采掘工作面刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)研究

黃智軍

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

現(xiàn)階段煤炭開采以及巷道掘進(jìn)等基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，刮板輸送機(jī)是煤矸石等物料運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，受到運(yùn)輸載荷狀態(tài)差異影響，刮板鏈條在不同時(shí)期受到的張緊力存在一定差異，從而導(dǎo)致刮板輸送機(jī)鏈條松緊程度存在變化[1-3]。當(dāng)刮板鏈條張緊力較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致磨損增加，而鏈條較松時(shí)則存在容易堆鏈問題。采用刮板鏈自動(dòng)張緊裝置可將刮板鏈張緊力控制在一定范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)高效運(yùn)行[4-6]。為此，依據(jù)采掘作業(yè)面刮板鏈?zhǔn)芰r特征，并結(jié)合刮板輸送機(jī)張緊裝置使用工況及安裝位置，設(shè)計(jì)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)，以便提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率。

1 刮板輸送機(jī)張緊裝置結(jié)構(gòu)

具體在礦井采掘作業(yè)面刮板輸送機(jī)上布置的張緊裝置結(jié)構(gòu)見圖1 所示，在刮板鏈下側(cè)鏈條上下端位置分別布置傳感器對(duì)刮板鏈張力進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)刮板鏈運(yùn)輸物料變化（載荷出現(xiàn)變化）時(shí)，刮板鏈?zhǔn)芰?huì)出現(xiàn)變化，從而導(dǎo)致刮板輸送機(jī)下側(cè)刮板鏈條出現(xiàn)松緊變化，刮板鏈與刮板輸送機(jī)上下兩端傳感器間距離會(huì)出現(xiàn)變化；當(dāng)刮板鏈與傳感器間測(cè)定距離進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定并將測(cè)量結(jié)果傳輸給PLC，PLC 對(duì)比測(cè)量值與設(shè)定值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器與刮板鏈間距離較大時(shí)PLC 會(huì)向液壓系統(tǒng)發(fā)出指令，液壓系統(tǒng)工作并帶動(dòng)機(jī)尾鏈輪運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刮板鏈張力調(diào)整[7-9]。

圖1 刮板輸送機(jī)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 自動(dòng)張緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行原理

在液壓自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)中輸入信號(hào)為傳感器獲取到的開關(guān)量值，輸出型號(hào)為液壓系統(tǒng)電磁閥開關(guān)量值，通過液壓系統(tǒng)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)張緊力調(diào)節(jié)。具體液壓張緊控制系統(tǒng)工作流程見圖2。

圖2 張緊控制流程示意圖

液壓自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)工作原理就是刮板輸送機(jī)負(fù)載量變化會(huì)導(dǎo)致刮板鏈與兩端傳感器間間距變化，通過測(cè)量刮板鏈與傳感器間間距即可掌握刮板鏈張緊力變化情況。刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪位置是保持不變的，因此可通過調(diào)整機(jī)尾鏈輪位置來對(duì)刮板鏈張緊力進(jìn)行調(diào)整，具體在機(jī)尾鏈輪處布置液壓缸。

自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)需要完成的功能為：液壓張緊控制系統(tǒng)隨著刮板輸送機(jī)啟動(dòng)而啟動(dòng)，在刮板輸送機(jī)兩端布置的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下側(cè)刮板鏈位置；PLC 會(huì)根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)比對(duì)鏈條與傳感器間測(cè)定距離與設(shè)定值，當(dāng)距離超過允許值后會(huì)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)控制電磁換向閥動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)刮板鏈張緊力動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)刮板輸送機(jī)載荷較小時(shí)，則液壓自動(dòng)張緊系統(tǒng)不動(dòng)作。由于刮板鏈?zhǔn)情g隔布置的，傳感器獲取到的距離信號(hào)為脈沖式，為避免頻繁張緊裝置頻繁動(dòng)作，在控制系統(tǒng)上使用延時(shí)控制功能，給調(diào)節(jié)裝置施加一定的延時(shí)時(shí)間，當(dāng)此時(shí)間內(nèi)傳感器與刮板輸送機(jī)間距離在允許值內(nèi)時(shí)液壓張緊裝置不動(dòng)作。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于刮板鏈為金屬材料，因此選擇使用的傳感器應(yīng)對(duì)金屬材料敏感。在分析眾多接近式傳感器檢測(cè)原理以及功能基礎(chǔ)上，最終確定傳感器類型為電感式接近傳感器。將傳感器布置在機(jī)頭鏈輪下側(cè)鏈條兩端，兩個(gè)傳感器共同對(duì)鏈輪距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)定。

在自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)中選擇的單片機(jī)型號(hào)為89C51，將調(diào)節(jié)裝置布置在液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中采用三位四通換向閥，具體控制系統(tǒng)電路見圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)電路圖

圖3中左側(cè)、中間以及右側(cè)分別為檢測(cè)部分、控制部分以及執(zhí)行部分。檢測(cè)部分由兩個(gè)傳感器、兩個(gè)繼電器（J3、J4）構(gòu)成，上傳感器與繼電器J3 串聯(lián)、下傳感器與繼電器J4 串聯(lián)，通過測(cè)定傳感器與刮板鏈間距離來實(shí)現(xiàn)刮板鏈張緊力檢測(cè)；繼電器吸合后傳感器會(huì)向PLC 發(fā)出檢測(cè)信號(hào)；中間控制部分PLC 會(huì)對(duì)傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析并向右側(cè)執(zhí)行部分發(fā)出控制指令，執(zhí)行部分中的三位四通換向閥通過相應(yīng)管路連接實(shí)現(xiàn)液壓油缸動(dòng)作調(diào)整。

具體控制過程為：當(dāng)刮板鏈條經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)采集與刮板鏈條間距離；當(dāng)刮板輸送機(jī)載荷過大時(shí)則刮板鏈過緊，此時(shí)刮板鏈靠近上側(cè)傳感器，上側(cè)傳感器會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，J3 繼電器通電、J3 常開觸點(diǎn)吸合，單片機(jī)P3.2 輸入端口會(huì)有低電平發(fā)生并將信號(hào)傳輸給內(nèi)部控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，信號(hào)經(jīng)過處理后會(huì)通過P1.0 輸出端口發(fā)送給調(diào)節(jié)電路，信號(hào)經(jīng)過一些列處理后繼電器J1 通電，常開點(diǎn)J1 吸合，驅(qū)動(dòng)元件連接相關(guān)通路后驅(qū)動(dòng)液壓油缸活塞縮回，從而降低刮板鏈張緊程度。當(dāng)刮板鏈過松時(shí)，下部傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)，J4 繼電器通電同時(shí)常開點(diǎn)J4 閉合，后續(xù)單片機(jī)處理過程與上述情況類似，最后液壓油缸活塞伸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)尾鏈輪后移，增加刮板鏈張緊力。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制程序是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊裝置運(yùn)行的基礎(chǔ)，控制程序應(yīng)簡(jiǎn)單且便于維護(hù)，以便提高張緊裝置運(yùn)行可靠性，具體主要控制程序運(yùn)行流程見圖4 所示。

圖4 主要控制程序運(yùn)行流程

3 結(jié)語

采用的自動(dòng)張緊裝置通過電感式傳感器對(duì)刮板鏈條與傳感器間距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)定，并依據(jù)距離變化判定刮板鏈張緊力變化；傳感器測(cè)定值通過PLC分析，當(dāng)判定需要提高刮板鏈張緊力時(shí)即PLC 即發(fā)出指令，三位四通電磁閥通過接通相關(guān)液壓管路實(shí)現(xiàn)液壓油缸動(dòng)作，從而完成刮板鏈張力的自動(dòng)調(diào)整。