一种带式输送机托辊旋转阻力试验装置及测试方法与流程

本发明涉及一种带式输送机托辊旋转阻力试验装置及测试方法，属于矿井运输技术领域。

背景技术：

带式输送机是散体粒物料最为理想的高效率连续运输设备，不仅运行可靠，而且自动化控制程度较高。随着煤炭、电力、港口、冶金等产业的不断发展，带式输送机的应用范围在不断的扩展，尤其在煤矿运输方面的使用量逐年增加，目前发展朝着大运量、长距离、高速度的方向发展，组成带式输送机的各零部件也正向性能高、可靠性高、寿命长、能耗低的方向发展。托辊作为带式输送机必不可少的部件之一，托辊约占整机重量的30％-40％，价格约占带式输送机总价格的25％-30％，并且承受了整台带式输送机所受阻力的70％以上。

托辊被称作带式输送机的“心脏”，直接影响着带式输送机的运营成本和运行状态。托辊的主要作用是为了支撑输送带，减小带式输送机在运行运输物料过程中的阻力，降低能耗，并使输送带的垂度不超过一定限度，以保证输送带平稳可靠地运输物料。由于压力以及摩擦力的作用，托辊在运转的过程中会产生旋转阻力，这种阻力的大小势必会影响托辊的性能，从而影响带式输送机的整机运转状况。因此，要想清楚地了解托辊的旋转阻力，就必须在托辊的生产制造过程中，对不同直径、材料、结构的托辊进行旋转阻力的测量。

近年来，针对托辊旋转阻力的测量的方法已有不少研究，专利号为201620630953.0，名称为“托辊辊子动旋转阻力测试装置”实用新型，公开了一种托辊辊子动旋转阻力的测试装置。实验前已确定了托辊的加载重量，失去了在真实情况下的随机性，测量时不能保证接触点的摩擦为0，测出的相对误差较大。专利号为201510128498.4，名称为“一种托辊旋转阻力测量装置”的发明专利，公开了一种托辊旋转阻力的测试装置。该发明结构复杂，测量托辊旋转阻力的时候，只适用于实验室的一般测量，对真实工况下，托辊旋转阻力的测试未能充分考虑。

上述这些专利虽然都涉及到托辊的旋转阻力，但现有的测量装置结构比较复杂，未能够真实的模拟出托辊加载的情形，不能测量托辊在不同工况下的旋转阻力，因此有必要对现有的托辊旋转阻力测试装置及方法加以完善。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有带式输送机托辊旋转阻力测试方法存在的问题，提供一种新的带式输送机托辊旋转阻力试验装置及测试方法。通过测量输送带的张力进而求得托辊的旋转阻力，该试验装置结构简单，易于操作，能够测量不同结构及直径的托辊，同时在较为接近真实工况的条件下，模拟托辊的加压受力过程，从而更加准确的测量托辊在工作条件下的旋转阻力。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种托辊旋转阻力试验装置，包括换向滚筒、轴承座一、机架一、被测托辊、轴承座二、驱动滚筒、联轴器、转速转矩传感器、连接轴、减速装置、电动机、输送带、托辊支架、液压升降装置、液压张紧装置、机架二、加压装置、音波式皮带张力检测仪，所述输送带绕过驱动滚筒、换向滚筒组成一闭合回路，所述液压张紧装置在换向滚筒处张紧输送带，所述驱动滚筒与换向滚筒中间处布置被测托辊，所述被测托辊上方装有音波式皮带张力检测仪，被测托辊安装在液压升降装置上，且上方有施压装置。

优选地，所述驱动滚筒安装在轴承座上，且由电动机提供驱动力，所述轴承座一安装在机架一上，所述驱动滚筒与电动机之间设有减速装置，对驱动滚筒实施减速传动。

优选地，所述音波式皮带张力检测仪布置在被测托辊中间上方的位置，对输送带的张力进行检测。

优选地，所述加压装置是由液压缸支座、液压缸支架、施压板、支架、三维力传感器、液压缸组成，

优选地，所述液压缸、三维力传感器、施压板从上而下布置在被测托辊的正上方。

优选地，所述液压缸固定在液压支架上。

优选地，所述被测托辊安装在托辊支架上，所述托辊支架安装在液压升降装置上。

优选地，所述换向滚筒安装在轴承座一上，所述轴承座一安装机架一上，机架一安装在液压张紧装置上，对输送带进行张紧。

优选地，所述液压张紧装置是由张紧小车、定滑轮、钢丝绳、动滑轮、油缸支座、张紧油缸组成。

一种带式输送机托辊旋转阻力测试方法,包括以下几个步骤：

1)测试前，将被测托辊安装在托辊支架上，托辊支架安装在液压升降装置上。

2)在输送带上放置施压板，施压板布置在被测托辊的正上方，通过调节液压张紧装置对输送带进行张紧。

3)通过电动机提供驱动力，经过减速装置对驱动滚筒进行驱动，从而带动输送带的运行，运行的输送带会产生初始的张紧力，利用音波式皮带张力检测仪测量并记录输送带的初始张紧力t0。

4)测量前，被测托辊未与输送带接触，从而保证在测量输送带的初始张紧力时的准确性；测量时，通过液压升降装置对被测托辊的位置进行调节，使得被测托辊与输送带进行同步的运动，同时液压缸进行施加压力，用三维力传感器测量施压板对输送带的摩擦力f，用音波式皮带张力检测仪测量并记录此时输送带的张紧力t1，被测托辊的长度l,输送带宽度b,从而得到托辊的旋转阻力f计算公式：

f1＝t1-f-t0(1)

f2＝f1(2)

式中：f——托辊的旋转阻力，n；

f1——托辊对输送带的作用力，n；

f2——输送带对托辊的作用力，n

t1——输送带的张紧力，n；

f——施压板对输送带的摩擦力，n；

t0——输送带的初始张紧力，n；

b——输送带的宽度，mm；

l——托辊的长度，mm；

5)改变参数：带速v、输送带的张紧力、负载(加载量的大小)、被测托辊的直径，可以测量不同条件下托辊的旋转阻力。输送带的运行速度是通过控制直流电动机的速度进行调节，输送带的张紧力通过液压张紧装置进行调节，负载大小通过液压缸进行调节，被测托辊直径大小是通过更换不同直径大小的托辊进行调节。在改变参数时，被测托辊的旋转阻力会随之改变。

采用以上技术方案的有益效果：本发明专利与现有的技术相比，摈弃了传统的托辊旋转阻力测试方法，运用全新设计的测试装置对托辊的旋转阻力进行测量。本发明的托辊旋转阻力试验装置是采用驱动滚筒、换向滚筒以及输送带构成的小型带式输送机，能够在模拟真实工况的条件下，对托辊的旋转阻力进行测量。本发明利用液压缸对被测托辊进行施压，三维力传感器对施加的力以进行测量与控制。本发明在对被测托辊进行施压时，利用三维力传感器测量施压板对输送带的摩擦力，同时用音波式皮带张力检测仪测量输送带的张紧力，从而推导出托辊的旋转阻力计算公式。

附图说明

图1为本发明托辊旋转阻力试验装置的主视图；

图2为本发明托辊旋转阻力试验装置的俯视图；

图3为本发明液压施压装置结构示意图；

图4为本发明施压板结构示意图；

图5为本发明受力分析图。

图中：1、换向滚筒，2、轴承座一，3、机架一，4、被测托辊，5、轴承座二，6、驱动滚筒，7、联轴器，8、转速转矩传感器，9、连接轴，10、减速装置，11、电动机，12、输送带，13、托辊支架，14、液压升降装置，15、液压张紧装置，15-1、张紧小车，15-2、定滑轮，15-3、钢丝绳，15-4、动滑轮，15-5、油缸支座，15-6、张紧油缸，16、机架二，17、加压装置，17-1、液压缸支座，17-2、液压缸支架，17-3、施压板，17-4、支架，17-5、三维力传感器，17-6液压缸，18、音波式皮带张力检测仪。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

通过附图1、图2、图3、图4及图5所示一种托辊旋转阻力试验装置，包括换向滚筒1、轴承座一2、机架一3、被测托辊4、轴承座二5、驱动滚筒6、联轴器7、转速转矩传感器8、连接轴9、减速装置10、电动机11、输送带12、托辊支架13、液压升降装置14、液压张紧装置15、机架二16、加压装置17、音波式皮带张力检测仪18，所述输送带12绕过驱动滚筒6、换向滚筒1组成闭合回路，所述液压张紧装置14在换向滚筒5处张紧输送带12，所述驱动滚筒6与换向滚筒中间处布置被测托辊4，所述被测托辊4上方装有音波式皮带张力检测仪18，被测托辊4安装在液压升降装置14上，且其上方有加压装置17。

优选地，所述驱动滚筒6安装在轴承座二5上，且由电动机11提供驱动力，所述轴承座一2安装在机架一3上，所述驱动滚筒6与电动机11之间设有减速装置10，对驱动滚筒6实施减速传动。

优选地，所述音波式皮带张力检测仪18布置在被测托辊4中间上方的位置，对输送带12的张力进行检测。

优选地，所述加压装置17是由液压缸支座17-1、液压缸支架17-2、施压板17-3、支架17-4、三维力传感器17-5、液压缸17-6组成，

优选地，所述液压缸17-6、三维力传感器17-5、施压板17-3从上而下依次设于被测托辊4的正上方。

优选地，所述液压缸17-6固定在液压缸支架上17-2。

优选地，所述被测托辊4安装在托辊支架13上，所述托辊支架13安装在液压升降装置14上。

优选地，所述换向滚筒1安装在轴承座一2上，所述轴承座一2安装机架一3上，机架一3安装在液压张紧装置14上，对输送带12进行张紧。

优选地，所述液压张紧装置15是由张紧小车15-1、定滑轮15-2、钢丝绳15-3、动滑轮15-4、油缸支座15-5、张紧油缸15-6组成。

一种带式输送机托辊旋转阻力测试方法,包括以下几个步骤：

1)测试前，将被测托辊3安装在托辊支架13上，托辊支架13安装在液压升降装置14上。

2)在输送带12上放置施压板17-3，施压板17-3布置在被测托辊3的正上方，通过调节液压张紧装置15对输送带12进行张紧。

3)通过电动机11提供驱动力，经过减速装置10对驱动滚筒6进行驱动，从而带动输送带12的运行，运行的输送带12会产生初始的张紧力，利用音波式皮带张力检测仪18测量并记录输送带12的初始张紧力t0。

4)测量前，被测托辊4未与输送带12接触，从而保证在测量输送带12的初始张紧力时的纯粹性；测量时，通过液压升降装置14对被测托辊4的位置进行调节，使得被测托辊4与输送带12进行同步的运动，同时液压缸17-6进行施加压力，用三维力传感器17-5测量施压板17-3对输送带12的摩擦力f，用音波式皮带张力检测仪18测量并记录此时输送带12的张紧力t1，被测托辊4的长度l,输送带12宽度b,从而得到托辊的旋转阻力f计算公式：

f＝f′(2)

式中：f——托辊的旋转阻力，n；

f＇——托辊对输送带的作用力，n；

t1——输送带12的张紧力，n；

f——施压板17-3对输送带12的摩擦力，n；

t0——输送带12的初始张紧力，n；

b——输送带12的宽度，mm；

l——托辊的长度，mm；

5)改变参数：带速v、输送带12的张紧力、负载(加载量的大小)、被测托辊4的直径，可以测量不同条件下托辊的旋转阻力。输送带12的运行速度是通过控制直流电动机的速度进行调节，输送带12的张紧力可通过液压张紧装置15进行调节，负载大小通过液压缸17-6进行调节，被测托辊4直径大小是通过更换不同直径大小的托辊进行调节。在改变参数时，被测托辊4的旋转阻力会随之改变。

本发明专利与现有的技术相比，摈弃了传统的托辊旋转阻力测试方法，运用全新设计的测试装置对托辊的旋转阻力进行测量。本发明的托辊旋转阻力试验装置是采用驱动滚筒6、换向滚筒1以及输送带12构成的小型带式输送机，能够在模拟真实工况的条件下，对托辊的旋转阻力进行测量。本发明利用液压缸17-6对被测托辊4进行施压，三维力传感器17-5对施加的力以进行测量与控制。本发明在对被测托辊4进行施压时，利用三维力传感器17-5测量施压板17-3对输送带12的摩擦力，同时用音波式皮带张力检测仪18测量输送带的张紧力，从而推导出托辊的旋转阻力计算公式(1)。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。