長距離大型帶式輸送機拉緊裝置研究

齊 偉

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)公司， 山西 交城 030500）

引言

帶式輸送機功率以及運輸距離等隨礦井生產(chǎn)規(guī)模增加不斷提升，驅(qū)動功率超過1 000 kW 帶式輸送機在煤礦井下應(yīng)用增多。在長距離大功率帶式輸送機一般采用多機驅(qū)動方式，采用此種驅(qū)動方式時輸送帶張力隨著驅(qū)動電機工作參數(shù)、負載等動態(tài)變化。當輸送帶張力出現(xiàn)變化時會減弱輸送帶與滾筒間作用力，影響輸送機正常運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原有張緊裝置分析基礎(chǔ)上，設(shè)計一種液壓張緊裝置，該裝置可依據(jù)輸送帶松緊程度調(diào)整張緊力，從而實現(xiàn)輸送帶張緊力處于動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)[1-3]。

1 帶式輸送機張緊系統(tǒng)分析

1.1 張緊方式分析

現(xiàn)階段礦井帶式輸送機常用的張緊裝置結(jié)構(gòu)類型有重錘式、自動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)量對張緊力進行調(diào)節(jié)，一般在帶式輸送機負載以及加速度定設(shè)備上使用，當帶式輸送機負載或者運行加速度出現(xiàn)波動時，無法對張緊力進行及時調(diào)整；自動拉緊式是通過固定張緊滾筒位置給輸送機帶恒定張緊力，只有在帶式輸送機停止運行時方可調(diào)節(jié)皮帶張緊力；自動拉緊式可隨時調(diào)節(jié)帶式輸送機張緊力，張緊力調(diào)節(jié)范圍廣，但是結(jié)構(gòu)較為復雜[4-7]。長距離大型帶式輸送機一般采用自動拉緊式調(diào)節(jié)輸送帶張緊力。

1.2 帶式輸送機結(jié)構(gòu)

帶式輸送機結(jié)構(gòu)如圖1 所示，設(shè)備有驅(qū)動單元、托輥、傳動帶、張緊小車等，驅(qū)動滾筒靠摩擦力帶動輸送帶運轉(zhuǎn)；在帶式輸送機沿線布置有托輥，給輸送帶提供支撐。帶式輸送機鋪設(shè)距離較長或者負載較大時，可通過增加滾筒數(shù)量（驅(qū)動電機數(shù)量）來為輸送帶提供足夠動力。

圖1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)圖

2 自動張緊裝置結(jié)構(gòu)

帶式輸送機張緊裝置一般在兩個滾筒間，具體位于導向滾筒外側(cè)處，張緊裝置結(jié)構(gòu)可大致分為機械部分、電氣部分兩類，機械部分有張緊小車、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

張緊裝置運行時通過監(jiān)測傳感器（張緊力傳感器）實時獲取輸送帶張力，從而便于后續(xù)確定張緊力調(diào)整方案；通過控制電機控制張緊小車移動位置，實現(xiàn)對輸送帶張緊力調(diào)節(jié)。張緊小車可沿著軌道實現(xiàn)位置調(diào)整。張緊裝置可在帶式輸送機啟動、正常運行、停止等全過程工作，當輸送帶張緊力出現(xiàn)變化時可通過控制系統(tǒng)內(nèi)置的PID 控制策略實現(xiàn)張緊力自動調(diào)節(jié)，增強帶式輸送機運行穩(wěn)定性。

2.2 張緊裝置電控系統(tǒng)

輸送帶張緊力與滾筒、輸送帶負載、運行速度以及托輥等各方面影響因素密切相關(guān)。帶式輸送機在啟動、正常運行以及制動等階段張緊力存在明顯差異。在初期啟動階段，電動機通過驅(qū)動滾筒帶動輸送帶運轉(zhuǎn)，輸送帶與滾筒阻力較大，輸送帶啟動需較大的作用力，為實現(xiàn)帶式輸送機正常啟動，在啟動階段將輸送帶張緊力設(shè)定為額定值1.5 倍；正常運行時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）；在制動階段輸送帶在滾筒上產(chǎn)生與滾筒運動方向相反的摩擦力，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，該控制器便于實現(xiàn)分布式配置、模塊化結(jié)構(gòu)，具有電磁兼容性強、經(jīng)濟性好以及適應(yīng)性強的優(yōu)點，在工礦企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。主控制器具有最多32 個可擴展模塊，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。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 張緊裝置運行控制

張緊裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，PLC 可實現(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)動電機以及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。在帶式輸送機啟動、運行及制動階段讀取分析傳感器監(jiān)測參數(shù)并存儲，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 張緊小車運行控制

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

圖3 張緊小車運行控制示意圖

2.3 張緊裝置控制策略

采用的帶式輸送機張緊裝置張緊力調(diào)節(jié)具有實時性特征，帶式輸送機在正常運行期間，蓄能器可實現(xiàn)輸送帶張力穩(wěn)定，但是難以達到精準控制輸送帶張力目的。因此，在張緊裝置通過蓄能器、PID 控制策略實現(xiàn)輸送帶張緊力動態(tài)精準調(diào)節(jié)，具體控制策略如圖4 所示。

圖4 張緊控制策略

在對張緊力控制時，輸送機在啟動、正常運行以及制動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)測傳感器對輸送帶張力實時監(jiān)測；對比對分析監(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)張緊裝置運行，降低輸送帶實際張緊力與輸入值間偏差[9]。

3 總結(jié)

以山西某礦多機驅(qū)動長距離大型帶式輸送機為工程實例，對輸送機原有的張緊裝置進行優(yōu)化，具體通過張緊小車對輸送帶張緊力進行實時調(diào)節(jié)，并綜合使用PID 控制策略確保帶式輸送機在各階段輸送帶張緊力均可滿足要求。