刮板輸送機鏈條自動張緊系統(tǒng)的研究與應用

于忠厚

（大同煤礦集團機電管理處，山西大同037003）

刮板輸送機鏈條自動張緊系統(tǒng)的研究與應用

于忠厚

（大同煤礦集團機電管理處，山西大同037003）

為了避免傳統(tǒng)的刮板輸送機由于人工緊鏈方式使鏈輪磨損嚴重而導致刮板斷鏈等事故的發(fā)生，設計了一種刮板輸送機鏈條的自動張緊裝置，該裝置是將壓力傳感器裝于輸送機伸縮機尾的油缸部件，鏈條的張力經過油缸內部壓力傳至壓力傳感器，傳感器監(jiān)測到的值再傳到PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內部事先根據載荷等因素設定鏈條的預設值，分析監(jiān)測值與預設值后，經邏輯判斷并發(fā)送控制信號到電磁閥，進而控制油缸的伸縮，達到自動張緊鏈條之目的。通過在綜采工作面使用該裝置，消除了各種不安全因素，保證了設備正常運行，延長了刮板輸送機的使用壽合，同時，提高了自動化程度，降低了工人的勞動強度。

刮板輸送機；鏈條；自動張緊；壓力傳感器；PLC

刮板鏈由于輸送機運行時間及載荷因素，鏈條會被拉長，鏈條拉長后會在鏈輪分離點處出現松弛，易導致鏈條堆積斷鏈、別卡等現象。為了避免此類現象發(fā)生，在鏈條運行一段時間后，需用張緊裝置給其預緊力，使之產生預加的彈性伸長。由于這種傳統(tǒng)的刮板輸送機人工緊鏈方式經常會因鏈條過緊，而使鏈輪磨損嚴重，導致刮板斷鏈等事故的發(fā)生，某礦開發(fā)了一種刮板輸送機鏈條的自動張緊系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據載荷的變化控制油缸的伸縮量，進而達到自動調整鏈條張力的功能。

1 鏈條自動張緊系統(tǒng)的組成

鏈條自動張緊系統(tǒng)的主要組成：1）刮板輸送機機尾伸縮裝置。2）鏈條張力實時監(jiān)測與控制系統(tǒng)。3）伸縮機尾的液壓系統(tǒng)。刮板輸送機鏈條張緊自動控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 刮板輸送機鏈條張緊自動控制系統(tǒng)圖

1.1 機尾伸縮裝置

刮板輸送機伸縮機尾機構原理見圖2，主要由固定架體與活動架體兩部分組成，通過安裝于機尾左右兩側對稱油缸將兩者聯(lián)接在一起，油缸一端與固定架聯(lián)接，另一端與活動架體聯(lián)接，活動架體在油缸的作用下相對于固定架體慢慢地移出達到改變機頭機尾鏈輪距離的目的。

圖2 伸縮機尾裝置示意圖

1.1.1 伸縮機尾油缸驅動力計算時需考慮的因素

1）活動架體相對于固定架體的摩擦力。2）鏈條在空載狀態(tài)時預緊力。3）鏈條在重載狀態(tài)時的張力。4）井下泵站的額定壓力。

1.1.2 伸縮機尾油缸行程的確定

刮板鏈做為彈性體，在作用力下可產生彈性變形，鏈條在重載下的張力見圖3。

圖3 鏈條張力圖

鏈條的彈性伸長量△L會與鏈條的彈性模量Ek、鏈條的橫截面積A、鏈條的條數i、刮板機的鋪設長度L以及鏈上載荷等因素有關。故有：

式中：

S1—額定負載時機頭鏈輪分離點的鏈條張力值；

S2—額定負載時機尾鏈輪相遇點的鏈條張力值；

S3—額定負載時機尾鏈輪分離點的鏈條張力值；

S4—額定負載時機頭鏈輪相遇點的鏈條張力值。

假設W重、W輕分別為刮板運輸機重段運行阻力和輕段運行阻力。當機頭、機尾電機以同一百分比輸出功率情況下，機頭輸出功率足以滿足重段運行阻力，而機尾輸出功率小于輕段運行阻力，此時機頭電機經過上鏈拉動底鏈，因此，鏈條與機頭分離點處的張力S1最小。

假設機頭機尾功率驅動比為K:

聯(lián)解上式可得：

給鏈條一預警力F預，使鏈條在預警力時的彈性伸長量與額定負載時的彈性伸長量相抵消。

據此得出：鏈條各點張力與預緊力的大小成正比例，預緊力越大，鏈條各點張力越大、鏈輪磨損越厲害。

由此可見，刮板輸送機采用伸縮裝置后，可使鏈條的張力伴隨著負載的變化而變化，保證鏈條最小張力值始終大于0，機尾伸縮裝置的行程需滿足刮板輸送機鏈條從空載狀態(tài)到重載狀態(tài)時所引起的伸長量，根據以上公式可分別求出刮板輸送機鏈條在重載與空載時的伸長量△L1和△L2，可得出行程L=（△L1-△L2）/2。

1.2 鏈條張力的實時監(jiān)測與控制系統(tǒng)

1）鏈條張力的實時監(jiān)測主要由裝于刮板輸送機伸縮機尾油缸上的壓力傳感器、行程傳感器來實施，見圖4。壓力傳感器的額定量程為50 MPa，主要是監(jiān)測油缸內的壓力值，并將壓力值傳輸給PLC控制系統(tǒng)；行程傳感器用于監(jiān)測伸縮機尾的伸縮量，判斷油缸的實際運行狀態(tài)，當控制系統(tǒng)需要油缸伸縮時，行程傳感器采集到的信號可以確保油缸每次只移動一個步距。

圖4 監(jiān)測裝置圖

2）控制系統(tǒng)主要由西門子公司的PLC-200和A/ D模塊轉換器組成，PLC負責執(zhí)行程序及儲存數據，并對執(zhí)行元件進行控制，A/D模塊轉換器主要用于采集壓力傳感器與行程傳感器的信號，其信號為模擬量，然后A/D轉換模塊將模擬量轉化為數字量傳輸給PLC進行比例處理后，將數據值通過顯示屏直觀地顯示出來。

1.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要是電磁閥、油缸、泵站及高壓管路。電磁閥通過PLC發(fā)送控制信號打開或關閉，當程序要求壓力增大或減小時，控制器輸出24 V直流電壓打開電磁閥，高壓液體驅動液壓缸伸出或縮回。

2 控制系統(tǒng)原理及工作過程

2.1 控制系統(tǒng)原理

刮板輸送機正常工作時，鏈條的張力主要體現為過大、過小、正常3種狀態(tài)，通過油缸上的壓力傳感器采集，采集到的信號值與通過計算寫入PLC的預設值進行比較，經過內部程序的分析處理，然后進行自動控制，控制伸縮機尾的動作，從而實現鏈條自動張緊的目的。

2.2 工作過程

自動控制裝置操作面板上有自動與手動兩個開關，方便自動調節(jié)和手動調節(jié)伸縮機尾，手動狀態(tài)下各設伸長與縮短兩個開關，可以手動調整油缸的伸出與縮回，而且伸出量與縮回量都能通過顯示屏直觀地顯示出來。

系統(tǒng)在自動調節(jié)過程中，如果鏈條伸縮量超出了油缸的行程范圍，自動張緊裝置不再起作用，系統(tǒng)會報警，此時通過手動操作將油缸縮回，將多余的鏈條截取。恢復油缸伸出使鏈條有預緊力，克服鏈條張力與機尾摩擦阻力，才能正常工作。

自動控制狀態(tài)時，其工作過程為：

1）液壓缸壓力傳感器采集到的信號值傳輸給PLC控制器，控制系統(tǒng)將采集到的壓力值與預設范圍值進行比較，預設范圍值通過鏈條初張力確定；如果壓力值大于預設范圍值，則說明鏈條張力過緊。

2）PLC控制器給電磁閥打開信號，高壓液體進入油缸的有桿腔，油缸活塞開始縮回，PLC控制其每次移動一個步距。

3）油缸每調整一個步距，壓力傳感器實時將采集到的信號值與預設值范圍進行比較，直到信號值落入預設值范圍之內，控制器給電磁閥一個關閉信號，油缸停止動作。

4）壓力傳感器實時采集值小于預設值范圍時，控制器給電磁閥打開信號，高壓液體進入油缸無桿腔，PLC控制油缸伸出，當采集到的值進入預設值范圍內時，油缸停止運動。

整個運動過程一直處于循環(huán)狀態(tài)，目的是使鏈條處于一個合理的張緊范圍之內，適應生產。

3 結束語

鏈條自動張緊裝置通過在綜采工作面的使用，效果良好，主要體現為：

1）此裝置結構簡單、操作方便，能夠實現鏈條張力的實時監(jiān)測與控制，消除了各種不安全因素，保證設備正常運行。

2）工作性能穩(wěn)定，運行過程中鏈條保持良好的張力，減少了由于鏈條過松、過緊而出現的斷刮板、斷鏈等事故，減少了對鏈輪的磨損，提高了鏈條與鏈輪的使用壽命，減少了無功損耗，延長了刮板輸送機的使用期限。

3）提高了工作面的自動化程度，降低了工人的勞動強度。

［1］吳平穩(wěn).刮板輸送機鏈條張力自動控制系統(tǒng)研究［D］.遼寧：遼寧工程技術大學，2004.

［2］孫遠敬，徐廣明，刮板輸送機鏈條張力自動控制系統(tǒng)研究［J］.煤炭工程，2005（12）：7-8.

［3］劉萍，晏飛.刮板輸送機鏈條張力自動監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.煤炭工程，2008（11）：80-81.

［4］王玉梅.國內外刮板輸送機可伸縮機尾裝置述評［J］.煤礦機械，2001（11）：4-6.

Research and Application of Automatic Tensioning System of Scraper Conveyor Chain

Yu Zhong-hou

The device is that installs the pressure sensor on the cylinder parts of extendable conveyor belt tail，chain tension is transmitted to pressure sensor by internal pressure of cylinder，sensors transfers the monitor value to PLC control system，the internal system sets default according to the chain loading and other factors in advance，after analyses monitoring value and preset value sends control signal to solenoid valves by logical judgment，and then controls the oil cylinder expansion，achieves the purpose of automatic tensioning chain.By using the device in fully mechanized working face，eliminates all kinds of unsafe factors，ensures the normal operation of equipment，increases the service life of scraper conveyor，at the same time improves the degree of automation，reduces the labor intensity of worker.

Scraper conveyer；Chain；Automatic tensioning；Pressure sensor；PLC

TD63+4

B

1672-0652（2014）12-0018-03

2014-10-12

于忠厚（1970—），男，山西懷仁人，2014年畢業(yè)于太原科技大學，工程師，主要從事煤礦機電技術管理工作（E-mail）universityrxy@163.com