簡述智能液體配重在膠帶機中的應(yīng)用

楊志明，鄧 兵，謝選承

(水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

膠帶機由改向滾筒，驅(qū)動裝置，張緊裝置、托輥、鋼結(jié)構(gòu)及輸送帶等設(shè)備組成，其中張緊裝置使輸送帶有足夠的張力，保證輸送帶有足夠的摩擦力，在運行過程中使輸送帶不打滑，而配重是張緊裝置中的重要部件，張緊裝置的張緊力主要有由配重提供。

拉緊裝置是膠帶機安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，張緊力過小膠帶機運行容易打滑，出現(xiàn)輸送帶回轉(zhuǎn)現(xiàn)象；張緊力過大輸送帶容易產(chǎn)生斷裂出現(xiàn)安全事故。而配重重量是控制張緊力大小的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的膠帶機張緊裝置的配重主要有金屬塊配重、混凝土塊配重、石塊配重或者泥沙配重等，而這些傳統(tǒng)的配重在膠帶機運行維護過程中具有諸多不便。在安裝、拆除時將會加大人力、物力及設(shè)備的投入，而且在安裝、拆除過程中現(xiàn)場人員的安全無法得到保障；傳統(tǒng)配重張緊力始終不變，而輸送帶長時間處在大的張緊力作用下，皮帶接頭處很容易斷裂使皮帶壽命減小等。

目前輸送機常用的張緊裝置主要分為固定張緊裝置、重錘張緊裝置、液壓張緊裝置3種。存在的優(yōu)缺點如下：

固定張緊裝置分為螺旋張緊裝置和固定絞車張緊裝置，固定張緊裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作維護方便，一般用于小型帶式輸送機[1]。

重錘張緊裝置又分為重載車式張緊裝置和重錘式張緊裝置，重錘式張緊裝置具有動態(tài)響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，應(yīng)用較為廣泛[1]。

液壓張緊裝置分為普通液壓張緊裝置和階段式張緊裝置，液壓張緊裝置對工作環(huán)境要求高，液壓系統(tǒng)內(nèi)部不能進入粉塵等，很難運用于礦業(yè)工程[1]。

隨著科技的進步及社會的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率，膠帶機朝著大跨距、高速化發(fā)展，膠帶機需要的張緊力也越來越大[1]。

本文擬研發(fā)一種智能可調(diào)節(jié)液體配重，液體采用一般用水，該設(shè)備安裝簡單、適用于各種復雜作業(yè)環(huán)境。

1 智能液體配重工藝

1.1 智能液體配重的組成

智能可調(diào)節(jié)型液體配重由控制柜、顯示器、稱重傳感器、PLC控制系統(tǒng)、電磁液體兩用截止閥、配重液體容器和管道等組成。其中稱重傳感器是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的性能很大程度上決定了控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性[2]。

1.2 智能液體配重工作原理

智能可調(diào)節(jié)型液體配重屬于重錘式張緊裝置，利用稱重傳感器和PLC系統(tǒng)控制電磁液體兩用截止閥來控制液體的流量，從而達到控制配重的重量，實現(xiàn)遠距離控制配重重量。

智能可調(diào)節(jié)型液體配重的可調(diào)節(jié)性體現(xiàn)在液體具有流動性，將液體裝入鋼結(jié)構(gòu)容器中，形成配重塊，然后通過水用電磁截止閥控制液體的進液量及出液量，從而控制配重箱的重量，進而控制輸送帶的張緊力。

智能性體現(xiàn)在水用電磁截止閥可以通過電阻式應(yīng)變稱重傳感器和PLC控制系統(tǒng)來控制，通過設(shè)定張緊力值的范圍，利用電阻式應(yīng)變稱重傳感器進行反饋，自動對進水及出水量進行控制，從而達到控制膠帶機張緊力的作用。

1.3 智能液體配重制作

為保證智能液體配重箱體具備一定的穩(wěn)定性及可靠性，配重制作采用鋼結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)容器的制作材料均為工程常用普通鋼材，利用角鋼或方管作為箱體內(nèi)骨架，鋼板或不銹鋼板作為箱體外表面材料，箱體頂部及底部安裝水用電磁閥，為防止配重箱體在運行過程中銹蝕，制作完成后在配重箱體內(nèi)側(cè)及表面涂刷防銹底漆與面漆，充分考慮冬季水容易結(jié)冰，配重箱體和閥門使用保溫材料進行保溫處理。為防止膠帶機在粉塵較大環(huán)境中運行中，如果無蓋板會有一定量的雜質(zhì)進入箱體，從而在底部沉積，堵塞閥門，所以智能液體配重箱體頂部需加裝密封式蓋板，箱體兩側(cè)使用鋼管作為套管，在進行配重重量控制時方便配重體在有效行程內(nèi)的上升與下降，智能液體配重簡圖如圖1。

圖1 智能液體配重簡圖

1.4 拉緊力計算

一般系統(tǒng)建安完成后，都需要經(jīng)過單機調(diào)試、聯(lián)動調(diào)試、滿負荷調(diào)試及試運行等過程，而在單機調(diào)試及聯(lián)動調(diào)試時均為空負荷運轉(zhuǎn)，膠帶機空負荷運轉(zhuǎn)時需要保證皮帶與托輥之間不打滑，又要降低調(diào)試過程中對電機產(chǎn)生的負荷，在滿負荷及試運行過程中均為帶負荷運轉(zhuǎn)，此時就需要膠帶機有足夠的張力，使得承載托輥間的垂直度最小。

膠帶機的張緊力在整個長度上是變化的，影響的因素較多，為保證膠帶機的正常運行，膠帶機的張力必須滿足兩個條件：

1)輸送帶的張力在任何負載情況下，作用到全部滾筒上的圓周力是通過摩擦傳遞到輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應(yīng)保證不打滑；

2)作用到輸送帶上的張力足夠大，使輸送帶在兩組承載托輥間保持垂度小于一定值；

在工程實際建安過程中，通過計算出膠帶機負荷運轉(zhuǎn)時所需的張緊力，參考DT II型固定式輸送機設(shè)計選用手冊及液體的密度，計算出液體配重的體積，然后繪制出設(shè)計圖紙，進行現(xiàn)場制作，具體如下：

圓周驅(qū)動力FU通過摩擦傳遞到輸送帶上，為保證輸送帶工作時不打滑，需在回程帶上保持最小張力

其中：Fumax為滿載輸送機啟動或制動時出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動力；μ為傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)；φ為傳動滾筒的圍包角，一般取2.8～4.2弧度；eμφ為尤拉系數(shù)[3]。

由于，重錘式拉緊裝置是利用重錘的重力產(chǎn)生拉緊力，因此算出所需的張緊力后就可得到達到配重的質(zhì)量，然后根據(jù)液體的密度算出容器的體積，再根據(jù)DT II型固定式輸送機設(shè)計選用手冊，算出配重箱的尺寸大小，進行繪圖及現(xiàn)場制作。

1.5 智能液體配重控制流程

將稱重傳感器與模擬量模塊輸出的是毫伏級電壓信號，需要將微信號通過濾波放大器放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字信號的處理，最終通過PLC系統(tǒng)處理，重新反饋到稱重傳感器，以此來實現(xiàn)控制電磁閥的開合，從而控制進水量與出水量，從而控制膠帶機配重的整體重量，使得膠帶機張緊力一直處于設(shè)定的合理范圍值內(nèi)，其中控制核心為PLC系統(tǒng)，具體的張緊力的合理范圍則需要通過對PLC編程來設(shè)定，具體控制過程流程如圖2。

圖2 流程框圖

2 結(jié) 語

智能液體配重可對膠帶機張緊力進行動態(tài)控制和自動調(diào)節(jié)，使得膠帶機啟、停具有足夠的張緊力，使得設(shè)備運行具有一定的保障，而且使用的液體為一般用水，不會對周圍環(huán)境造成污染，使用條件沒有太大局限性。在使用過程中可以很好地解放出勞動力，減少安全事故的發(fā)生，節(jié)約運行成本及維護成本，在以后的工程中具有很大的應(yīng)用潛力。

而隨著社會的發(fā)展與科技的進步，我們應(yīng)該利用現(xiàn)有的科技，將傳統(tǒng)的工藝進行改進和升華，使得工藝更加趨于科學化、合理化。