長距離大型帶式輸送機(jī)拉緊裝置研究

齊 偉

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)公司， 山西 交城 030500）

引言

帶式輸送機(jī)功率以及運(yùn)輸距離等隨礦井生產(chǎn)規(guī)模增加不斷提升，驅(qū)動(dòng)功率超過1 000 kW 帶式輸送機(jī)在煤礦井下應(yīng)用增多。在長距離大功率帶式輸送機(jī)一般采用多機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，采用此種驅(qū)動(dòng)方式時(shí)輸送帶張力隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作參數(shù)、負(fù)載等動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)輸送帶張力出現(xiàn)變化時(shí)會(huì)減弱輸送帶與滾筒間作用力，影響輸送機(jī)正常運(yùn)行并降低輸送帶壽命。張緊裝置穩(wěn)定輸送帶張緊力的主要裝置，文中就在礦井帶式輸送機(jī)原有張緊裝置分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種液壓張緊裝置，該裝置可依據(jù)輸送帶松緊程度調(diào)整張緊力，從而實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)[1-3]。

1 帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)分析

1.1 張緊方式分析

現(xiàn)階段礦井帶式輸送機(jī)常用的張緊裝置結(jié)構(gòu)類型有重錘式、自動(dòng)拉緊式以及固定拉緊式等類型。重錘式可通過調(diào)節(jié)重錘質(zhì)量對(duì)張緊力進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般在帶式輸送機(jī)負(fù)載以及加速度定設(shè)備上使用，當(dāng)帶式輸送機(jī)負(fù)載或者運(yùn)行加速度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，無法對(duì)張緊力進(jìn)行及時(shí)調(diào)整；自動(dòng)拉緊式是通過固定張緊滾筒位置給輸送機(jī)帶恒定張緊力，只有在帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行時(shí)方可調(diào)節(jié)皮帶張緊力；自動(dòng)拉緊式可隨時(shí)調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)張緊力，張緊力調(diào)節(jié)范圍廣，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜[4-7]。長距離大型帶式輸送機(jī)一般采用自動(dòng)拉緊式調(diào)節(jié)輸送帶張緊力。

1.2 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，設(shè)備有驅(qū)動(dòng)單元、托輥、傳動(dòng)帶、張緊小車等，驅(qū)動(dòng)滾筒靠摩擦力帶動(dòng)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)；在帶式輸送機(jī)沿線布置有托輥，給輸送帶提供支撐。帶式輸送機(jī)鋪設(shè)距離較長或者負(fù)載較大時(shí)，可通過增加滾筒數(shù)量（驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量）來為輸送帶提供足夠動(dòng)力。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)張緊裝置一般在兩個(gè)滾筒間，具體位于導(dǎo)向滾筒外側(cè)處，張緊裝置結(jié)構(gòu)可大致分為機(jī)械部分、電氣部分兩類，機(jī)械部分有張緊小車、滑輪、鋼絲繩以及相關(guān)液壓控制設(shè)備；電氣部分包括監(jiān)測傳感器、主控制器等。

2.1 張緊裝置工作原理

張緊裝置運(yùn)行時(shí)通過監(jiān)測傳感器（張緊力傳感器）實(shí)時(shí)獲取輸送帶張力，從而便于后續(xù)確定張緊力調(diào)整方案；通過控制電機(jī)控制張緊小車移動(dòng)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張緊力調(diào)節(jié)。張緊小車可沿著軌道實(shí)現(xiàn)位置調(diào)整。張緊裝置可在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停止等全過程工作，當(dāng)輸送帶張緊力出現(xiàn)變化時(shí)可通過控制系統(tǒng)內(nèi)置的PID 控制策略實(shí)現(xiàn)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)，增強(qiáng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.2 張緊裝置電控系統(tǒng)

輸送帶張緊力與滾筒、輸送帶負(fù)載、運(yùn)行速度以及托輥等各方面影響因素密切相關(guān)。帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及制動(dòng)等階段張緊力存在明顯差異。在初期啟動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送帶與滾筒阻力較大，輸送帶啟動(dòng)需較大的作用力，為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)正常啟動(dòng)，在啟動(dòng)階段將輸送帶張緊力設(shè)定為額定值1.5 倍；正常運(yùn)行時(shí)施加到輸送帶上的張緊力依據(jù)拉緊滾筒兩端輸送帶差值并添加一定的安全系數(shù)（安全系數(shù)取值一般為1.1）；在制動(dòng)階段輸送帶在滾筒上產(chǎn)生與滾筒運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦力，將張緊力確定為額定值的0.9 倍。

2.2.1 張緊裝置主要結(jié)構(gòu)

1）主控制器：張緊裝置主控制器選擇采用S7-300 系列PLC，該控制器便于實(shí)現(xiàn)分布式配置、模塊化結(jié)構(gòu)，具有電磁兼容性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好以及適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在工礦企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。主控制器具有最多32 個(gè)可擴(kuò)展模塊，通過STEP 軟件編程，可滿足輸送帶張緊控制需要。

2）張力監(jiān)測傳感器：輸送帶張力監(jiān)測傳感器型號(hào)為ETG，該傳感器額定工作電流和電壓分別為0.03 A、10 V，輥面長和直徑分別為450 mm、60 mm，經(jīng)過相關(guān)調(diào)理電路處理后可輸出電流4~20 mA、電壓0~10 V信號(hào)。張力監(jiān)測傳感器可適應(yīng)-20~+70℃環(huán)境溫度，測量誤差在1%以內(nèi)。

2.2.2 張緊裝置運(yùn)行控制

張緊裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，PLC 可實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力采集分析，張緊小車位置依據(jù)監(jiān)測獲取到的輸送帶張緊力確定；在驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及PLC 間布置光電隔離單元，以便提高電控系統(tǒng)整體抗干擾能力。在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行及制動(dòng)階段讀取分析傳感器監(jiān)測參數(shù)并存儲(chǔ)，便于后續(xù)分析。

圖2 張緊裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.3 張緊小車運(yùn)行控制

張緊小車運(yùn)行控制如圖3 所示，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)液壓系統(tǒng)、盤形制動(dòng)器以及張緊緩沖油箱等結(jié)構(gòu)組成[8]。

圖3 張緊小車運(yùn)行控制示意圖

2.3 張緊裝置控制策略

采用的帶式輸送機(jī)張緊裝置張緊力調(diào)節(jié)具有實(shí)時(shí)性特征，帶式輸送機(jī)在正常運(yùn)行期間，蓄能器可實(shí)現(xiàn)輸送帶張力穩(wěn)定，但是難以達(dá)到精準(zhǔn)控制輸送帶張力目的。因此，在張緊裝置通過蓄能器、PID 控制策略實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，具體控制策略如圖4 所示。

圖4 張緊控制策略

在對(duì)張緊力控制時(shí)，輸送機(jī)在啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及制動(dòng)等階段輸入不同張緊力控制給定值，分別為額定張緊力的1.5 倍、1.1 倍以及0.9 倍，后通過張力監(jiān)測傳感器對(duì)輸送帶張力實(shí)時(shí)監(jiān)測；對(duì)比對(duì)分析監(jiān)測值及輸入值并將存在的偏差輸入給控制器，控制器內(nèi)置的PID 算法可依據(jù)給定值調(diào)節(jié)張緊裝置運(yùn)行，降低輸送帶實(shí)際張緊力與輸入值間偏差[9]。

3 總結(jié)

以山西某礦多機(jī)驅(qū)動(dòng)長距離大型帶式輸送機(jī)為工程實(shí)例，對(duì)輸送機(jī)原有的張緊裝置進(jìn)行優(yōu)化，具體通過張緊小車對(duì)輸送帶張緊力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，并綜合使用PID 控制策略確保帶式輸送機(jī)在各階段輸送帶張緊力均可滿足要求。