自動(dòng)變頻張緊裝置在膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

原育敏

摘 要：張緊裝置是膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的咽喉，是重要的構(gòu)成部分，它的存在決定了膠帶輸送機(jī)是否能平穩(wěn)定運(yùn)行。本文從膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)以及其工作原理出發(fā)，在分析膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上指出其對(duì)張緊裝置和張緊力的工作要求，并對(duì)超長(zhǎng)運(yùn)距下變頻自動(dòng)變頻張緊絞車總體方案的設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī);張緊裝置;變頻器

1 膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

膠帶輸送機(jī)在煤礦已應(yīng)用多年，當(dāng)前的輸送帶主要分為單層織物芯輸送帶雙層織物芯輸送帶、用于長(zhǎng)距離輸送的鋼絲繩芯及芳綸輸送帶。隨著物料的運(yùn)輸量逐漸增大，帶式輸送機(jī)也取得了飛快的發(fā)展，涌現(xiàn)了大批的新式膠帶輸送機(jī)。

膠帶輸送機(jī)以輸送帶作為承載載體和牽引的一類遠(yuǎn)距離運(yùn)輸設(shè)備，其構(gòu)成主要包括：滾筒、輸送帶和拉緊裝置等。輸送帶繞過傳動(dòng)滾筒與尾部滾筒從而形成了無極環(huán)形帶，托輥支承上下輸送帶來限制這個(gè)輸送帶的撓曲垂度，并通過拉緊裝置提供張力。在工作的時(shí)候，驅(qū)動(dòng) ?裝置將傳動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)，通過輸送帶與傳動(dòng)滾筒間的摩擦力將輸送帶驅(qū)動(dòng)并運(yùn)行，而裝在輸送帶上的物料則隨著輸送帶運(yùn)動(dòng)。

膠帶輸送機(jī)是靠傳動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。故而，在輸送機(jī)運(yùn)行的過程中，輸送帶的張力大小及張力變化是對(duì)輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的重要影響因素。而張力是由張緊裝置所提供，因此張緊裝置對(duì)帶式輸送機(jī)的使用影響重大，是非常關(guān)鍵的設(shè)備。

2 帶式輸送機(jī)對(duì)張緊力的要求

在皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)使用中，張緊力的研究和張緊裝置的選用是極其重要的。輸送帶張力是一個(gè)沿輸送區(qū)段變化的重要運(yùn)行數(shù)據(jù)。它受各種因素的影響，如皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)度、寬度、材質(zhì)、局部區(qū)段的傾角正負(fù)、傳動(dòng)滾筒的數(shù)量和布置、驅(qū)動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置的性能、輸送帶拉緊裝置的類型及布置、載荷及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。在帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)過程中 ，通常用逐點(diǎn)法計(jì)算張緊力。計(jì)算公式為：

S1=KS2 +W 公式（1）

S1=S2eμα 公式（2）

式中 S1 ——輸送帶最大張力;

S2 ——輸送帶與傳動(dòng)滾筒分離點(diǎn)的張力;

K ?——改向滾筒阻力系數(shù)之積;

W ——輸送機(jī)運(yùn)行總阻力;

α ? ——圍包角;

μ ? ——傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)。

由式（1）式（2）可求解出 S1和 S2 。從式（2）中看出圍包角α與 S1 有著密切關(guān)系，因此傳動(dòng)滾筒圍包角的選取對(duì)輸送帶最大張力影響是較大的。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)選取最優(yōu)的圍包角，使輸送帶最大張力最小。

雖然對(duì)于輸送帶張力來說應(yīng)盡可能地小，但它的最小張力也是具有限制條件的。首先最小張力就要受到啟動(dòng)張力的限制， 因?yàn)閷?duì)于皮帶輸送機(jī)而言，一般啟動(dòng)張力的確定非常重要，啟動(dòng)張力選小了，皮帶在滿載啟動(dòng)時(shí)就要打滑，造成啟車?yán)щy。啟動(dòng)張力選大了，則輸送帶張力較大，就必須提高輸送帶的強(qiáng)度，同時(shí)也要增大傳動(dòng)滾筒的直徑，這樣就增加輸送機(jī)的制造和使用成本。通常啟動(dòng)張力取正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的 1～1.3 倍，這樣既能滿足輸送機(jī)的啟動(dòng)要求，也不會(huì)過于增大輸送帶的最大張力。

3 張緊裝置在煤礦膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)中的作用

在帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵組成部分當(dāng)中，膠帶張緊控制裝置顯得非常關(guān)鍵，它的功能是在輸送機(jī)運(yùn)行的過程中，確保膠帶張力的充足，在制動(dòng)、啟動(dòng)和順利工作的時(shí)候，讓傳動(dòng)滾筒和膠帶間具備所要求的摩擦力，從而起到防滑的效果，并且對(duì)各支撐托輥間的垂度進(jìn)行限制，以避免撒料。帶式輸送機(jī)張緊裝置的作用是：（1）可以動(dòng)態(tài)性地滿足順利工作拉力與啟動(dòng)拉力，根據(jù)帶式輸送機(jī)張力的要求進(jìn)行調(diào)整，從而保障輸送機(jī)工作中的張力適合和啟動(dòng)時(shí)的不打滑。（2）在啟動(dòng)帶式輸送機(jī)的時(shí)候，可以及時(shí)地張緊膠帶，進(jìn)而使得輸送機(jī)的啟動(dòng)特性大大地改善。（3）可以根據(jù)輸送機(jī)的實(shí)際情況實(shí)時(shí)地判定膠帶張力，以及對(duì)張力的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)整。（4）確保輸送帶傳動(dòng)滾筒分離點(diǎn)具備充足的張力，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)滾筒摩擦傳動(dòng)的需要。

4 自動(dòng)張緊裝置的結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)要求

張緊裝置是保證輸送帶具有一定的張力，使輸送帶和滾筒間產(chǎn)生必要的摩擦力，在確保膠帶機(jī)中最小初拉力能滿足繞度要求的條件下，限制輸送帶在各支撐點(diǎn)間的垂度，使輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)、制動(dòng)方式及張緊裝置的安裝位置確定后，張緊裝置的特性就取決于其自身的性能。沒有張緊裝置的密切配合，要想獲得良好的可控啟（制）動(dòng)是不可能的，自動(dòng)張緊技術(shù)也是膠帶機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它可大大地提高膠帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

國(guó)內(nèi)煤礦井下主要有兩類張緊方式：一類是絞車與油缸相結(jié)合的自動(dòng)張緊裝置，紋車用于輸送帶大行程張緊，油缸用于小行程張緊，兩者相結(jié)合而達(dá)到自動(dòng)張緊的目的，此種自動(dòng)張緊裝置能達(dá)到輸送機(jī)的啟、制動(dòng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)輸送帶張緊的要求，但是輸出速度相對(duì)較慢，此機(jī)型比較適合固定式帶式輸送機(jī)。在長(zhǎng)期使用過程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)目前存在幾項(xiàng)問題：首先，液壓制動(dòng)器動(dòng)作緩慢，在系統(tǒng)需要及時(shí)釋放張力或者張緊時(shí)，由于液壓系統(tǒng)的反應(yīng)相對(duì)較慢，所以會(huì)出現(xiàn)控制不及時(shí)現(xiàn)象，造成打滑和過張力：其次，液壓系統(tǒng)雖然有儲(chǔ)能裝置，但當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)儲(chǔ)能裝置不足以對(duì)制動(dòng)器持續(xù)控制，需要泵電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)壓，而系統(tǒng)斷電后泵電機(jī)已經(jīng)停止工作。另一類是：張緊裝置使用變頻控制張緊系統(tǒng)，它由變頻張緊開關(guān)、張緊電機(jī)、減速器、張緊滾筒、制動(dòng)器、鋼絲繩以及游動(dòng)小車等部件組成的，其設(shè)計(jì)是張緊系統(tǒng)的一次重要革新，通過電控替代液壓控制，電控系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)相比具有控制靈活、響應(yīng)速度快、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，因此該張緊裝置廣泛用于可伸縮膠帶輸送機(jī)上，便于應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工況。

超長(zhǎng)運(yùn)距大型膠帶機(jī)所用的張緊裝置必須滿足以下技術(shù)要求：自動(dòng)調(diào)整張緊力，能隨著輸送帶張力變化而能自動(dòng)地調(diào)節(jié)張力與張緊行程，始終保持輸送帶所規(guī)定的張力值;響應(yīng)速度快，當(dāng)輸送帶張力發(fā)生一個(gè)變化值時(shí)，張緊裝置使輸送帶張力恢復(fù)到原值所花費(fèi)的時(shí)間稱為響應(yīng)速度。要求響應(yīng)速度越快越好，當(dāng)響應(yīng)速度小于輸送帶張力變化周期時(shí)，就會(huì)使輸送帶獲得一個(gè)穩(wěn)定的張力，運(yùn)行平

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穩(wěn);反之輸送帶張力不穩(wěn)定產(chǎn)生振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生共振。

5.變頻器工作原理

變頻器主要由整流器，平波回路以及逆變器組成，整流器主要是采用大量的二極管組成的整流電路，將交流的工頻電源轉(zhuǎn)換成直流電源，以滿足變頻需要。交流電壓源經(jīng)過整流變成直流電壓后，一般是含有六倍、十二倍頻率的脈動(dòng)電壓，而由逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也會(huì)使整流后的直流電壓發(fā)生波動(dòng)，為了抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生，采用由電感和電容組成的平波回路來解決這種問題。逆變器和整流器是相反的，主要是將平波以后的直流電壓經(jīng)過逆變?cè)俅巫兓亟涣麟妷海M(jìn)而達(dá)到變頻的效果。

變頻調(diào)速要求必須具備能夠同時(shí)控制電壓幅值和頻率的交流電源，但是現(xiàn)在電網(wǎng)所提供的電壓以及電壓頻率都是恒定不變的，因此就需要配置變壓變頻器，簡(jiǎn)稱VVVF。PAM變頻控制原理是現(xiàn)在變頻控制中非常常見的一種變頻控制方法，它的工作原理主要是將變壓和變頻分開完成，變壓的內(nèi)容主要是改變電壓的幅值，變頻就是對(duì)逆變器輸出頻率的改變，這種分別控制直流電壓幅值以及交流輸出頻率的方法稱為脈沖幅值調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱PAM變頻調(diào)速。還有一種較為廣泛使用的變頻控制方式叫做PWM變頻控制方式，與PAM不同的是，PWM變頻控制將變壓和變頻通過逆變器做集中處理，在變頻器前面接不可控整流器，中間的直流電壓恒定，最后用逆變器完成變壓與變頻，逆變器主要是采用脈沖寬度調(diào)制，這種方式就叫做PWM控制方式。這兩種控制方式都能夠?qū)崿F(xiàn)電壓頻率的改變，從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速效果。

6.在煤礦膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)中變頻自動(dòng)變頻張緊的應(yīng)用

在原來的煤礦膠帶機(jī)張緊系統(tǒng)中，如液壓張緊、電液控張緊，將皮帶張力控制在一個(gè)固定的張力區(qū)間，無法根據(jù)膠帶機(jī)長(zhǎng)度及負(fù)載的變化自動(dòng)、準(zhǔn)確的調(diào)整該張力區(qū)間，且反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致張力控制不及時(shí)，難以滿足超長(zhǎng)運(yùn)距膠帶機(jī)的系統(tǒng)張力控制要求，也極大的限制了運(yùn)輸系統(tǒng)效率、增加了成本，更重要的是間接的阻礙了煤礦行業(yè)的快速發(fā)展。變頻自動(dòng)變頻張緊的出現(xiàn)是煤礦高產(chǎn)高效發(fā)展的必然產(chǎn)物，利用變頻調(diào)速技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地提供膠帶機(jī)在不同運(yùn)行階段、不同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)所需的合理張緊力，實(shí)現(xiàn)張緊服從驅(qū)動(dòng)，從而滿足超長(zhǎng)運(yùn)距膠帶機(jī)張緊控制條件，大幅提高膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率，促進(jìn)行業(yè)不斷發(fā)展。

神華神東上灣煤礦8.8米超大采高智能綜采工作面配套使用的1.8米帶寬超大運(yùn)力，6000米超長(zhǎng)運(yùn)距、智能單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)順槽膠帶機(jī)使用變頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)張緊裝置，有效解決了大負(fù)載、高轉(zhuǎn)矩、高沖擊張力帶來的影響，保證張緊系統(tǒng)能夠根據(jù)負(fù)載變化快速提供合適的張緊力及張緊速度，使得張緊力穩(wěn)定在合理張力范圍內(nèi)，同時(shí)有效的解決對(duì)機(jī)械部件的沖擊，使得膠帶運(yùn)輸機(jī)能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。

7 結(jié)束語

隨著煤礦對(duì)高產(chǎn)、高效、智能、綠色發(fā)展提出的更高要求，因此帶式輸送機(jī)要根據(jù)生產(chǎn)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度情況，配備合理的自動(dòng)變頻張緊裝置，可以使煤礦膠帶機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，極大提升了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)變頻張緊程序可以及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，操作便捷等特征，為礦井的的生產(chǎn)起到了有力保障，為了能夠使變頻自動(dòng)變頻張緊裝置更好的應(yīng)用于現(xiàn)代的煤礦膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)中，我們就需要對(duì)自動(dòng)變頻張緊裝置進(jìn)行不斷的探索研究。