帶式輸送機變頻自動張緊裝置及其應用

趙 軍

(中國神華神東煤炭公司，陜西 神木 719315)

帶式輸送機變頻自動張緊裝置及其應用

趙 軍

(中國神華神東煤炭公司，陜西 神木 719315)

介紹了長距離、大運量可伸縮帶式輸送機變頻自動張緊裝置系統組成、機械傳動原理和張力控制原理。對其在使用過程中出現的故障及原因進行了分析，并提出了改進方法。

帶式輸送機；張緊裝置；變頻

0 引言

可伸縮帶式輸送機是保證煤礦工作面運輸的重要設備之一，其張緊裝置的可靠工作是輸送機正常工作的保證。隨著可伸縮帶式輸送機由短距離、小運量向長距離、大運量、高速度發展，張緊裝置也由螺旋張緊、液壓張緊、APW張緊發展到現在的變頻自動張緊[1-3]。可伸縮帶式輸送機由短距離向長距離發展過程中，由于張緊裝置的發展滯后，給輸送機的可靠運行帶來諸多問題，行程不夠、停機峰值張力過高、斷帶等。 可伸縮帶式輸送機在啟動階段、勻速運行階段和停機階段分離點張力變化幅度遠遠大于同規格的鋼絲繩固定帶式輸送機，這就要求張緊裝置在不同階段提供不同的穩定張力，且能快速自動調節[4-9]。本文根據目前煤礦長距離、大運量可伸縮帶式輸送機使用的變頻自動張緊裝置，對其工作原理和控制原理以及使用中出現的問題給予介紹。

1 可伸縮帶式輸送機分離點張力分析

1.1 穩定運行階段分析

帶式輸送機穩定工況下傳動滾筒傳遞到輸送帶上的驅動力為：

F=FH+FN+FSt+FHS.

(1)

其中：FH為主要阻力；FN為附加阻力；FSt為提升阻力；FHS為特種阻力。

此時傳動滾筒上輸送帶滿足：F=T1-T2(其中，T1為傳動滾筒奔入點張力，T2為傳動滾筒分離點張力)。要保證輸送機正常工作，張緊裝置需提供穩定的張力值T2。

如果穩定運行階段輸送機停機，分離點張力為：

(2)

停機時輸送帶飄帶下垂引起的附加力會引起分離點張力增加，不能正確地計算和分析此峰值張力的大小和趨勢，是造成輸送機破壞的重要原因。

1.2 啟動階段分析

啟動階段傳動滾筒驅動力為：

FA=F+∑m·aA.

(3)

其中：∑m為所有旋轉部件的質量；aA為帶式輸送機啟動加速度。分析傳動滾筒驅動力和輸送帶力平衡關系式知，驅動力FA、T1隨著時間不斷增加，會先增加后減小，而T2會不斷地減小。同時由于彈性變形與塑性變形主要出現在啟動階段初期，所以要求張緊裝置在輸送機剛啟動時，需快速張緊變形量，提高分離點張力，才能保證驅動滾筒不打滑。

1.3 停機階段分析

停機階段傳動滾筒驅動力為：

FB=F-∑m·aB.

(4)

其中：aB為帶式輸送機停機時減速度。此時傳動滾筒上輸送帶滿足：FB=T1-T2。

2 變頻自動張緊裝置組成及工作原理

2.1 系統組成及主要參數

變頻自動張緊裝置主要由張緊絞車、電控系統、制動器液壓泵站、緩沖裝置、檢測系統、冷卻系統等組成。其系統組成框圖如圖1所示。

張緊絞車主要由變頻防爆電機、濕式摩擦制動器、行星傳動減速器、滾筒、支架和滑輪組組成。

電控系統主要由防爆控制箱(變壓器、隔離開關、變頻器、西門子可編程控制器、本安電源、隔離柵、接觸器、)本安操作箱、本安接線箱組成，其主回路如圖2所示。

圖1 變頻自動張緊裝置系統組成框圖

整機主要參數如下：

總裝機功率(kW)： 55；

單根鋼絲繩最大牽引力(kN)： 100.6；

鋼絲繩牽引速度(m/s)： 0.50；

鋼絲繩直徑(mm)： 20；

最大靜態制動扭矩(Nm)： 2 250；

最大動態制動扭矩(Nm)： 1 200～1 450；

電壓(V)： AC660；

滾筒直徑(mm)： 530；

制動器開啟壓力(MPa)： 7.5；

減速器減速比： 76。

制動器液壓泵站主要由防爆電機、齒輪泵、卸荷溢流閥、電磁換向閥、蓄能器、油箱、壓力表、過濾器、手壓泵等組成，其原理圖如圖3所示。

液壓泵站主要參數如下：

電機額定功率(kW)： 1.1;

電機額定轉速(r/min)： 1 450;

系統壓力(MPa)： 7.5;

系統流量(L/min)： 10;

油箱容積(L)： 65。

緩沖裝置主要由防爆電機、乳化液泵、油缸、蓄能器、溢流閥、單向閥、截止閥、安全閥等組成，見圖4。

1-防爆電機； 2-齒輪泵；3-手壓泵；4-卸荷溢 1-防爆電機；2-乳化液泵；3-溢流閥；

流閥；5-電磁換向閥； 6-蓄能器； 7-制動器 4-單向閥；5-油缸；6-蓄能器；7-截止閥

圖2 變頻張緊控制主回路圖3 液壓泵站原理圖 圖4 緩沖裝置原理圖

檢測系統主要由游動小車位置檢測開關(空位、滿位)、張力傳感器、制動壓力傳感器、緩沖壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器、速度傳感器等組成。

冷卻系統主要由防爆電機、泵、水箱等組成。

2.2 機械傳動原理

圖5為帶式輸送機變頻自動張緊裝置傳動原理。當輸送機張力達到調節值時，制動器打開，防爆電機輸出轉矩，錐齒輪一級減速后，再傳給兩級行星減速，行星減速器輸出軸通過聯接盤將轉矩傳遞給滾筒。滾筒纏繞鋼絲繩，經3個動滑輪，2個定滑輪，將力傳給輸送機變向滾筒。絞車滾筒順時針旋轉緊帶，張力增大；絞車滾筒逆時針旋轉松帶，張力減小。2.3 變頻張緊裝置工作原理

變頻張緊裝置工作前，先開啟冷卻系統。冷卻系統能通過溫度傳感器檢測冷卻水箱溫度，如過水溫低于設定溫度，則停止工作，如果檢測到溫度高于設定值，會自動開啟，直至溫度降下。冷卻系統主要用于降低變頻器及防爆控制箱溫度，避免由于溫度過高導致電器報故障。

制動器液壓泵站工作原理：變頻張緊裝置工作前，先檢測泵站壓力是否為7 MPa,如小于此值，則先啟動泵站，將壓力升至7 MPa，然后處于待機狀態。當變頻絞車需要工作時，PLC控制電磁換向閥工作，蓄能器儲存的能量可以打開制動器，絞車可以正反轉工作。工作3次～5次后，如壓力小于5 MPa后，PLC重新啟動泵站，將壓力升到設定值。壓力達不到設定值，絞車不允許轉動。

當變頻自動張緊裝置收到集控的啟車信號后，先啟動冷卻系統、制動器泵站，同時檢測水溫、油溫正常后，檢測張力與啟動張力值是否相同。如差值超過設定值，則打開制動器，控制張緊絞車松帶或緊帶，使張力與設定值相等。電機轉動的速度(頻率)大小與張力差值相關：差值越大，頻率越大，轉速越高，反之亦然。張力調節到啟動張力后，變頻自動張緊裝置發張力備妥信號給集控，集控啟動輸送機電機。啟動階段結束后，變頻自動張緊裝置自動將張力調節到運行張力。輸送機勻速運行過程中，如被檢張力在設定范圍內變化，張緊絞車保持待機；當被測張力高于或低于設定運行張力值，則絞車被激活，快速將張力調節到設定運行張力值，然后再次保持待機狀態。當變頻自動張緊裝置收到集控的停車信號后，控制箱PLC立即激活絞車電機，將張力降至停機張力。停機階段變頻絞車制動器一直處于打開狀態，以便于變頻器能快速作出反應。停機階段結束后，變頻絞車保持張力，控制箱PLC控制電磁閥，關閉制動器。變頻自動張緊裝置完成輸送機從啟動到停機過程對張力的自動調節。

1-防爆電機；2-制動器；3-減速器； 4-絞車滾筒；5-油缸；6-蓄能器；7-滑輪系

3 張力控制原理

可伸縮帶式輸送機對張力的要求是：啟動張力大于運行張力和停機張力，啟動張力通常為運行張力的1.2倍～1.5倍；驅動滾筒分離點張力在不同階段保持為恒張力。

根據上述要求，變頻自動張緊裝置在不同階段控制原理相同，區別在于各運行階段張力設定值不同。因此，下面以運行階段張力控制為例給予解釋。變頻自動張緊裝置控制系統框圖見圖6。張緊絞車滾筒的轉速與張力差值大小成正比。假設張力檢測值為F,運行張力設定值為F0。

張緊絞車滾筒的轉速為：

n=60f(1-s)/(pi).

(5)

f∝ΔF∝ΔI.

(6)

其中：p為電機極數；s為電機轉差率；f為電源頻率，Hz；i為減速器傳動比；ΔF為張力差值，kN；ΔI為張力傳感器電流信號差值，mA。

控制箱PLC檢測絞車張力值F并與設定值F0比較：如果F0-ΔFF0+ΔF或F

圖6 張力自動控制系統框圖

4 應用示例及問題

該裝置在神東某煤礦工作面使用，輸送機參數如下：帶長L=3 200 m，帶寬B=1.4 m，輸送量Q=2 500 t/h，PVC帶，帶強2 000 MPa,驅動功率為3×500 kW，變頻驅動。選用變頻調速自動張緊裝置+緩沖裝置。經兩年應用，設備運行平穩正常，可以自動調節膠帶張力，與自移機尾配合完成膠帶收縮工作。該裝置與卷帶裝置配合可滿足儲帶倉膠帶儲滿后自動放出膠帶，完成膠帶回收工作。

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Design and Application of Automatic Tightener for Belt Conveyor

ZHAO Jun

(Shendong Company of Shenhua Group, Shenmu 719315, China)

This paper introduces the composition and working principle of an automatic tightener for belt conveyor, analyzes the reason for faults during its operation，and puts forward some methods to improve the device.

belt conveyor; teghtener; frequency

1672- 6413(2015)06- 0106- 03

2015- 06- 12；

2015- 10- 10

趙軍(1973-)，男，內蒙古自治區達拉特旗人，工程師，本科，主要從事煤礦機電及管理工作。

TH222

A