链张力平衡控制模块包括实时控制器、模拟量输出D/A板、模拟量采集A/D板和调理模块，实时控制器中包括链张力分布观测器、链张力平衡自适应控制器以及液压缸位置跟踪控制器，链张力信号经调理模块处理后传输至链张力分布观测器，链张力分布观测器处理后的数据传输至链张力平衡自适应控制器，链张力平衡自适应控制器根据预设程序计算各链轮需要调节的距离，并将该距离信息传输至液压缸位置跟踪控制器，液压缸位置跟踪控制器根据上述距离信息、两个位移传感器的位移信号、两个拉压力传感器的拉压力信号计算出控制两个伺服驱动液压缸的两个伺服阀控制电流并传输至两个伺服阀。


3.根据权利要求2所述的永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，其特征在于，所述链张力信号通过无线传输方式输送至实时控制器。


4.根据权利要求1所述的永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，其特征在于，刮板机底座上平行固定有两个导轨，机尾链轮一与导轨一位于同一垂直面，且机尾链轮一可沿导轨一前后移动，机尾链轮二与导轨二位于同一垂直面，且机尾链轮二可沿导轨二前后移动。


5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，其特征在于，机头链轮一和机头链轮二的驱动机构为机头永磁同步电机，机尾链轮一的驱动机构为机尾永磁同步电机一，机尾链轮二的驱动机构为机尾永磁同步电机二；所述机头永磁同步电机的转动轴外安装有机头电机编码器，机尾永磁同步电机一的转动轴外安装有机尾电机编码器一，机尾永磁同步电机二的转动轴外安装有机尾电机编码器二；机头永磁同步电机的转动轴与机头链轮一、机头链轮二的连接轴相连处安装有机头扭矩传感器，机尾永磁同步电机一的转动轴与机尾链轮一连接轴相连处安装有机尾扭矩传感器一，机尾永磁同步电机二的转动轴与机尾链轮二连接轴相连处安装有机尾扭矩传感器二；机头电机编码器、机尾电机编码器一、机尾电机编码器二、机头扭矩传感器、机尾扭矩传感器一、机尾扭矩传感器二分别将机头永磁同步电机的转速信号、扭矩信号，和两个机尾永磁同步电机的转速信号、扭矩信号输送至永磁同步电机控制模块。


6.根据权利要求5所述的永磁驱动矿用刮板输送机链张力平衡控制系统，其特征在于，永磁同步电机控制模块包括实时控制器、编码信号采集板、模拟量输出D/A板和调理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，沈刚，朱真才，汤裕，彭玉兴，卢昊，曹国华，周公博，李伟，江帆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32