皮帶輸送機液壓張緊裝置應用研究

武潭午

（汾西礦業集團設備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

皮帶輸送機具有運輸距離長、效率高以及后期維護成本低等優點，在煤礦井下應用較為普遍[1-2]。由于皮帶輸送機布置長度一般在幾千米甚至十幾千米，輸送帶在運輸物料以及自身重力作用下會出現一定延伸，從而使得輸送帶與滾筒間摩擦力有所降低，出現打滑問題[3-5]。為了避皮帶輸送機出現打滑，提高輸送帶與滾筒間摩擦力，一般采用張緊裝置給輸送帶一定張緊力[6]。文中就礦井常用的液壓張緊裝置結構以及應用情況進行分析，以期能在一定程度上提升礦井皮帶輸送機應用效果。

1 皮帶輸送機液壓張緊裝置結構

液壓張緊裝置結構包括有液壓部分、機械部分以及電控部分等構成，液壓部分有截止閥、蓄能器、溢流閥、繼電器以及定量泵等；機械部分有滑輪、道軌、絞車以及張緊油缸等；電控部分有電控箱、傳感器等。輸送帶張力依靠張力傳感器實時獲取，并對張力傳感器監測獲取到的張力與設定張力值進行比對，并將比對結果實時傳輸給PLC 控制器。控制器對張力監測值以及皮帶輸送機工作狀態進行實時分析，并向繼電器、磁力啟動器發出控制信號，控制電機運轉，電機正向轉動則液壓張緊裝置液壓油缸收縮，張緊力增加；反之電機反轉則液壓張緊裝置張緊力降低。

輸送機上布置的液壓張緊裝置綜合集成有液壓技術、機械技術以及自動化控制技術。張緊裝置現場安裝時應綜合考慮下述幾個因素：張緊裝置應靠近驅動裝置（驅動滾筒）位置，從而減少張緊力損失量；張緊裝置易安裝在輸送帶松弛或者張緊力最小位置；確定張緊力時應考慮輸送帶接頭長度，同時考慮輸送機各種運行工況。特別是井下布置的輸送機運輸距離長、負載較大時，張緊裝置安裝位置會顯著影響帶式輸送機運行效果。如驅動電機在啟動、制動過程中輸送帶理想狀態為平緩、緩慢的變化，若張緊裝置不能配合驅動電機運行調整張緊力，極可能會影響帶式輸送機運行穩定性。具體礦井液壓張緊裝置常見安裝位置見圖1 所示。當輸送機運輸距離超過300 m、坡度超過5%時可將張緊裝置置于主動帶亂空載側（輸送帶回程側），通過與主動輪配合可給輸送帶較好的張緊力作用效果。

圖1 礦井液壓張緊裝置常見安裝位置示意圖

2 張緊裝置液壓系統及電控系統分析

2.1 液壓系統結構及工作原理

張緊裝置液壓系統工作原理見圖2 所示。皮帶輸送機在啟動、正常運行以及停止運行階段張緊力控制方式各有差異。在帶式輸送機啟動階段，電磁閥開啟、油泵中進入液壓油，電控箱向電機發出啟動信號；定量泵在電機作用下向張緊油缸前腔內充入液壓油并給活塞上施加一定壓力，給輸送帶施加一定量的張緊力。液壓系統中溢流閥的作用是控制活塞上張力上限，蓄能器作用是避免輸送帶張緊力出現較大波動。正常運行階段液壓油泵電機不運行，液壓張緊裝置張緊力通過電控系統控制張緊力，電控系統對張緊傳感器獲取到的數據進行分析并對輸送帶需要張緊力進行判定，通過控制液壓系統實現張緊力調節；壓力繼電器可將張力力控制在一定范圍內。具體控制過程為：張緊力超過設定上限時壓力繼電器向電機發出停機指令，降低張緊力，當壓力低于設定下限時壓力繼電器向電機發出啟動指令，增大張緊力。

圖2 張緊裝置液壓系統工作原理圖

液壓系統一般使用高壓軟管連接。液壓泵站通過長、短高壓軟管分別與蓄能站、油缸無桿腔及有桿腔連接，通過軟管實現液壓系統各位置連接。

2.2 液壓系統主要元件

液壓系統主要元件包括有液壓缸、各類閥組、電動、張力傳感器以及液壓泵等。其中液壓缸是實現液壓能與機械能轉換的主要元件，液壓缸質量優劣直接影響張緊裝置質量及使用壽命。液壓系統中有單向閥、溢流閥、換向閥等各類閥組，各閥組選型應依據工作需要確定，具體液壓系統主要元件類型見表1 所示。

表1 液壓系統主要元件型類型

2.3 電控系統分析

液壓張緊裝置電控部分結構主要為電控箱，主要電氣元件有PLC、斷路器、繼電器以及電源模塊等。具體工作原理為：啟動等上位機控制信號首先發送給PLC 控制器，控制器依據張力傳感器監測結果以及控制信號判定電機正轉或反轉，從而實現對張緊量調節。電控系統選擇的PLC 控制器型號為S7-200 系列，核心處理器為CPU224XP。

電控系統中PLC 控制器運行程序是基于STEP7 編制，具體步驟為：首先劃分程序功能模塊，具體包括有手/自動模塊、主控制模塊、各控制型模塊等；隨后依據輸入、輸出量編制張緊裝置變量表、依據流程圖編制控制程序梯形圖；隨后編制硬件以及通信組態網絡。

3 液壓張緊裝置應用效果分析

在皮帶輸送機上使用液壓張緊裝置具體效果表現為：

1）具有較好的啟動特性。皮帶輸送機輸送帶、張力傳感器以及液壓油缸等有機整體，皮帶輸送機張力可依據現場需要進行調節，特別是輸送機在啟動初期，張緊裝置可給輸送機較高的張緊力，從而避免出現打滑問題。

2）可實現遠程控制。液壓張緊裝置中的電控系統有豐富的通信接口，將通信接口與皮帶輸送機集控系統連接，可實現遠程監控皮帶輸送機運行。

3）可實現快速響應。在皮帶輸送機上布置的張緊裝置可根據輸送機運行工況對張緊力進行快速調節，從而降低輸送帶出現打滑、撕裂、斷裂故障的發生率。

4）增加了皮帶輸送機零部件使用壽命。皮帶輸送機在正常運行時液壓張緊裝置可給輸送帶提供一定的張緊力，從而可在一定程度上延緩輸送帶老化，并減少托輥故障發生率。

4 結語

張緊裝置用以給皮帶輸送機輸送帶一定的張緊力，從而實現皮帶輸送機重載啟動，避免出現打滑并降低輸送帶跑偏發生率。文中對礦井現階段最為常用的液壓張緊裝置結構進行闡述，分析了液壓張緊裝置中液壓系統、電控系統結構及原理，對液壓張緊裝置現場應用效果進行總結分析。

礦井使用的液壓張緊裝置具有啟動特性好、可遠程控制、響應速度快等優點，在皮帶輸送機上應用可在一定程度上增加設備運行效率。