长距离大型带式输送机拉紧装置研究

2022-08-08齐伟

机械管理开发 2022年7期

齐伟

（汾西矿业中兴煤业公司，山西交城 030500）

引言

带式输送机功率以及运输距离等随矿井生产规模增加不断提升，驱动功率超过1 000 kW 带式输送机在煤矿井下应用增多。在长距离大功率带式输送机一般采用多机驱动方式，采用此种驱动方式时输送带张力随着驱动电机工作参数、负载等动态变化。当输送带张力出现变化时会减弱输送带与滚筒间作用力，影响输送机正常运行并降低输送带寿命。张紧装置稳定输送带张紧力的主要装置，文中就在矿井带式输送机原有张紧装置分析基础上，设计一种液压张紧装置，该装置可依据输送带松紧程度调整张紧力，从而实现输送带张紧力处于动态稳定状态[1-3]。

1 带式输送机张紧系统分析

1.1 张紧方式分析

现阶段矿井带式输送机常用的张紧装置结构类型有重锤式、自动拉紧式以及固定拉紧式等类型。重锤式可通过调节重锤质量对张紧力进行调节，一般在带式输送机负载以及加速度定设备上使用，当带式输送机负载或者运行加速度出现波动时，无法对张紧力进行及时调整；自动拉紧式是通过固定张紧滚筒位置给输送机带恒定张紧力，只有在带式输送机停止运行时方可调节皮带张紧力；自动拉紧式可随时调节带式输送机张紧力，张紧力调节范围广，但是结构较为复杂[4-7]。长距离大型带式输送机一般采用自动拉紧式调节输送带张紧力。

1.2 带式输送机结构

带式输送机结构如图1 所示，设备有驱动单元、托辊、传动带、张紧小车等，驱动滚筒靠摩擦力带动输送带运转；在带式输送机沿线布置有托辊，给输送带提供支撑。带式输送机铺设距离较长或者负载较大时，可通过增加滚筒数量（驱动电机数量）来为输送带提供足够动力。

图1 带式输送机结构图

2 自动张紧装置结构

带式输送机张紧装置一般在两个滚筒间，具体位于导向滚筒外侧处，张紧装置结构可大致分为机械部分、电气部分两类，机械部分有张紧小车、滑轮、钢丝绳以及相关液压控制设备；电气部分包括监测传感器、主控制器等。

2.1 张紧装置工作原理

张紧装置运行时通过监测传感器（张紧力传感器）实时获取输送带张力，从而便于后续确定张紧力调整方案；通过控制电机控制张紧小车移动位置，实现对输送带张紧力调节。张紧小车可沿着轨道实现位置调整。张紧装置可在带式输送机启动、正常运行、停止等全过程工作，当输送带张紧力出现变化时可通过控制系统内置的PID 控制策略实现张紧力自动调节，增强带式输送机运行稳定性。

2.2 张紧装置电控系统

输送带张紧力与滚筒、输送带负载、运行速度以及托辊等各方面影响因素密切相关。带式输送机在启动、正常运行以及制动等阶段张紧力存在明显差异。在初期启动阶段，电动机通过驱动滚筒带动输送带运转，输送带与滚筒阻力较大，输送带启动需较大的作用力，为实现带式输送机正常启动，在启动阶段将输送带张紧力设定为额定值1.5 倍；正常运行时施加到输送带上的张紧力依据拉紧滚筒两端输送带差值并添加一定的安全系数（安全系数取值一般为1.1）；在制动阶段输送带在滚筒上产生与滚筒运动方向相反的摩擦力，将张紧力确定为额定值的0.9 倍。

2.2.1 张紧装置主要结构

1）主控制器：张紧装置主控制器选择采用S7-300 系列PLC，该控制器便于实现分布式配置、模块化结构，具有电磁兼容性强、经济性好以及适应性强的优点，在工矿企业中应用较为广泛。主控制器具有最多32 个可扩展模块，通过STEP 软件编程，可满足输送带张紧控制需要。

2）张力监测传感器：输送带张力监测传感器型号为ETG，该传感器额定工作电流和电压分别为0.03 A、10 V，辊面长和直径分别为450 mm、60 mm，经过相关调理电路处理后可输出电流4~20 mA、电压0~10 V信号。张力监测传感器可适应-20~+70℃环境温度，测量误差在1%以内。

2.2.2 张紧装置运行控制

张紧装置电控系统结构如图2 所示，PLC 可实现输送带张紧力采集分析，张紧小车位置依据监测获取到的输送带张紧力确定；在驱动电机以及PLC 间布置光电隔离单元，以便提高电控系统整体抗干扰能力。在带式输送机启动、运行及制动阶段读取分析传感器监测参数并存储，便于后续分析。

图2 张紧装置电控系统结构

2.2.3 张紧小车运行控制

张紧小车运行控制如图3 所示，控制系统结构液压系统、盘形制动器以及张紧缓冲油箱等结构组成[8]。

图3 张紧小车运行控制示意图

2.3 张紧装置控制策略

采用的带式输送机张紧装置张紧力调节具有实时性特征，带式输送机在正常运行期间，蓄能器可实现输送带张力稳定，但是难以达到精准控制输送带张力目的。因此，在张紧装置通过蓄能器、PID 控制策略实现输送带张紧力动态精准调节，具体控制策略如图4 所示。

图4 张紧控制策略

在对张紧力控制时，输送机在启动、正常运行以及制动等阶段输入不同张紧力控制给定值，分别为额定张紧力的1.5 倍、1.1 倍以及0.9 倍，后通过张力监测传感器对输送带张力实时监测；对比对分析监测值及输入值并将存在的偏差输入给控制器，控制器内置的PID 算法可依据给定值调节张紧装置运行，降低输送带实际张紧力与输入值间偏差[9]。