礦用帶式輸送機液壓自動張緊裝置的分析

楊瑞祥

（大同煤礦集團雁崖煤業公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是煤礦采掘工作面重要運輸設備，輸送機主要由滾筒、電機、減速機、H架、重梁、阻燃膠帶、張緊裝置等部分組成；帶式輸送機具有運輸能力大、實用性強等優點，在掘進工作面中隨著巷道延伸，可通過添加輸送帶使輸送機延伸至工作面，輸送機在使用前需通過張緊裝置對輸送帶施加合適的張緊力，保證輸送帶運轉穩定，但是當前我國煤礦帶式輸送機普遍采用的是液壓張緊裝置，該裝置在使用中還存在一些問題，主要表現在張緊不足、張緊故障率高等，不僅增加了輸送機維修成本費用，而且嚴重影響著采掘工作面安全高效運輸。本文分析了傳統液壓張緊裝置結構原理以及主要存在問題，提出了新型液壓自動張緊裝置，并在2307巷帶式輸送機中進行實際應用。

1 傳統液壓張緊裝置機構原理及問題分析

1.1 傳統液壓張緊裝置結構原理

1）當操作人員給輸送機發出啟動信號后，啟動信號傳遞到輸送機的張緊機構，此時電磁閥內換向閥從中位換向左位，液壓油通過換向閥內的單向閥流入液壓缸，輸送機張緊機構開始工作，當瞬時張緊力變為正常張緊力的1.5倍后，張緊機構給壓力繼電器一個信號，輸送機通電開始啟動。

2）待皮帶完全啟動后，電磁閥內換向閥的位置又由左位換向中位，液壓油無法通過換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機狀態，之后張緊機構通過蓄能機構維持正常工作壓力[1-2]。

3）當操作人員給輸送機發出停止信號后，停止信號傳遞到輸送機的張緊機構，此時電磁閥內換向閥從中位換向左位，液壓油通過換向閥的單向閥流入液壓缸，輸送機張緊機構開始工作，當瞬時張緊力變為正常張緊力的1.5倍后，張緊機構給壓力繼電器一個信號。當輸送機停止運行后系統會自動卸壓。

1.2 主要存在的問題

該系統投入運行以來，能夠較好的調節輸送機的張緊力，具有響應靈敏、結構簡單的特點，但仍存在一些缺點，主要包括以下幾方面：

1）輸送機在進行取料作業時，常常會由于物料的作用力造成張緊機構拉伸或出套，導致輸送機張緊力發生突然變化，流入液壓缸內的液壓油壓力及流量達不到預定要求，此時輸送機的張緊力不能達到預定要求導致輸送機運行狀態不穩定。

2）液壓系統在輸送機運行過程中調整不精確，導致張緊機構控制難度及準確度下降。張緊機構主要是通過控制內部的壓力繼電器和溢流閥來控制張緊系統，這種調節方式能夠在定值分級控制的模式下精確控制，但在連續量控制下準確度較低，達不到輸送機生產時恒張力控制的需求。

3）張緊機構內安裝的溢流閥和繼電器均采用機械調節機構，該機構不僅存在操作復雜的缺點，還存在溢流閥開啟或關閉時壓差較大，且繼電器還存在通斷調節區。這些缺點導致系統在正常作業時出現壓力重疊區[3-4]。

2 新型液壓自動張緊裝置結構原理分析

為了解決以上生產過程中出現的問題，采用了一套新型張緊機構。技術人員主要在這套新型機構中加裝了壓力傳感器、控制模塊、比例控制器及比例溢流閥。該套新型機構不但具備傳統張緊機構的基本功能，還能避免之前張緊機構出現的問題。

2.1 新型張緊裝置結構組成

1）該套新型張緊機構主要由液壓系統和電控系統組成。液壓系統主要由以下部件組成：液壓泵、液壓缸、比例溢流閥和蓄能器；電控系統主要由以下部件組成：PLC、電控箱和控制面板，如圖1所示。

圖1 帶式輸送機新型液壓自動張緊裝置結構示意圖

2）電氣控制系統主要是由上位機、人機交換系統及PLC組成。PLC采用當下最先進的西門子數值模擬模塊，具有以下優點：將二進制指令的執行時間由原來的的250 ns縮減為90 ns，提高了響應速度；系統內預留了較多的I/O點數，能夠為設備后期加裝其他功能提供空間；系統具有自身監測功能，能夠實時對系統的運行情況進行檢查，并將檢查結果形成匯報。

3）上位機能夠對張緊機構的各項運行參數實時監測，同時工作人員可以遠程控制。人機交換系統能夠直接將各類參數實時顯示在屏幕上，并對系統存在的異常情況進行報警，工作人員可以利用人機交換系統對張緊機構進行控制調節。

2.2 新型張緊裝置工作原理

1）當操作人員給輸送機發出啟動信號后，啟動信號傳遞到輸送機的張緊機構，此時電磁閥內換向閥從中位換向右位，液壓油通過換向閥內的液控單向閥流入液壓缸，此時輸送機液壓缸收縮，皮帶張緊力增大，張緊機構開始工作，當瞬時張緊力變為正常張緊力的1.5倍后，張緊機構給壓力繼電器一個信號，輸送機通電開始啟動。

2）待皮帶完全啟動后，電磁閥內換向閥的位置又由右位換向中位，液壓油無法通過換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機狀態，之后張緊機構通過蓄能機構維持工作壓力，之后系統內的壓力傳感器、比例放大器、比例溢流閥與蓄能機構共同作用將系統的壓力按照軟件設定柔性的調節到正常壓力。壓力傳感器能夠在輸送機運行時實時監測到皮帶的壓力。在輸送機正常運行時，當輸送帶的恒張力下降到設定范圍外時，此時補壓信號傳遞到輸送機的張緊機構，電磁閥內換向閥從中位換向右位，系統進入補壓模式；相反當輸送帶的恒張力升高到設定范圍外時，此時泄壓信號傳遞到輸送機的張緊機構，比例溢流閥按設定值開始泄壓。

3）機構在開始運行后，PLC主要對各類輸入、輸出信號進行收集分析。當PLC發現系統數據異常時會將這些報警數據傳遞到人機界面，同時提醒操作人員停機。輸送機正常運行時，當PLC處于現場操控模式，如操作人員變為手動控制，PLC會根據操作人員設定的參數進行修改；當PLC處于遠程操控模式，PLC在接到人工啟動或停止信號后進入PID模塊，當人工不介入時，系統處于保壓狀態[5]。

3 應用效果分析

大同煤礦集團雁崖煤業公司2307巷設計長度為1 200 m，巷道采用綜合機械化掘進工藝，巷道掘進期間采用SSJ-800帶式輸送機進行煤矸運輸，輸送機采用雙電機驅動方式，電機功率為40 kW，每部輸送機設計安裝長度為400 m；2307巷在前300 m掘進中輸送機主要采用的是傳統液壓張緊裝置，該裝置在使用中經常出現故障，巷道掘進前期因輸送機張緊不合理，導致輸送機斷帶4次，且張緊裝置經常出現故障，輸送機維修成本費用達28萬元。

2019年4月16日對2307帶式輸送機原張緊裝置進行更換，采用新型液壓自動張緊裝置，截止2019年10月通過6個月實際應用觀察發現，新型新型液壓自動張緊裝置投入使用后輸送機未出現一次因張緊不合理導致斷帶事故，全年可節約設備成本費用達20余萬元。