礦用長距離膠帶運(yùn)輸機(jī)自動張緊裝置的設(shè)計(jì)

張鷹飛

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600）

引言

膠帶輸送機(jī)以其運(yùn)送量大、運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、運(yùn)行效率高的優(yōu)勢在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。膠帶輸送機(jī)是典型的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，通過摩擦力驅(qū)動實(shí)現(xiàn)對物料的連續(xù)運(yùn)輸，膠帶既是牽引機(jī)構(gòu)，又是承載機(jī)構(gòu)，因此在啟動、停止、運(yùn)行過程中對膠帶張緊力的要求不同，尤其是煤礦中運(yùn)送煤料存在質(zhì)量、體積分布不均且運(yùn)送量不斷變化的現(xiàn)象，張緊裝置作為保障膠帶運(yùn)輸機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備顯得非常重要，但是目前實(shí)際生產(chǎn)中膠帶輸送機(jī)的張緊裝置陳舊，可靠性不足，不能滿足生產(chǎn)需要，本文針對這一不足，基于比例電液控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一套主要用于長距離膠帶運(yùn)輸機(jī)的液壓自動張緊裝置[1-3]。

1 總體方案的介紹

膠帶輸送機(jī)的主要組成結(jié)構(gòu)包括底部機(jī)架、皮帶、托輥、兩個滾筒、張緊裝置以及傳動裝置。其中，帶動皮帶運(yùn)動的滾筒叫做驅(qū)動滾筒，迫使皮帶改變運(yùn)動方向的滾筒叫做換向滾筒。驅(qū)動滾筒由電動機(jī)結(jié)合減速器完成帶動，驅(qū)動滾筒與膠帶之間的摩擦力為膠帶提供牽引力[4-5]。膠帶與物料在托輥上移動，托輥可自由轉(zhuǎn)動，兩者摩擦力很小，因此可以實(shí)現(xiàn)長距離的物料輸送。膠帶輸送機(jī)的牽引作用依靠驅(qū)動滾筒和膠帶兩者的接觸摩擦產(chǎn)生，因此為了保障穩(wěn)定的牽引，需要依靠拉緊裝置將皮帶拉緊，使皮帶和驅(qū)動滾筒之間能夠產(chǎn)生足夠的摩擦力[6]。

不難發(fā)現(xiàn)，膠帶輸送機(jī)運(yùn)送物料能力的大小，與膠帶的張力和摩擦系數(shù)緊密相關(guān)[7]。膠帶輸送機(jī)在工作過程中，當(dāng)膠帶過長，會使得膠帶與滾筒之間貼合度改變，摩擦力降低引起牽引力減小，為了保障膠帶輸送機(jī)的皮帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠張緊，不發(fā)生打滑、跑偏現(xiàn)象，需要改善拉緊力的強(qiáng)度[8]。所以實(shí)際生產(chǎn)過程中，利用張緊裝置適當(dāng)?shù)貙⒛z帶拉緊，增大膠帶張力，能夠有效提高牽引力，保障設(shè)備安全高效運(yùn)行。

實(shí)際生產(chǎn)中，膠帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用的張緊裝置有機(jī)械絞車張緊、重錘張緊以及自動液壓張緊等。機(jī)械絞車張緊可以實(shí)現(xiàn)在勻速運(yùn)送過程的自動張緊，絞車需要長時間保持待機(jī)狀態(tài)，調(diào)節(jié)效果不穩(wěn)定。重錘張緊設(shè)備反應(yīng)速度較慢，安裝和調(diào)修也比較復(fù)雜。液壓自動張緊裝置具有靈活調(diào)節(jié)，反應(yīng)速度較快的優(yōu)勢，是目前發(fā)展的方向，本文正是采用液壓自動張緊的方式。

2 自動張緊裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張緊裝置的硬件結(jié)構(gòu)由液壓馬達(dá)、電控箱、絞車、液壓泵站、傳感器、滾筒小車及軌道、緩沖油缸、蓄能站、制動器等共同組成，可以分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣裝置與液壓設(shè)備三部分。膠帶輸送機(jī)的液壓張緊裝置硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 機(jī)械部分

機(jī)械部分通過滾筒小車與皮帶直接接觸，小車底部設(shè)置有針對小車移動的專用軌道，摩擦力較小，小車在軌道上前后移動可以拉緊或者放松皮帶，鋼絲繩一端與小車連接，另一端與液壓絞車連接，中間通過導(dǎo)向滑輪進(jìn)行方向的變換，鋼絲繩作為介質(zhì)輸送來自液壓絞車的拉力。鋼絲繩通過應(yīng)力計(jì)算選擇合適的型號，鋼絲繩上設(shè)置有拉力傳感器以及采集裝置可對鋼絲繩拉力進(jìn)行監(jiān)測反饋。

圖1 膠帶運(yùn)輸機(jī)液壓張緊裝置硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 電氣控制部分

電氣控制部分包括傳感器、控制器、電磁閥以及通訊線路共同組成。電氣控制部分通過傳感器檢測張緊鋼絲繩的張緊力，反饋到控制中心，由控制程序根據(jù)初始情況下對不同運(yùn)行工況張緊力的設(shè)置，對當(dāng)前張緊力的大小進(jìn)行評估。其中，在啟動情況下，張緊系統(tǒng)可對皮帶測速傳感器的檢測信號進(jìn)行識別判斷輸送機(jī)的運(yùn)行工況，控制器判斷到系統(tǒng)處于啟動階段，會驅(qū)動液壓電機(jī)加速，增大到約1.5倍皮帶張緊力；當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定時，系統(tǒng)會自動調(diào)整降低張緊力為正常設(shè)定值；當(dāng)檢測到停機(jī)信號時，系統(tǒng)自動降低到低于正常值0.1～0.2倍的停機(jī)張緊力，同時設(shè)置有緊急停機(jī)功能，可實(shí)現(xiàn)快速停機(jī)也可對張緊力進(jìn)行手動設(shè)置。圖2為電氣控制部分結(jié)構(gòu)圖。

圖2 電氣控制結(jié)構(gòu)圖

2.3 液壓部分

液壓系統(tǒng)作為動力來源由液壓油泵、液壓馬達(dá)、蓄能器、制動器以及緩沖油箱等部件共同組成。其中液壓絞車則由液壓馬達(dá)驅(qū)動，介質(zhì)來自于液壓泵。由電氣控制動態(tài)調(diào)節(jié)先導(dǎo)式電液比例溢流閥，完成對液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩控制，調(diào)節(jié)制動閥控制液壓絞車轉(zhuǎn)動帶動小車在軌道上移動實(shí)現(xiàn)對張緊力的調(diào)整。在滑動小車的運(yùn)行軌道上設(shè)置有蓄能站與緩沖油缸，系統(tǒng)控制電磁換向閥可用于平衡調(diào)整過程中的沖擊現(xiàn)象，保障設(shè)備穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)同時設(shè)置有液壓制動器結(jié)合斷帶保護(hù)功能，在遇到故障時可以較快制動避免危險發(fā)生。

2.4 通訊模塊

電控箱的控制器以微處理器作為控制核心，通過模擬量數(shù)據(jù)采集電路對張緊力拉力傳感器的數(shù)據(jù)以及輸送機(jī)測速傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行了放大、A/D轉(zhuǎn)換，送入微處理器，微處理器通過接口電路模塊與電磁閥等連接通信，完成對執(zhí)行元件的控制?？刂破魍ㄟ^RS-485串口通訊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的信息交互。

2.5 軟件程序

在膠帶運(yùn)輸機(jī)的啟停以及運(yùn)行過程中，液壓自動張緊裝置通過對膠帶張緊力大小的采集檢測反饋，控制器結(jié)合膠帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)張緊力對實(shí)際工況的張緊力大小進(jìn)行判斷，通過改變溢流量調(diào)整驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以及緩沖油缸的控制，實(shí)現(xiàn)張緊力的調(diào)整。軟件處理程序主要是對鋼絲繩張緊力的采集監(jiān)測，對張緊力大小的判斷以及根據(jù)轉(zhuǎn)速和開關(guān)信號對工況的判斷，進(jìn)行控制策略調(diào)整。系統(tǒng)主程序的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主程序軟件流程圖

3 結(jié)語

基于比例電液控制技術(shù)的液壓自動張緊裝置，可實(shí)現(xiàn)在膠帶輸送機(jī)的啟停階段以及正常運(yùn)行階段的張緊力自動控制。系統(tǒng)采用液壓自動控制，結(jié)合電磁閥設(shè)備，設(shè)置有緩沖設(shè)備，可以有效平衡振動沖擊，同時保障調(diào)節(jié)的靈活高效。系統(tǒng)同時設(shè)置有斷帶保護(hù)、張緊力快速監(jiān)測、輸送機(jī)工況判斷等功能，可大大提高輸送機(jī)的工作效率，保障安全生產(chǎn)，減少檢修調(diào)整時間。