礦用長距離膠帶運輸機自動張緊裝置的設計

張鷹飛

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600）

引言

膠帶輸送機以其運送量大、運轉速度快、運行效率高的優勢在工業企業中得到了廣泛應用。膠帶輸送機是典型的連續運輸設備，通過摩擦力驅動實現對物料的連續運輸，膠帶既是牽引機構，又是承載機構，因此在啟動、停止、運行過程中對膠帶張緊力的要求不同，尤其是煤礦中運送煤料存在質量、體積分布不均且運送量不斷變化的現象，張緊裝置作為保障膠帶運輸機穩定高效運輸的關鍵設備顯得非常重要，但是目前實際生產中膠帶輸送機的張緊裝置陳舊，可靠性不足，不能滿足生產需要，本文針對這一不足，基于比例電液控制技術設計了一套主要用于長距離膠帶運輸機的液壓自動張緊裝置[1-3]。

1 總體方案的介紹

膠帶輸送機的主要組成結構包括底部機架、皮帶、托輥、兩個滾筒、張緊裝置以及傳動裝置。其中，帶動皮帶運動的滾筒叫做驅動滾筒，迫使皮帶改變運動方向的滾筒叫做換向滾筒。驅動滾筒由電動機結合減速器完成帶動，驅動滾筒與膠帶之間的摩擦力為膠帶提供牽引力[4-5]。膠帶與物料在托輥上移動，托輥可自由轉動，兩者摩擦力很小，因此可以實現長距離的物料輸送。膠帶輸送機的牽引作用依靠驅動滾筒和膠帶兩者的接觸摩擦產生，因此為了保障穩定的牽引，需要依靠拉緊裝置將皮帶拉緊，使皮帶和驅動滾筒之間能夠產生足夠的摩擦力[6]。

不難發現，膠帶輸送機運送物料能力的大小，與膠帶的張力和摩擦系數緊密相關[7]。膠帶輸送機在工作過程中，當膠帶過長，會使得膠帶與滾筒之間貼合度改變，摩擦力降低引起牽引力減小，為了保障膠帶輸送機的皮帶在運轉過程中能夠張緊，不發生打滑、跑偏現象，需要改善拉緊力的強度[8]。所以實際生產過程中，利用張緊裝置適當地將膠帶拉緊，增大膠帶張力，能夠有效提高牽引力，保障設備安全高效運行。

實際生產中，膠帶運輸機應用的張緊裝置有機械絞車張緊、重錘張緊以及自動液壓張緊等。機械絞車張緊可以實現在勻速運送過程的自動張緊，絞車需要長時間保持待機狀態，調節效果不穩定。重錘張緊設備反應速度較慢，安裝和調修也比較復雜。液壓自動張緊裝置具有靈活調節，反應速度較快的優勢，是目前發展的方向，本文正是采用液壓自動張緊的方式。

2 自動張緊裝置系統的設計

張緊裝置的硬件結構由液壓馬達、電控箱、絞車、液壓泵站、傳感器、滾筒小車及軌道、緩沖油缸、蓄能站、制動器等共同組成，可以分為機械結構、電氣裝置與液壓設備三部分。膠帶輸送機的液壓張緊裝置硬件結構圖如圖1所示。

2.1 機械部分

機械部分通過滾筒小車與皮帶直接接觸，小車底部設置有針對小車移動的專用軌道，摩擦力較小，小車在軌道上前后移動可以拉緊或者放松皮帶，鋼絲繩一端與小車連接，另一端與液壓絞車連接，中間通過導向滑輪進行方向的變換，鋼絲繩作為介質輸送來自液壓絞車的拉力。鋼絲繩通過應力計算選擇合適的型號，鋼絲繩上設置有拉力傳感器以及采集裝置可對鋼絲繩拉力進行監測反饋。

圖1 膠帶運輸機液壓張緊裝置硬件結構圖

2.2 電氣控制部分

電氣控制部分包括傳感器、控制器、電磁閥以及通訊線路共同組成。電氣控制部分通過傳感器檢測張緊鋼絲繩的張緊力，反饋到控制中心，由控制程序根據初始情況下對不同運行工況張緊力的設置，對當前張緊力的大小進行評估。其中，在啟動情況下，張緊系統可對皮帶測速傳感器的檢測信號進行識別判斷輸送機的運行工況，控制器判斷到系統處于啟動階段，會驅動液壓電機加速，增大到約1.5倍皮帶張緊力；當皮帶轉速趨于穩定時，系統會自動調整降低張緊力為正常設定值；當檢測到停機信號時，系統自動降低到低于正常值0.1～0.2倍的停機張緊力，同時設置有緊急停機功能，可實現快速停機也可對張緊力進行手動設置。圖2為電氣控制部分結構圖。

圖2 電氣控制結構圖

2.3 液壓部分

液壓系統作為動力來源由液壓油泵、液壓馬達、蓄能器、制動器以及緩沖油箱等部件共同組成。其中液壓絞車則由液壓馬達驅動，介質來自于液壓泵。由電氣控制動態調節先導式電液比例溢流閥，完成對液壓馬達的轉向、轉速及轉矩控制，調節制動閥控制液壓絞車轉動帶動小車在軌道上移動實現對張緊力的調整。在滑動小車的運行軌道上設置有蓄能站與緩沖油缸，系統控制電磁換向閥可用于平衡調整過程中的沖擊現象，保障設備穩定可靠。系統同時設置有液壓制動器結合斷帶保護功能，在遇到故障時可以較快制動避免危險發生。

2.4 通訊模塊

電控箱的控制器以微處理器作為控制核心，通過模擬量數據采集電路對張緊力拉力傳感器的數據以及輸送機測速傳感器數據進行了放大、A/D轉換，送入微處理器，微處理器通過接口電路模塊與電磁閥等連接通信，完成對執行元件的控制?？刂破魍ㄟ^RS-485串口通訊實現與上位機的信息交互。

2.5 軟件程序

在膠帶運輸機的啟停以及運行過程中，液壓自動張緊裝置通過對膠帶張緊力大小的采集檢測反饋，控制器結合膠帶運輸機轉速與預設張緊力對實際工況的張緊力大小進行判斷，通過改變溢流量調整驅動電機的轉速，以及緩沖油缸的控制，實現張緊力的調整。軟件處理程序主要是對鋼絲繩張緊力的采集監測，對張緊力大小的判斷以及根據轉速和開關信號對工況的判斷，進行控制策略調整。系統主程序的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統主程序軟件流程圖

3 結語

基于比例電液控制技術的液壓自動張緊裝置，可實現在膠帶輸送機的啟停階段以及正常運行階段的張緊力自動控制。系統采用液壓自動控制，結合電磁閥設備，設置有緩沖設備，可以有效平衡振動沖擊，同時保障調節的靈活高效。系統同時設置有斷帶保護、張緊力快速監測、輸送機工況判斷等功能，可大大提高輸送機的工作效率，保障安全生產，減少檢修調整時間。