帶式輸送機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)研究

陳召霞

（山西忻州神達(dá)金山煤業(yè)有限公司， 山西 保德 036600）

0 引言

帶式輸送機(jī)是通過輸送帶與滾筒間摩擦力實(shí)現(xiàn)物料平穩(wěn)、快速運(yùn)輸?shù)臋C(jī)電設(shè)備，在煤礦井下應(yīng)用較為普遍。受煤礦井下環(huán)境惡劣、負(fù)載大以及運(yùn)輸距離長(zhǎng)等多因素影響，帶式輸送機(jī)在實(shí)際使用過程中常出現(xiàn)跑偏、打滑等問題，不僅影響運(yùn)輸效率，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)安全事故。導(dǎo)致帶式輸送機(jī)出現(xiàn)打滑的原因包括有過載、輸送帶張力偏低、托輥損壞、驅(qū)動(dòng)滾筒包漿、落料處堵料等。山西某礦井采面工作面普遍采用型號(hào)DTL120 帶式輸送機(jī)，根據(jù)使用單位反饋帶式輸送機(jī)在使用期間容易出現(xiàn)打滑問題，分析主要是由于帶式輸送機(jī)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾筒提供的驅(qū)動(dòng)力小于回撤輸送帶運(yùn)行阻力，從而導(dǎo)致滾筒與輸送帶出現(xiàn)間歇打滑并進(jìn)一步導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)滾筒表面包膠磨損。結(jié)合以往研究成果，發(fā)現(xiàn)在帶式輸送機(jī)上增設(shè)張力檢測(cè)傳感器并依據(jù)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整帶式輸送機(jī)張緊力，可防治打滑故障。為此，文中就以山西某礦3502 運(yùn)輸巷使用的DTL120 帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置展開分析探討，以期在一定程度上增強(qiáng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性[1-5]。

1 機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)分析

分析礦井DTL120 帶式輸送機(jī)打滑情況，導(dǎo)致輸送帶打滑的主要原因是帶式輸送機(jī)回程輸送帶運(yùn)行阻力增大時(shí)未能及時(shí)增大尾部驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致尾部驅(qū)動(dòng)滾筒提供的驅(qū)動(dòng)力小于輸送帶回程運(yùn)行阻力[6]。為解決上述問題，決定在帶式輸送機(jī)機(jī)尾部增設(shè)張緊力檢測(cè)調(diào)節(jié)裝置，該裝置可檢測(cè)輸送帶張緊力并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果、設(shè)定的張緊力區(qū)段，通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力，避免打滑故障發(fā)生并提高輸送帶、驅(qū)動(dòng)滾筒使用時(shí)限。

具體機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)包括有張緊力檢測(cè)以及檢測(cè)反饋系統(tǒng)構(gòu)成，張緊檢測(cè)裝置安裝在尾部滾筒、改向滾筒間輸送帶上，具體如圖1所示，用以實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力實(shí)時(shí)檢測(cè)。檢測(cè)反饋系統(tǒng)組成包括有壓力傳感器、變頻器及控制器。壓力傳感器獲取的承載輸送帶張緊力結(jié)果傳輸至控制器，并按照預(yù)先確定的驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速、壓力傳感器檢測(cè)值之間的關(guān)系，控制器自動(dòng)發(fā)出指令。當(dāng)張緊力過小或者即將達(dá)到打滑條件時(shí)，控制器會(huì)降低變頻器輸出電流頻率、降低滾筒轉(zhuǎn)速，避免滾筒與輸送帶出現(xiàn)打滑；當(dāng)張緊力增加時(shí)，控制器依據(jù)壓力信號(hào)增加變頻器輸出電流頻率，提高滾筒轉(zhuǎn)速。

圖1 機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊裝置布置示意圖

2 張緊力檢測(cè)及控制分析

2.1 張緊力檢測(cè)裝置分析

2.1.1 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

提出的張緊力檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖2 所示，組成包括有鉸接安裝座、安裝架、壓力連桿、壓力傳感器以及張力檢測(cè)滾筒等。張力檢測(cè)滾筒置于安裝架上，安裝架則固定到壓力連桿上；壓力連桿兩端分別為壓力傳感器、鉸接安裝座。張緊力檢測(cè)裝置安裝在機(jī)尾機(jī)架上，承載輸送帶依次繞過改向滾筒、張力檢測(cè)滾筒以及驅(qū)動(dòng)滾筒，從而實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力精準(zhǔn)檢測(cè)。

圖2 張緊力檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 輸送帶張緊力與壓力傳感器檢測(cè)值關(guān)系

具體張緊力檢測(cè)裝置受力簡(jiǎn)化模型如圖3 所示，在張緊力檢測(cè)滾筒位置輸送帶受兩個(gè)反向張緊力F1、F2共同作用；張緊力檢測(cè)滾筒給輸送機(jī)帶一個(gè)作用力P1；輸送帶給張緊力檢測(cè)滾筒一個(gè)向上的作用力P2。張緊力檢測(cè)裝置壓力連接桿處（Q1位置）受力平衡，具體表達(dá)式為：

圖3 張緊力檢測(cè)裝置受力簡(jiǎn)化模型

依據(jù)余弦定理可確定∠C1O2C3，具體表達(dá)式為：

式中：L 為壓力連桿長(zhǎng)度；P2和P1為大小相同、方向相反的作用力與反作用力；θ=1/2∠C1C3C2。R1、R2、R3分別為尾部滾筒、張緊力檢測(cè)滾筒以及改向滾筒半徑；L1、L2、L3分別為O1O2（機(jī)尾滾筒與張緊力檢測(cè)滾筒中心距）、O2O3（張緊力檢測(cè)滾筒與改向滾筒中心距）、O1O3（機(jī)尾滾筒與改向滾筒中心距）距離。

綜合式（1）—式（5）即可得到輸送帶張緊力F 與壓力傳感器檢測(cè)值P 間關(guān)系，具體為：

3502 運(yùn)輸巷內(nèi)布置的DTL120 帶式輸送機(jī)機(jī)尾配備Φ1 250 mm 滾筒，張緊力檢測(cè)滾筒為Φ650 mm滾筒、上改向滾筒為Φ500 mm 滾筒，則確定R1=625 mm、R2=325 mm、R3=250 mm；測(cè)量得到L1、L2、L3長(zhǎng)度分別為1 565 mm、1 575 mm 及2 960 mm。將上述參數(shù)帶入公式（6）即可算得F=5.88P。

2.2 裝置控制分析

2.2.1 驅(qū)動(dòng)裝置與壓力檢測(cè)值關(guān)系

以3502 運(yùn)輸巷內(nèi)布置的DTL120 型帶式輸送機(jī)為例，該帶式輸送機(jī)采用3 臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中機(jī)頭2部電機(jī)、機(jī)尾1 部電機(jī)，具體驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置如圖4 所示。為保證機(jī)頭驅(qū)動(dòng)位置滾筒與輸送帶不出現(xiàn)打滑情況，在運(yùn)行過程中輸送帶張緊力應(yīng)能滿足下述要求：

圖4 DTL120 型帶式輸送機(jī)區(qū)驅(qū)動(dòng)裝置布置示意圖

式中：F 為帶式輸送機(jī)機(jī)尾f 處輸送帶張緊力；F4為帶式輸送機(jī)機(jī)尾e 處輸送帶張緊力；FU為帶式輸送機(jī)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)III 對(duì)輸送帶圓周驅(qū)動(dòng)力；μ 為驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶間摩擦系數(shù)，取0.35；φ 為輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上的圍包角，取205°。

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率PA可通過式（9）計(jì)算：

式中：v 為帶式輸送機(jī)運(yùn)行帶速；PM為驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率；η 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率；η' 為電壓降系數(shù)，取0.9～0.95；η″為多電機(jī)功率不平衡系數(shù)，取0.9～0.95。

3502 運(yùn)輸巷內(nèi)DTL120 型帶式輸送機(jī)采用3 臺(tái)功率均為500 kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取η=1、η'=0.93、η"=0.92、μ=0.35、φ=205°、eμφ=3.5。將式（8）、式（9）聯(lián)合即可求得壓力傳感器檢測(cè)值P 與驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率PM關(guān)系式，具體表達(dá)式為：

2.2.2 驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方法

在具體應(yīng)用過程中，首先，應(yīng)測(cè)量確定帶式輸送機(jī)各關(guān)鍵位置尺寸，并依據(jù)張緊力檢測(cè)裝置中壓力傳感器檢測(cè)結(jié)果確定當(dāng)前帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需轉(zhuǎn)速；其次，應(yīng)避免運(yùn)輸物料量變化而出現(xiàn)變頻調(diào)速情況，構(gòu)建機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)模型，將實(shí)際所需電機(jī)轉(zhuǎn)速與預(yù)測(cè)模型轉(zhuǎn)速比對(duì)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)恒定轉(zhuǎn)速輸出。具體采用的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方法如圖5 所示。

圖5 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方法

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

將上文構(gòu)建的機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用到3502 運(yùn)輸巷DTL120 型帶式輸送機(jī)上，為掌握該裝置運(yùn)行情況，對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。具體2022 年7 月20 日驅(qū)動(dòng)力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行情況如圖6 所示。從圖6 中看出，機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速可依據(jù)壓力傳感器獲取得到的數(shù)據(jù)而自動(dòng)調(diào)整，繼而實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)。帶式輸送機(jī)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)張緊力始終在合理范圍內(nèi)，可確保帶式輸送機(jī)平穩(wěn)高效運(yùn)行。

圖6 驅(qū)動(dòng)力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行情況

3 結(jié)語

帶式輸送機(jī)出現(xiàn)打滑故障與驅(qū)動(dòng)滾筒張緊力偏低有密切關(guān)聯(lián)，在對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)輸煤量與電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建一種基于輸送帶張緊力檢測(cè)為基礎(chǔ)的機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。該裝置結(jié)構(gòu)包括有張緊力檢測(cè)裝置、檢測(cè)反饋控制系統(tǒng)，并對(duì)張緊力檢測(cè)裝置布置以及張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方式等進(jìn)行詳細(xì)探討。

構(gòu)建的機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)輸送帶張緊力實(shí)時(shí)檢測(cè)并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果預(yù)先設(shè)定張緊力區(qū)間，通過調(diào)節(jié)變頻器輸出電流頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)一步調(diào)整機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)力，使得機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)力與回程輸送帶運(yùn)行阻力相匹配，保證帶式輸送機(jī)高效、平穩(wěn)運(yùn)行。機(jī)尾部驅(qū)動(dòng)張緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)張緊力、速度閉環(huán)控制，減少運(yùn)行故障。