皮帶機自動張緊系統設計

顧 銳

（同煤集團馬道頭煤業有限公司， 山西 大同 037100）

引言

帶式輸送機通過驅動裝置帶動驅動滾筒旋轉，利用驅動滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶沿纏繞回路運行來實現物料的運輸，因此皮帶機上的輸送帶需要張緊裝置來張緊。張緊裝置能在驅動滾筒的奔離點提供適當的張力，防止輸送帶打滑。張緊裝置輸出的張緊力不僅能滿足輸送帶下分支垂度及上分支成槽性的要求，還可以補償輸送帶的彈性伸長。張緊裝置的性能直接關系到皮帶機的使用效果及輸送帶的使用壽命，只有對張緊裝置不斷優化設計才能滿足煤礦復雜的工況要求，保證皮帶機的安全穩定運行[1]。

1 張緊裝置類型

根據不同的工況需要及張緊力的提供方式，目前常用的張緊裝置包括固定式張緊裝置、恒力式張緊裝置及自動式張緊裝置。

1.1 固定式張緊裝置

固定式張緊裝置的張緊滾筒在皮帶機的整體運行過程及停機時的空間位置一直不變，不能根據輸送帶的松緊度進行位置調整[2]。常見的固定式張緊裝置有尾部螺旋張緊裝置和固定式電動絞車張緊裝置。螺旋拉緊特點是結構簡單、布置緊湊，節省一個張緊滾筒，常應用在小型帶式輸送機上。但是螺旋拉緊裝置提供的張緊力及張緊行程較小，張緊力的控制完全靠工作人員的經驗。比較而言固定式電動絞車拉緊裝置拉緊力大，同時可滿足較大的拉緊行程。但是由于拉緊裝置位置固定，對復雜工況適應性差。

1.2 恒力式張緊裝置

恒力式張緊裝置提供的張緊力不隨皮帶機的工況發生改變。恒力式張緊裝置可以響應皮帶機松緊度的變化[3]。常見的恒力張緊裝置有重錘式拉緊裝置、尾部車式拉緊裝置及塔架式拉緊裝置。重錘式拉緊裝置結構簡單、維護方便。張緊滾筒與重錘拉緊裝置連接，張緊力靠重力提供，布置在輸送機下部空間。常應用在長度50 m以上有足夠下部空間的帶式輸送機。如果下部空間不足可考慮使用塔架式重錘拉緊裝置。另外，在井下空間有限制的情況下可采用尾部車式拉緊裝置。

1.3 自動張緊裝置

自動張緊裝置能根據不同的工況自動調整拉緊力，并能響應皮帶機松緊度的變化。按照張力輸出設備的不同可分為：電動絞車自動拉緊裝置、液力絞車自動拉緊裝置及液壓自動拉緊裝置[4]。自動拉緊裝置一般包括執行設備（電動絞車、液力絞車、液壓缸），鋼絲繩，滑輪組，張緊小車，傳感器及電氣控制系統等部分。自動拉緊裝置可根據皮帶機運行狀態（啟動、運行、制動）的不同設定所需的拉緊力[5]，并可實現對拉緊系統的自動控制。其中電動絞車自動拉緊裝置和液力絞車自動拉緊裝置可適用于張緊形成較大復雜工況的帶式輸送機。與電動絞車自動拉緊裝置相比液力絞車自動拉緊裝置可提供更大的張緊力，應用廣泛。液壓自動拉緊裝置一般應用在張緊力大、張緊行程小并且采用鋼絲繩輸送帶的帶式皮帶機上。

2 張緊系統性能要求

張緊系統的主要作用是為帶式輸送機的正常運行提供必要的張力，屬于帶式輸送機的關鍵部分之一。由于輸送帶的主要成份就有橡膠，且具有粘彈性的特點，輸送機的各種工作狀態（啟動、制動、速度變化、上料、卸料）都會引起輸送帶的張力變化，張力并非定值。張緊力的變化在距離長、功率大的帶式輸送機中的波動更明顯，因此張緊系統應根據不同的工況實現調節皮帶機張力并迅速抵消輸送帶張力波動，保證帶式輸送機安全平穩運行[6]。

2.1 快速響應

張緊裝置要克服張緊小車慣性、張緊車運行阻力及張緊滾筒慣性帶來的滯后因素,具有快速響應能力，隨著張力變化對張緊力作出調整。

2.2 及時響應皮帶松緊度的變化

由于輸送帶的物理屬性，張力的變化會造成輸送帶不同程度的伸長和縮短。皮帶機輸送距離越長松緊變化越明顯。張緊系統要具有及時補償輸送帶的彈性伸長量變化的能力，保證輸送帶的張力在合理范圍內。

2.3 安全

帶式輸送機的故障概率一般不大，但是如果操作不當或檢修不及時也存在一些故障，例如當皮帶突然卡住無法運行等，這時張緊系統需要對張緊力的劇升作出判斷，及時控制張力的輸出,減小對輸送帶的張力沖擊。

3 PLC自動張緊控制系統

對于輸送距離長、功率大的帶式輸送機，不同的工況會使皮帶機的張力發生復雜變化。因此需要配置可靠的張力控制系統，對張力進行實時監測并及時調節張力的輸出，保證帶式輸送機的安全性及穩定性。PLC通過可編制程序的存儲器來實現對執行邏輯運算、順序運算、算術運算、計時及計數等指令的內部存儲，并利用信號（數字式、模擬式）的輸入和輸出實現對設備的控制，具有性能可靠、功能強大、操作簡單及價格低廉的特點。因此本文基于PLC來設計自動張緊控制系統。

3.1 系統控制原理

如圖1所示，控制系統包括張力顯示器、張力傳感器、變送器、傳動機構、張緊電機及控制器等。張緊力調節時，張力傳感器安裝在鋼絲繩上，對鋼絲繩的力值進行實時采樣，變送器將采樣值轉換為電信號傳輸到控制器，控制器通過把采樣值與給定值進行比較，發出信號控制電機的轉向，使絞車實現繞繩或者松繩動作，對輸送帶張力進行調節。調節完成后，控制器給張緊抱閘發送信號將電機抱死，保證特定工作狀態的張力值恒定。

帶式輸送機開機時，變送器將張力傳感器采集到的輸送帶張力的變化值轉換為電信號并傳輸給控制器，對張緊力進行調節，當張緊力達到啟動所需要的大小時皮帶機開始啟動。當帶式輸送機停機時，張緊系統控制張緊力調整至停機所需張力。

圖1 控制原理圖

3.2 控制系統硬件

硬件系統是控制系統的基礎設備，本次設計的硬件系統主要包括控制柜（PLC控制系統和低壓控制系統）、按鈕箱（布置在輸送機機頭位置）、張力采集系統及網絡線路等部分。PLC控制系統包括控制器、編程軟件及輸入、輸出、通信等模塊。可實現帶式輸送機的動態控制。張力采集系統包括張力傳感器（數據采集）、變送器（信號轉換）及張力數顯表等部分。

集中控制系統組成示意圖如圖2所示。集中控制系統由張緊遠程站、PLC主站、中央控制室、以太網及ControlNet等部分網絡組成?？刂葡到y將張力控制系統作為遠程站，PLC主站和張緊遠程站之間利用ControlNet實現通信。PLC主站通過以太網與中央控制系統連接可實現遠程控制。張緊的系統的控制可單機進行也可多機集中控制。

圖2 集中控制系統示意圖

4 結論

本文設計的基于PLC控制的張緊自動控制系統，可實現輸送帶張力的自動調節及遠程控制。通過多個煤礦的現場應用，該自動張緊裝置使得皮帶機在啟動、制動、滿載及空載運行切換的過程中運行平穩，提高了皮帶運行效率及使用壽命。