礦用帶式輸送機液壓自動張緊裝置的分析

楊瑞祥

（大同煤礦集團雁崖煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是煤礦采掘工作面重要運輸設(shè)備，輸送機主要由滾筒、電機、減速機、H架、重梁、阻燃膠帶、張緊裝置等部分組成；帶式輸送機具有運輸能力大、實用性強等優(yōu)點，在掘進工作面中隨著巷道延伸，可通過添加輸送帶使輸送機延伸至工作面，輸送機在使用前需通過張緊裝置對輸送帶施加合適的張緊力，保證輸送帶運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，但是當前我國煤礦帶式輸送機普遍采用的是液壓張緊裝置，該裝置在使用中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在張緊不足、張緊故障率高等，不僅增加了輸送機維修成本費用，而且嚴重影響著采掘工作面安全高效運輸。本文分析了傳統(tǒng)液壓張緊裝置結(jié)構(gòu)原理以及主要存在問題，提出了新型液壓自動張緊裝置，并在2307巷帶式輸送機中進行實際應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)液壓張緊裝置機構(gòu)原理及問題分析

1.1 傳統(tǒng)液壓張緊裝置結(jié)構(gòu)原理

1）當操作人員給輸送機發(fā)出啟動信號后，啟動信號傳遞到輸送機的張緊機構(gòu)，此時電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向左位，液壓油通過換向閥內(nèi)的單向閥流入液壓缸，輸送機張緊機構(gòu)開始工作，當瞬時張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機構(gòu)給壓力繼電器一個信號，輸送機通電開始啟動。

2）待皮帶完全啟動后，電磁閥內(nèi)換向閥的位置又由左位換向中位，液壓油無法通過換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機狀態(tài)，之后張緊機構(gòu)通過蓄能機構(gòu)維持正常工作壓力[1-2]。

3）當操作人員給輸送機發(fā)出停止信號后，停止信號傳遞到輸送機的張緊機構(gòu)，此時電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向左位，液壓油通過換向閥的單向閥流入液壓缸，輸送機張緊機構(gòu)開始工作，當瞬時張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機構(gòu)給壓力繼電器一個信號。當輸送機停止運行后系統(tǒng)會自動卸壓。

1.2 主要存在的問題

該系統(tǒng)投入運行以來，能夠較好的調(diào)節(jié)輸送機的張緊力，具有響應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡單的特點，但仍存在一些缺點，主要包括以下幾方面：

1）輸送機在進行取料作業(yè)時，常常會由于物料的作用力造成張緊機構(gòu)拉伸或出套，導(dǎo)致輸送機張緊力發(fā)生突然變化，流入液壓缸內(nèi)的液壓油壓力及流量達不到預(yù)定要求，此時輸送機的張緊力不能達到預(yù)定要求導(dǎo)致輸送機運行狀態(tài)不穩(wěn)定。

2）液壓系統(tǒng)在輸送機運行過程中調(diào)整不精確，導(dǎo)致張緊機構(gòu)控制難度及準確度下降。張緊機構(gòu)主要是通過控制內(nèi)部的壓力繼電器和溢流閥來控制張緊系統(tǒng)，這種調(diào)節(jié)方式能夠在定值分級控制的模式下精確控制，但在連續(xù)量控制下準確度較低，達不到輸送機生產(chǎn)時恒張力控制的需求。

3）張緊機構(gòu)內(nèi)安裝的溢流閥和繼電器均采用機械調(diào)節(jié)機構(gòu)，該機構(gòu)不僅存在操作復(fù)雜的缺點，還存在溢流閥開啟或關(guān)閉時壓差較大，且繼電器還存在通斷調(diào)節(jié)區(qū)。這些缺點導(dǎo)致系統(tǒng)在正常作業(yè)時出現(xiàn)壓力重疊區(qū)[3-4]。

2 新型液壓自動張緊裝置結(jié)構(gòu)原理分析

為了解決以上生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，采用了一套新型張緊機構(gòu)。技術(shù)人員主要在這套新型機構(gòu)中加裝了壓力傳感器、控制模塊、比例控制器及比例溢流閥。該套新型機構(gòu)不但具備傳統(tǒng)張緊機構(gòu)的基本功能，還能避免之前張緊機構(gòu)出現(xiàn)的問題。

2.1 新型張緊裝置結(jié)構(gòu)組成

1）該套新型張緊機構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。液壓系統(tǒng)主要由以下部件組成：液壓泵、液壓缸、比例溢流閥和蓄能器；電控系統(tǒng)主要由以下部件組成：PLC、電控箱和控制面板，如圖1所示。

圖1 帶式輸送機新型液壓自動張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）電氣控制系統(tǒng)主要是由上位機、人機交換系統(tǒng)及PLC組成。PLC采用當下最先進的西門子數(shù)值模擬模塊，具有以下優(yōu)點：將二進制指令的執(zhí)行時間由原來的的250 ns縮減為90 ns，提高了響應(yīng)速度；系統(tǒng)內(nèi)預(yù)留了較多的I/O點數(shù)，能夠為設(shè)備后期加裝其他功能提供空間；系統(tǒng)具有自身監(jiān)測功能，能夠?qū)崟r對系統(tǒng)的運行情況進行檢查，并將檢查結(jié)果形成匯報。

3）上位機能夠?qū)埦o機構(gòu)的各項運行參數(shù)實時監(jiān)測，同時工作人員可以遠程控制。人機交換系統(tǒng)能夠直接將各類參數(shù)實時顯示在屏幕上，并對系統(tǒng)存在的異常情況進行報警，工作人員可以利用人機交換系統(tǒng)對張緊機構(gòu)進行控制調(diào)節(jié)。

2.2 新型張緊裝置工作原理

1）當操作人員給輸送機發(fā)出啟動信號后，啟動信號傳遞到輸送機的張緊機構(gòu)，此時電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向右位，液壓油通過換向閥內(nèi)的液控單向閥流入液壓缸，此時輸送機液壓缸收縮，皮帶張緊力增大，張緊機構(gòu)開始工作，當瞬時張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機構(gòu)給壓力繼電器一個信號，輸送機通電開始啟動。

2）待皮帶完全啟動后，電磁閥內(nèi)換向閥的位置又由右位換向中位，液壓油無法通過換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機狀態(tài)，之后張緊機構(gòu)通過蓄能機構(gòu)維持工作壓力，之后系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器、比例放大器、比例溢流閥與蓄能機構(gòu)共同作用將系統(tǒng)的壓力按照軟件設(shè)定柔性的調(diào)節(jié)到正常壓力。壓力傳感器能夠在輸送機運行時實時監(jiān)測到皮帶的壓力。在輸送機正常運行時，當輸送帶的恒張力下降到設(shè)定范圍外時，此時補壓信號傳遞到輸送機的張緊機構(gòu)，電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向右位，系統(tǒng)進入補壓模式；相反當輸送帶的恒張力升高到設(shè)定范圍外時，此時泄壓信號傳遞到輸送機的張緊機構(gòu)，比例溢流閥按設(shè)定值開始泄壓。

3）機構(gòu)在開始運行后，PLC主要對各類輸入、輸出信號進行收集分析。當PLC發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常時會將這些報警數(shù)據(jù)傳遞到人機界面，同時提醒操作人員停機。輸送機正常運行時，當PLC處于現(xiàn)場操控模式，如操作人員變?yōu)槭謩涌刂疲琍LC會根據(jù)操作人員設(shè)定的參數(shù)進行修改；當PLC處于遠程操控模式，PLC在接到人工啟動或停止信號后進入PID模塊，當人工不介入時，系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)[5]。

3 應(yīng)用效果分析

大同煤礦集團雁崖煤業(yè)公司2307巷設(shè)計長度為1 200 m，巷道采用綜合機械化掘進工藝，巷道掘進期間采用SSJ-800帶式輸送機進行煤矸運輸，輸送機采用雙電機驅(qū)動方式，電機功率為40 kW，每部輸送機設(shè)計安裝長度為400 m；2307巷在前300 m掘進中輸送機主要采用的是傳統(tǒng)液壓張緊裝置，該裝置在使用中經(jīng)常出現(xiàn)故障，巷道掘進前期因輸送機張緊不合理，導(dǎo)致輸送機斷帶4次，且張緊裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，輸送機維修成本費用達28萬元。

2019年4月16日對2307帶式輸送機原張緊裝置進行更換，采用新型液壓自動張緊裝置，截止2019年10月通過6個月實際應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，新型新型液壓自動張緊裝置投入使用后輸送機未出現(xiàn)一次因張緊不合理導(dǎo)致斷帶事故，全年可節(jié)約設(shè)備成本費用達20余萬元。