帶式輸送機(jī)液壓拉緊裝置的設(shè)計(jì)分析

劉志剛

（霍州煤電集團(tuán)河津杜家溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 043300）

引言

當(dāng)前，長(zhǎng)距離大功率帶式輸送機(jī)被礦山與港口行業(yè)廣泛應(yīng)用，通常其投資成本與維護(hù)成本相對(duì)較低。通過(guò)分析國(guó)外長(zhǎng)距離大功率帶式輸送機(jī)，我國(guó)在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方面存在的一定的缺陷。由于在工作的過(guò)程中往往出現(xiàn)皮帶打滑的現(xiàn)象，因此為了能夠有效地提高輸送機(jī)滾筒的摩擦力，從而在帶式輸送機(jī)位上設(shè)置拉緊裝置。由于我國(guó)在拉緊裝置方面起步較晚，因此理論和實(shí)踐都存在一定的差距，因此對(duì)帶式輸送機(jī)拉緊裝置與控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 帶式輸送機(jī)拉緊裝置結(jié)構(gòu)分析

帶式輸送機(jī)拉緊裝置包括：機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)。因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須優(yōu)化其結(jié)構(gòu)、工作原理、布置以及相應(yīng)的安裝等[1]。

1.1 布置原則

通過(guò)查閱有關(guān)帶式輸送機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)，通常情況下布置拉緊裝置的過(guò)程中需要依據(jù)如下幾個(gè)方面的原則：拉緊裝置預(yù)主動(dòng)輪一段靠近，這樣可以有效地保證驅(qū)動(dòng)裝置皮帶張緊力處于平衡狀態(tài)；制定相應(yīng)的拉緊行程，必須考慮拉頭長(zhǎng)度，這樣在相應(yīng)的張緊力情況下，可以充分考慮輸送機(jī)的運(yùn)輸工況條件。

1.2 安裝位置

當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離以及大運(yùn)量運(yùn)輸時(shí)，必須高度重視拉緊裝置的位置。假如出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)以及制動(dòng)的過(guò)程中，其正常的加速過(guò)程為平緩而緩慢的變化。假如拉緊裝置不能與電機(jī)的速度配合，那么這時(shí)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)的形式對(duì)排皮帶進(jìn)行調(diào)整。圖1為帶式輸送機(jī)拉緊裝置安裝位置示意圖。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)坡度超過(guò)了5%，為了保證運(yùn)輸?shù)暮侠硇裕枰獙⒗o裝置設(shè)置在主動(dòng)帶輪的空載位置，能夠起到優(yōu)化主動(dòng)帶輪的張緊力[2]。

圖1 帶式輸機(jī)拉緊裝置安裝位置示意圖

1.3 結(jié)構(gòu)劃分

該帶式輸送機(jī)拉緊裝置包括如下三個(gè)單元：機(jī)械單元、液壓?jiǎn)卧㈦娍貑卧Ｆ渲校瑱C(jī)械單元包括絞車、道軌、拉緊油缸、鋼絲繩、滑輪等。而液壓?jiǎn)卧ㄐ钅芷鳌毫^電器、定量泵、截止閥等。電控部分包括傳感器和電控箱等。

1.4 工作原理

通過(guò)使用拉力傳感器采集張緊力的大小，并將其與設(shè)定的張緊力進(jìn)行比較，接著將得到數(shù)值轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，最后將其傳輸給控制器。在控制器內(nèi)部對(duì)帶式輸送機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)向外輸出控制信號(hào)，進(jìn)而可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及制動(dòng)狀態(tài)。

2 拉緊裝置液壓系統(tǒng)分析

2.1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

如下頁(yè)圖2拉緊裝置液壓系統(tǒng)原理圖所示，假如帶式輸送機(jī)處于穩(wěn)定的工作帶狀態(tài)時(shí)，那么其拉進(jìn)控制力方式不同。當(dāng)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，這時(shí)電磁閥開(kāi)啟。當(dāng)把油泵內(nèi)部保留的液壓油加入到液壓裝置中，這時(shí)電控箱就會(huì)向電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)指令。當(dāng)電動(dòng)處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)定量泵前腔將會(huì)充滿油，與此同時(shí)在活塞的帶動(dòng)下可以產(chǎn)生壓力，此外由于設(shè)置有溢流閥可以有效地控制張力變化。蓄能器能夠?qū)ζМa(chǎn)生的張力進(jìn)行緩沖，同時(shí)可以將外部干擾量吸收。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，油泵電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，主要借助電控裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的拉緊力控制。當(dāng)處于張緊力的范圍內(nèi)，那么壓力繼電器對(duì)電磁閥進(jìn)行有效地控制，進(jìn)而對(duì)液壓回路進(jìn)行控制。假如壓力數(shù)值超過(guò)了設(shè)定的數(shù)值，這時(shí)油泵電機(jī)在收到信號(hào)后將自動(dòng)關(guān)閉油泵。這樣使得張力變得更小。假如壓力數(shù)值低于設(shè)定值時(shí)，油泵電機(jī)在壓力繼電器的作用下處于啟動(dòng)狀態(tài)，因此張緊力將會(huì)增加。

圖2 拉緊裝置液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2.2 液壓系統(tǒng)的連接方式

通常液力系統(tǒng)可以通過(guò)相應(yīng)的高壓油管進(jìn)行連接，同時(shí)高壓膠管可以借助輸送溫度油管實(shí)現(xiàn)工作，圖3為相應(yīng)的各部件連接方式。

圖3 液壓系統(tǒng)各部件連接示意圖

2.3 液壓系統(tǒng)的主要元件選型

液壓缸作用是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通常質(zhì)量可以決定拉緊裝置的性能以及相應(yīng)的使用壽命。液壓控制閥的種類比較多，諸如如下幾個(gè)方面：液控單向閥、電磁溢流閥、三位四通電磁換向閥等。因此，在選擇液壓控制閥時(shí)，往往需要依據(jù)不同的工作需要進(jìn)行選。與此同時(shí)，電機(jī)、泵與拉力傳感器都是重要的元件。表1表示相應(yīng)的液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件選型。

表1 液壓系統(tǒng)主要原件選型情況表

3 拉緊裝置電控系統(tǒng)分析

通常電控單元主要包括電控箱，在該裝置中起到關(guān)鍵性的作用。包括如下幾個(gè)電器元件：PLC、電源單元、繼電器、斷路器等等。具體工作過(guò)程如下所示：當(dāng)上位機(jī)啟動(dòng)后，將控制信號(hào)出輸給PLC。而PLC將對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而可以判斷絞車的所處的狀態(tài)以及控制液壓系統(tǒng)。對(duì)于拉緊裝置而言，其電控的核心為PLC控制單元，一般需要依據(jù)信息采集輸入量與控制信號(hào)選擇合適的PLC類型。該P(yáng)LC選用CPU224XP，該P(yáng)LC設(shè)置有14路數(shù)字輸入接口、2路模擬信號(hào)以及1路模擬信號(hào)通道。圖4表示相應(yīng)的CPU224XP的外部接線圖。并選用電源為交流220 V、直流24 V[3]。

圖4 CPU224XP的外部接線圖

該控制程序以STEP7開(kāi)發(fā)環(huán)境梯形圖為基礎(chǔ)，具體步驟如下所示：首先制定程序化等控制單元，主要包括主程序單元、手/自動(dòng)單元、加熱器與冷卻器單元、各種類型控制單元等。接著，結(jié)合輸入與輸出量設(shè)置拉緊裝置的變量。依據(jù)流程圖編程梯形圖。最后，構(gòu)建硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

4 應(yīng)用特點(diǎn)

1）啟動(dòng)特性好。一般可以調(diào)整皮帶的張緊力，尤其當(dāng)皮帶機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)下，通常在拉緊裝置的作用下，相應(yīng)的拉緊狀態(tài)將會(huì)變成1.4倍，從而能夠有效地避免出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。

2）響應(yīng)快。當(dāng)皮帶處于外部負(fù)載波動(dòng)以及機(jī)尾出現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，那么皮帶將會(huì)處于不斷振蕩的狀態(tài)，從而可以有效地調(diào)整張緊力，這樣能避免打帶以及斷帶的現(xiàn)象。

3）遠(yuǎn)程控制。通過(guò)在拉進(jìn)裝置的作用下可以實(shí)現(xiàn)信息的交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4）優(yōu)化皮帶的使用周期。假如皮帶工作的過(guò)程中，借助皮帶張緊力可以降低皮帶與托輥的老化程度，因此可以降低皮帶的故障率。

5 結(jié)語(yǔ)

由于我國(guó)應(yīng)用的帶式輸送機(jī)液壓絞車自動(dòng)張緊裝置存在問(wèn)題，主要表現(xiàn)在皮帶方面，比如不能及時(shí)的調(diào)整張緊力，引發(fā)皮帶機(jī)過(guò)勁或者過(guò)松，從而導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)拉緊裝置進(jìn)行優(yōu)化，能夠及時(shí)調(diào)整皮拉緊力，從而可以避免皮帶出現(xiàn)打滑。