杨 颖

（晋能控股集团煤业公司四台矿，山西 大同 037000）

引言

带式输送机作为矿井常用的运输设备，具有运输能力大、运行阻力小、安全可靠、质量轻、噪声小[1]等优点，被广泛应用于井下巷道、矿井路面[2]等场所。带式输送机的输送带两端与机头驱动滚筒、机尾换向滚筒形成封闭环形，而托辊是用来支撑两滚筒间的输送带[3]，其中，托辊有上下托辊两部分，上托辊为槽型托辊，用以支撑和增加装载断面积，下托辊为平行托辊，用以承托回程输送带，且托辊两端的轴承，还可以使托辊转动时产生的阻力降低[4]；张紧装置是为输送带提供张紧力的装置，同时还保障着带式输送机的正常运行[5]，在带式输送机实际运输中，输送带受到来自驱动滚筒和包围滚筒间的输送带产生的摩擦力，驱动其与承载的货物一起运动[6]。一般情形下，输送机上段是承载段，下段是回程段，而机头是卸载段。张紧系统属于带式输送机的关键组成部件，不仅会直接影响带式输送机的动态特性，还关系着输送机能否安全稳定运行[7]，因此，本文对输送机张紧系统进行具体分析研究，进而为实践应用带式输送机提供理论基础。

1 带式输送机自动张紧系统的简要介绍

对于带式输送机的自动张紧系统，一般是采用张紧小车拉动张紧滚筒，进而完成对输送带的张紧。自动张紧系统结构如图1 所示。该系统有张紧小车、张紧滚筒及张力产生装置（如张紧电机、张紧绞车以及张力控制设备）。其中，张紧小车和张力产生装置，属于系统的执行元件，拖动滚筒进行水平方向移动，控制输送机执行张紧或者放松状态；张紧滚筒，直接与输送带接触，是进行张力调节的部件；张力控制设备属于系统的核心部件，控制着整个系统的逻辑判断和张力输出[8-9]，还可完成张力控制程序和算法。

图1 带式输送机自动张紧系统结构

2 带式输送机自动张紧系统的模拟分析

张紧系统作为带式输送机的关键部件，且其与输送带直接相互接触[10]，本文对输送机张紧系统的动态特性进行模拟分析。模拟中，带式输送机采用直接启动的方式，张紧力采用梯形曲线控制，也就是说带式输送机启动时，拉力先从零调至额定张力大小值，一段时间后再调至稳态张力大小值。本文具体对输送机进行以下三方面的动态分析：一是在满负荷启动时，分析输送带速度以及张紧力；二是分析张紧小车的动态特性；三是对比分析自动张紧和重锤式系统对带式输送机的动张力影响。

2.1 满负荷启动时，分析输送带速度以及张紧力

图2 为输送机的机头和机尾单元的速度变化曲线。从图2 中可看出，输送带为逐级启动，机头速度相比机尾速度有一定的超前，表明输送带具有黏弹性，且张力从机头传至机尾需经一定的时间；此外，机尾速度增加的幅度明显大于机头，且在尾部产生了较大的瞬时冲击；当启动时间达到140 s 时，输送机的整条输送带速度达到额定带速，大小约为3.3 m/s。

图2 带式输送机的输送带速度变化曲线

图3 为带式输送机的张紧力变化分布曲线。从图3 中可看出，对于紧边张力，在带式输送机启动后急剧上升，最终达到峰值并趋于稳定；对于松边张力，开始从初始张力大小值，先逐渐变小后又逐渐增大，最终达到稳定值。这是因为在带式输送机启动时，紧边单元立马运行，而松边单元因静阻力作用保持不动，此时，就要求张紧系统快速吸收松边的输送带身长，从而使输送机不出现打滑并顺利启动。在启动过程中，对于输送机头部单元，10 s 时，动张力出现峰值，随后又出现波动，60 s 时逐渐趋于稳定，稳定值大小为138 kN。对于机尾滚筒单元张力，变化趋势基本同于机头，不同之处表现为：启动时间方面滞后于机头，且因为张力叠加的冲击作用，张力变化比机头快，当整条输送带完全启动后，张力波动又逐渐减小，最终达到稳定值为89 kN。对于驱动滚筒，在启动瞬间，松边张力减小，此时，通过张紧系统的作用，张力又逐渐增大，最终稳定值大小为30 kN 左右。此外，驱动滚筒两侧张力相差约100 kN，此张力差值可以当作是输送机整条输送带的驱动力。

图3 带式输送机输送带的张紧力变化分布曲线

2.2 分析张紧小车的位移变化情况

本文主要对张紧小车的位移变化进行分析，得到图4 所示的位移变化曲线。从图4 中可看出，输送带启动时，松边张力急速下降，此时为使输送带正常启动，张紧小车拉紧输送带使其增大位移，启动约10 s后，位移达到最大值是4.2 m，此时，张力也达到最大值。因为带式输送机在启动过程中，张力不断波动，为保证张力维持在一定值，也随之调整张紧小车的位移，所以出现往复运动现象。启动50 s 后，张力逐渐达到稳定，位移也保持稳定。张紧小车的最终稳定位移值为3.5 m，张力也保持恒定。上述表明带式输送机输送带静止和运行下的张紧力大小是不一样的。

图4 带式输送机张紧小车的位移变化曲线

2.3 对比分析自动张紧和重锤式张紧系统对带式输送机动张力的影响

带式输送机无论处于任何状态，重锤式张紧系统输出的张力大小基本保持恒定。本文仿真时，将其张力大小等同为恒定张力。对比分析采用自动张紧和重锤式张紧系统时，输送带张力分布的响应变化情况，得到如图5 所示的曲线。

图5 采用不同张紧系统时，输送带张力的对比变化曲线

从图5 中可看出，对于自动张紧系统，滚筒紧边张力最大值约为181 kN；而对于重锤式张紧系统，最大值约为195 kN；同样，对于机尾张力和滚筒松边张力的峰值情况，自动张紧系统明显小于重锤式张紧系统。综上分析可知，自动张紧系统能够使输送带的启动张力峰值降低。因此，在改善带式输送机的动态特性方面，自动张紧系统明显优于重锤式张紧系统。

3 结语

本文以带式输送机为对象，阐述了张紧系统的构造，并系统地分析了输送带各单元的速度运行及其动张力分布规律，最后对比研究了自动张紧和重锤式张紧系统对输送机的动特性影响，仿真结果表明：自动张紧系统能够使输送带的启动张力峰值降低，且在动态特性改善方面，自动张紧系统明显优于传统的重锤式张紧系统，可保证张紧小车的运行平稳，使带式输送机具有很好的运行状态。