圓形料場堆料機液壓張緊系統分析研究

唐興華

（華電重工股份有限公司 上海分公司，上海 200122）

0 引言

圓形料場堆取料機具有環保的巨大功能，在采礦、冶金、電力和化工等領域得到越來越多的應用。而其中堆料膠帶輸送機是重要的部件之一。

堆料膠帶輸送機由滾筒，托輥組，緩沖床，膠帶，清掃器，導料槽，落料斗，驅動裝置和張緊裝置等組成。堆料機在運行使用一段時間后，會出現輸送膠帶伸長和形變等情況，因此需要采用張緊裝置來避免這種不利于設備安全運行的狀況發生。張緊裝置可以保證堆料機在輸送過程中膠帶始終保持足夠的張力，可以補償膠帶的伸長變化量，同時在檢修和重新硫化膠帶接頭時提供必要的行程變化量準備。

圓形料場堆料機的張緊裝置一般采用液壓油缸裝置方式。液壓油缸張緊裝置具有可以自動調節張緊力，響應快，穩定性高，適應性強，控制簡單等特點。

液壓張緊裝置設計的好壞直接影響到堆料機的正常運行。由于在運行過程中，液壓張緊裝置的張緊行程很大程度上取決于油缸安裝長度，而且油缸液壓系統始終處于高壓狀態，內泄漏嚴重，閥件的壽命也降低，壓力下降較快，會導致張緊力急劇下降。因此非常有必要對液壓張緊進行分析研究，并尋求使用先進的計算機方法對其進行控制。

對堆料機的膠帶張緊力進行分析研究，對其液壓張緊系統進行了設計分析，同時對其控制策略進行了初步的探討。整個分析過程為堆料機膠帶的張緊控制提供了理論依據，對于圓形料場堆料機的安全運行有現實意義，同時為液壓系統的動態仿真分析和優化設計提供重要的設計參考。

1 膠帶張緊力分析

圓形料場堆料機膠帶的張緊力計算可以參照帶式輸送機的膠帶張緊計算過程。堆料機的膠帶張緊力采用逐點法進行計算。設膠帶在驅動滾筒分離點處的張力S1，膠帶在驅動滾筒切入點處的張力S2，其計算公式關系如下：

式中：μ 為膠帶和驅動滾筒之間的摩擦因數；α 為驅動滾筒上膠帶的包角；λ 為改向滾筒阻力系數之乘積；ΣF為輸送膠帶機運行總阻力，包括主要阻力、附加阻力、特種主要阻力、特種附加阻力和傾斜阻力等阻力之和，具體計算公式可以參見DTII（A）型帶式輸送機設計手冊相應的計算方法。

聯立式（1）、式（2），可以求得S1和S2的表達式

堆料機驅動裝置的功率計算式如下：

式中：v 為堆料機運行速度；η 為電動機到驅動滾筒之間的機構效率；P 為驅動裝置的功率，kW；

圓形料場堆料機膠帶的液壓張緊裝置一般布置在驅動滾筒處，其張緊力按照膠帶在驅動滾筒脫離處張力的兩倍選取計算，即張緊力大小為2S1。

由式（3）知，圓形料場堆料機膠帶的張緊力與驅動滾筒上膠帶的包角α 以及摩擦因數μ 有密切的關系。適當增加μ 和α 的數值，可以降低堆料機膠帶的最小張緊力。盡可能避免選用光面裸露的鋼滾筒，可以提高摩擦因數μ。因此在堆料機的設計過程中，需要選擇較大的包角和選擇橡膠或者聚氨酯覆蓋層的驅動滾筒，可以降低最小張緊力。

圓形料場堆料機膠帶的最小張緊力受啟動張力的限制，通常啟動張力取正常運行張力的1.2～1.6 倍。同時最小張緊力還受輸送膠帶的相對垂度的限制，在穩定輸送狀況下，應控制在1%以下。輸送膠帶的運行速度越大，垂度越小。

2 液壓系統設計

2.1 液壓系統組成

圓形料場堆料機膠帶的液壓張緊裝置的液壓系統原理圖如圖1 所示。

圓形料場堆料機膠帶液壓張緊系統主要由液壓油箱，空氣濾清器，放油嘴，油位計，電磁換向閥，張緊油缸，齒輪泵以及壓力表，電控箱控制系統及附件等組成。

圖1 堆料機膠帶液壓張緊裝置原理圖

2.2 工作過程描述

圓形料場堆料機膠帶液壓張緊使用兩個獨立的液壓油缸，既可以同時工作，也可以單獨工作。

如圖1 所示，當齒輪泵開始正常工作后，三位四通電磁換向閥6 處在a 位，三位四通電磁換向閥7 處在中間位時，張緊油缸8 和張緊油缸9 的無桿腔進油，此時活塞桿推出，膠帶處于張緊狀態；電磁換向閥6 處于b 位，電磁換向閥7 處在中間位時，張緊油缸8 和張緊油缸9 的有桿腔進油，此時活塞桿回縮，膠帶處于松弛狀態。

如圖1 所示，當齒輪泵開始正常工作后，三位四通電磁換向閥6 處在a 位，三位四通電磁換向閥7 處在c 位時，張緊油缸8 的無桿腔進油，此時油缸8 的活塞桿推出，油缸8 側的膠帶處于張緊狀態；電磁換向閥6 處于b位，電磁換向閥7 處在d 位時，張緊油缸8 的有桿腔進油，此時活塞桿回縮，油缸8 側的膠帶處于松弛狀態。

如圖1 所示，當齒輪泵開始正常工作后，三位四通電磁換向閥6 處在a 位，三位四通電磁換向閥7 處在d 位時，張緊油缸9 的無桿腔進油，此時油缸9 的活塞桿推出，油缸9 側的膠帶處于張緊狀態；電磁換向閥6 處于b位，電磁換向閥7 處在c 位時，張緊油缸9 的有桿腔進油，此時活塞桿回縮，油缸9 側的膠帶處于松弛狀態。

該液壓系統組成既可以實現兩個液壓油缸的同步動作，也可以實現單側油缸的動作，滿足圓形料場堆料機膠帶的張緊要求。該液壓系統已在國內多個圓形料場堆料機液壓張緊系統中得到了很好地應用，實際應用效果良好。

3 控制策略

堆料機膠帶的液壓張緊油缸的實時壓力信號可以通過測壓接頭和壓力表10 傳輸到PLC 控制器。通過對比實時壓力值和最初設定值，當壓力值超過最初的設定范圍時，此時需要對液壓系統進行調整。最初設定的張緊力2S1為理論值，由于堆料機膠帶運行過程中阻力負載不斷變化，張緊力是動態變化的數值，因此這種控制方法存在一定的局限性，不能對實時變化的張力進行調整。

由于堆料機驅動裝置的電流與負載是存在一定的對應關系的，可以進一步通過控制驅動電流輸入來識別膠帶運行過程中的阻力變化，由式（3）可以計算出相對應的張緊力。同時對比測壓接頭和壓力表顯示的實際張緊力數值，結合采用PID 控制調節張緊力，這樣能更精確地控制液壓系統的張緊力，適應不同工況的張緊需要。

4 結論

對堆料機的膠帶張緊力進行分析研究，對其液壓張緊系統進行了設計分析，同時對其控制策略進行了初步的探討。整個分析過程為堆料機膠帶的張緊控制提供了依據，對于圓形料場堆料機的安全運行有現實意義，同時為液壓系統的動態仿真分析和優化設計提供重要的設計參考。

［1］戴建立.帶式輸送機自動張緊裝置的現狀及研究［J］.煤礦機械，2007（11）：3-5.

［2］毛君，王晶，劉訓濤.帶式輸送機智能液壓拉緊裝置［J］.煤礦機械，2005（10）：98-99.

［3］馬睿，張炳福，許慶友.液壓裝置在刮板輸送機中的應用［J］.煤礦機械，2004（6）：16-18.

［4］王曉麗，劉長偉，王迎祥.帶式輸送機輸送帶張緊力及張緊裝置［J］.煤炭技術，2008（6）：5-7.

［5］馬勝利，李福霞.長距離帶式輸送機自動拉緊裝置的研究［J］.西安科技大學學報，2009（3）：219-222.

［6］宋偉剛.散狀物料帶式輸送機［M］.沈陽：東北大學出版社，2000.