一種帶式輸送機張緊裝置的研究與應用

李向軍

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司， 山西 長治 046600）

引言

張緊裝置是輸送機系統的重要組成部分，其主要作用是：在輸送機系統啟動、停止等非穩定工作情況下對輸送帶系統的張緊情況進行調節，確保輸送機系統的平穩啟動與停止；使輸送機系統在驅動滾筒的分離點保持一定的張緊力，確保輸送機在運轉的過程中不發生打滑等異常。但傳統的帶式輸送機自動張緊裝置存在響應速度慢、張緊力不足等缺點，因此需要設計一種新的輸送機自動張緊裝置，確保新式輸送機系統運行的穩定性。

1 輸送帶動張力分析

輸送機系統中輸送帶上的動張力，主要是輸送機在非穩定工況下運行時產生的，主要包括啟動時的動張力和停止時的動張力。

1）啟動動張力。帶式輸送機在啟動時會產生一個啟動加速度，輸送帶在加速度的作用下便產生了一個啟動動張力F0，這時就需要增加牽引力來平衡這個動張力，確保輸送機在啟動過程中的平穩性。

式中：F0為啟動動張力；W0為帶式輸送機運行時的總阻力；∑m為帶式輸送機系統的總的變位質量；as為帶式輸送機系統啟動時的加速度。

根據輸送機系統在運行時力的平衡方程及歐拉公式，可得：

式中：T1為輸送帶與驅動滾筒切入點的動張力；T2為輸送帶與驅動滾筒分離點的動張力。

2）制動動張力。帶式輸送機系統在停止或緊急制動時，其主電機首先停止輸出驅動力，這時輸送帶與驅動滾筒的運行方向與啟動時相反，T1成了輸送帶在與驅動滾筒分離點時該點的動張力，T2成了輸送帶在與驅動滾筒切入點時該點的動張力，但此時T1、T2的數學關系依然滿足歐拉公式[3]，因此可得此時動張力的計算公式為：

因帶式輸送機的輸送帶在制動時候的力的平衡方程為：

因此可得：

式中：F1為制動時輸送帶內的動張力；af為帶式輸送機系統制動時的加速度。

2 輸送機啟動、停止時對其張力的要求

1）由式（2）可知，在帶式輸送機系統啟動時，輸送帶在與驅動滾筒分離點時該點的動張力與輸送機系統啟動時的加速度有關，在啟動時，若帶式輸送機的輸送帶與驅動滾筒的滑動角增加，則可能會超過輸送帶在穩定運行時的最大允許滑動角，因此需要確保此時輸送帶內的動張力值不超過臨界值，一般取輸送帶在穩定運行時張力的1.5倍。

2）由式（6）可知，當帶式輸送機在制動時，其制動時輸送帶與驅動滾筒切入點的動張力與制動減速度有關，在制動時，帶式輸送機的慣性阻力和啟動情況下的慣性阻力相反，滾筒與輸送帶之間的摩擦力減小，因此，輸送機在制動時，輸送帶內的動張力要小于輸送機在啟動時輸送帶內的動張力，通常情況下取此時的張力為穩定運行時張力的0.95倍。

由以上分析可知，帶式輸送機在啟動、停止或者其他非穩定運行情況下所需的張力是不一樣的，因此需要帶式輸送機的張緊裝置能夠根據輸送帶的運行情況自動對其張緊力進行快速調節。

3 輸送機張緊裝置的設計

在對輸送帶內動張力的情況進行分析的基礎上，本文提出了一種新的能夠自動調節輸送帶內張緊力的自動張緊裝置（如圖1所示）。該裝置中裝在輸送帶上的傳感器對輸送帶系統內的張緊力進行實時監測，并將監測結果實時傳遞到中央控制系統，中央控制系統根據反饋結果，將控制信號轉換為電信號傳遞給液壓控制系統的比例溢流閥，通過控制比例溢流閥的精確輸出，來實時控制張緊裝置的動作[4]，精確控制輸送帶內的張緊力。

圖1 自動張緊裝置結構示意圖

該帶式輸送機的自動張緊裝置主要依靠液控系統進行動作，確保輸送帶內的張緊力，因此在該自動張緊裝置之外，我們設計了一套新的張緊裝置液壓控制系統，如圖2所示。

通過實驗可以測出在輸送機系統正常運行時輸送帶內張力正常情況下液壓系統控制電磁比例溢流閥工作所需的電流，根據前面所計算的輸送機的輸送帶在啟動時的張力、制動時的張力與正常運行時輸送帶內的張力之間的相互關系，轉換后可得I啟動=1.5I正常，I停止=0.95I正常，I正常表示輸送帶在正常運轉時維持其張力所需要作用在比例溢流閥上的電流，I啟動表示輸送帶在啟動時維持其張力所需要作用在比例溢流閥上的電流，I停止表示輸送帶在制動時維持其張力所需要作用在比例溢流閥上的電流。通過輸送帶上設置的張力監測傳感器，中央控制系統就可以實時將所需要的控制張力轉換為控制電流信號并將其作用在比例溢流閥上，從而控制輸送帶的張力。

圖2 自動張緊裝置液壓系統原理圖

4 結語

基于比例溢流閥控制的新型自動張緊裝置，在克服了傳統張緊裝置缺點的基礎上，還具有響應速度快、結構簡單、適應性強、張緊力調節精確等優點，為確保輸送機系統的安全、可靠、平穩的工作奠定了基礎，具有巨大的社會和經濟效益。

[1] 程昆鵬.新型斷帶抓捕裝置液壓系統的研究[D].太原：太原理工大學，2015.

[2] 徐瑞銀，董和平.輸送帶拉緊力的計算及拉緊裝置的適用性[J].分析物流技術，2005（6）：53-54.

[3] 李宜海.帶式輸送機動態張緊裝置的設計與研制[D].西安:西安理工大學，2007.

[4] 王晶.帶式輸送機液壓拉緊裝置控制系統的理論研究[D].阜新:遼寧工程技術大學，2006.