礦用皮帶輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)研究

趙海斌

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

引言

皮帶輸送機(jī)是煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，確保皮帶輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)煤炭高效運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵[1]。皮帶輸送機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)瞬間會(huì)受到較大的外界沖擊，驅(qū)動(dòng)滾筒、皮帶以及托輥均可能出現(xiàn)小范圍移動(dòng)，導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)張緊力出現(xiàn)波動(dòng)[2-5]。施加到皮帶上的張緊力可避免帶式輸送機(jī)打滑，并為皮帶輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造良好條件[6]。通過采用先進(jìn)的自動(dòng)張緊裝置可實(shí)現(xiàn)張緊力隨負(fù)載、皮帶輸送機(jī)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，從而提升皮帶輸送機(jī)煤炭外運(yùn)效率[7]。以山西某礦+650 m 水平運(yùn)輸大巷內(nèi)布置的DSJ-800 皮帶輸送機(jī)為研究對(duì)象，基于PLC 提出皮帶輸送機(jī)張緊力自動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行工程應(yīng)用分析。

1 皮帶輸送機(jī)常見張緊系統(tǒng)分析

1.1 固定式

此種張緊方式一般使用螺旋桿固定輸送機(jī)滾筒，確保輸送機(jī)在運(yùn)行過程中皮帶行程不會(huì)發(fā)生變化；輸送機(jī)皮帶張緊力調(diào)整依靠改變滾筒位置實(shí)現(xiàn)，滾筒位置調(diào)節(jié)依靠螺旋桿輸送機(jī)導(dǎo)軌上來回移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，此種調(diào)節(jié)方式容易給輸送機(jī)產(chǎn)生較大的沖擊作用，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 固定式張緊裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 重力式

該種張緊方式是利用滑輪組、鋼絲繩將重錘掛于輸送皮帶一端，利用重錘重力給皮帶施加一定張緊力；重力式張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)以及使用成本均較低。但是由于重錘一直給皮帶施加較大的張緊力，會(huì)增加皮帶、滾筒以及托輥等磨損，從而降低皮帶服役時(shí)間。

1.3 自動(dòng)式

此種張緊方式是基于自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體工作原理為采用張力傳感器對(duì)皮帶張緊力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并依靠張緊執(zhí)行機(jī)構(gòu)、張緊小車、滑輪組、減速器以及控制器等組合根據(jù)需要調(diào)整皮帶張緊力；自動(dòng)式張緊系統(tǒng)具有張緊力調(diào)節(jié)方便、自動(dòng)化程度以及控制精度較高等優(yōu)點(diǎn)，具體自動(dòng)式張緊系統(tǒng)工作原理見圖2 所示。文中就基于現(xiàn)有的自動(dòng)式張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)，以便提高張緊系統(tǒng)工作效率以及適應(yīng)性。

圖2 自動(dòng)式張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)

2.1 自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

具體+650 m 水平運(yùn)輸大巷內(nèi)DSJ-800 皮帶輸送機(jī)上使用的自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)見下頁(yè)圖3 所示，組成結(jié)構(gòu)包括張緊小車、皮帶、張緊力產(chǎn)生裝置；張緊滾筒、改向滾筒以及控制器等構(gòu)成。張緊滾筒與皮帶纏繞連接，通過摩擦力帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒與皮帶間的摩擦因數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直接影響皮帶裝進(jìn)情況以及工作效率；張緊力產(chǎn)生裝置由液壓油缸推動(dòng)張緊小車、帶動(dòng)張緊滾筒移動(dòng)實(shí)現(xiàn)張緊力調(diào)節(jié)；張力控制設(shè)備通過PLC 分析傳感器監(jiān)測(cè)到的張緊力變化，并按照預(yù)先設(shè)定的控制程序發(fā)出張緊力調(diào)節(jié)控制指令。

圖3 自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 張緊力控制系統(tǒng)工作原理

張緊力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括PLC、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、張力傳感器、行程開關(guān)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。張緊力控制系統(tǒng)隨皮帶輸送機(jī)運(yùn)行同步開展工作，皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)后張緊力傳感器將獲取到的皮帶張緊力傳輸給PLC；PLC 將皮帶實(shí)際張緊力值與設(shè)定張緊力值進(jìn)行比對(duì)，并發(fā)出相應(yīng)的張緊抱閘啟、停指令，通過張緊電機(jī)正向、反向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整張緊力；張緊電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整皮帶張緊力，當(dāng)PLC 監(jiān)測(cè)到皮帶張緊力平衡后張緊電機(jī)停機(jī)并通過內(nèi)部抱閘抱死，確保皮帶張緊力一直處理合理范圍內(nèi)。具體張緊力控制系統(tǒng)工作流程框圖見圖4。

圖4 張緊力控制系統(tǒng)工作流程框圖

2.3 硬件結(jié)構(gòu)確定

2.3.1 PLC 確定

PLC 是整個(gè)皮帶輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)核心，根據(jù)張緊控制需要選擇使用ControlLogix 系列PLC、控制系統(tǒng)。選用的PLC 內(nèi)置有豐富的通信模塊、軟件編程模塊以及輸出輸出模塊，通過RS485通信系統(tǒng)與張緊裝置其他硬件設(shè)備（主控電機(jī)、張緊電機(jī)、張緊力傳感器等）進(jìn)行通信。

2.3.2 張緊力采集

在整個(gè)張緊力控制系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)皮帶張緊力采集是需要重點(diǎn)解決的問題，具體選用的張緊力采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括張緊力傳感器、變送器、張力顯示儀表等設(shè)備，將張緊力傳感器置于鋼絲繩上并通過鋼絲繩與皮帶張緊力監(jiān)測(cè)，具體安裝位置見圖5所示。傳感器監(jiān)測(cè)值監(jiān)測(cè)信號(hào)通過4 芯屏蔽線傳輸，獲取到的張緊力首先由BMSP-120 變送器放大檢測(cè)信號(hào)，并將模擬信號(hào)同步轉(zhuǎn)化為5～20 mA 電信號(hào)，PLC 對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、邏輯分析，最終將監(jiān)測(cè)到的張緊力通過張緊力儀表上實(shí)時(shí)顯示。

圖5 張力傳感器安裝位置示意圖

選擇采用的張緊力傳感器型號(hào)為PR6201，額定工作電壓24 V，最大過載倍數(shù)1.5；選用的BMSP-120 變送器輸入、輸出型號(hào)分別為0.6～3.0 mA、5～20 mA。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能為260 萬t/年，主采的3 號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.6 m、傾角5°，現(xiàn)井下有3206 綜采工作面處于回采階段。+650 m 水平運(yùn)輸大巷是礦井煤炭外運(yùn)主要通道，巷道長(zhǎng)度2 980 m。

將張緊控制系統(tǒng)應(yīng)用到+650 m 水平運(yùn)輸大巷內(nèi)DSJ-800 皮帶輸送機(jī)，并對(duì)皮帶輸送機(jī)在啟動(dòng)、停止以及正常運(yùn)行等工況下皮帶張緊力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，輸送機(jī)正常運(yùn)行過程中皮帶張緊力保持在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，張緊控制系統(tǒng)工作平穩(wěn)；皮帶輸送機(jī)在輕載、重載等狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)均未出現(xiàn)打滑、跑偏等故障；張緊小車在位置調(diào)整過程中未出現(xiàn)卡澀、調(diào)整不及時(shí)或者異常振動(dòng)等情況；張緊控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示皮帶張緊力，且顯示精度高。