带式输送机张紧装置布局优化

李 伟

（大同煤矿集团马道头煤业有限责任公司，山西大同 037000）

0 引言

带式输送机可实现远距离连续运输物料，结构简单，维护方便。通过各类传感器及与电控结合可实现自动化操作。带式输送机运行的原理是驱动部带动围包在驱动滚筒上的封闭成环形的皮带运行，皮带的驱动力需要靠滚筒与皮带之间的摩擦力来提供。这就需要对皮带进行张紧，张紧装置就是提供张力的设备。张紧装置可以保证传动滚筒的松边张力，避免皮带打滑；为皮带提供必要的张力以满足滚筒的传动要求及皮带的下垂度要求；张紧装置可补偿输送带在启动、制动及老化过程中的长度变化[1]。一个合理的张紧装置的位置及张力的输出，应该使整个皮带全程张力适当，既能满足皮带正常运行需要的张力，也不会因为张力过大造成皮带过度拉伸或滚筒超负荷运行等故障。因此张紧装置输出的张力及其布局的合理布置至关重要。

1 张紧装置的种类及特点

带式输送机常见的拉紧装置通常包括：张紧滚筒位置不变的固定式拉紧装置；张力不变的恒张力拉紧装置；张力可自动调整的自动拉紧装置三种类型。实际应用中应根据不同的工况选择比较合适的张紧装置[2]。

1.1 固定式拉紧装置

固定式拉紧装置的拉紧滚筒的位置在完成张紧后无论皮带机启动及运行都不会发生变化。

1.1.1 螺旋拉紧装置

螺旋拉紧装置属于比较经济的拉紧方式，它不许要另外增加张紧滚筒，一般把机尾滚筒附带当作张紧滚筒使用。通过螺旋拉杆带动机尾滚筒后移达到张紧的目的。这种拉紧方式的拉紧力依靠操作人员的现场经验判断。完成张紧后机尾滚筒在带式输送机运行的过程中与机头滚筒的空间位置保持不变，皮带的伸长量一直存在。这种张紧方式一般应用在短距离带式输送机上，输送机长度一般小于50米[3]。

1.1.2 固定式电动绞车拉紧装置

固定式电动绞车拉紧装置的原理是绞车通过缠绕在卷筒上的钢丝绳拉动张紧车上的张紧滚筒来实现皮带的张紧。结构简单、操作方便，与螺旋螺旋拉紧装置相比可提供较大的拉紧力及拉紧行程。

1.2 恒张力拉紧装置

拉紧装置提供的张紧力恒定，不会根据工况发生变化。

1.2.1 垂直式重锤拉紧装置

垂直式重锤拉紧装置的张紧力靠重力提供，重力来源于张紧滚筒、重锤箱及重锤等张紧部件。垂直式重锤拉紧装置需要布置在皮带下部空间，由于导向架的存在需要占据一定的高度空间。适用于长度大于50 m并且满足一定下部安装空间的带式输送机[4]。

1.2.2 尾部车式拉紧装置

这种拉紧方式把尾部滚筒作为拉紧滚筒，利用安装在尾部倾斜轨道上的重载小车进行拉紧。一般应用巷道内倾斜带式输送机。

1.2.3 塔架式重锤拉紧装置

塔架式重锤拉紧装置张紧力的来源也是依靠重力，与垂直式重锤拉紧装置不同的是它需要在带式输送机旁安装拉紧塔架，靠安装在塔架上的重锤的重力通过滑轮机构转化为拉紧力。这种拉近方式适用于地面长距离带式输送机[5]。

1.3 自动拉紧装置

对于长距离、大功率及带宽较大的带式输送机，在输送机启动和制动时需要有更大的张紧力，一般为正常运行的1.3～1.5倍，负载启动或制动时需要的张紧力就更大。如果张紧力不足，这个时候皮带容易出现打滑。自动拉紧装置可根据不同的工况来自动调整对皮带的拉紧力，并能适应不同张力下张紧滚筒位置的变化。

1.3.1 电动绞车自动拉紧装置

电动绞车自动拉紧装置比固定式电动绞车拉紧装置多了张力传感器和电气系统控制。可对启动、运行、制动等工况设定不同的拉紧力。安装在钢丝绳上的张力传感器可实时监测张紧力的变化并传递给电控部分。通过联动控制实现张紧力的制动调整。1.3.2液压自动拉紧装置

液压自动拉紧装置一般包括：液压系统、油缸、张力传感器、拉紧车、电气系统控制系统等部分。张力传感器可监测钢丝绳上的实时张力并传递给电控系统。电气系统控制液压系统实现油缸的伸缩来实现张紧力的实时调整。由于张紧油缸行程限制，液压自动拉紧装置一般应用在张紧行程不大的场合。

1.3.3 液力绞车自动拉紧装置

与液压自动拉紧装置不同的是液力力绞车自动拉紧装置的执行机构是液力绞车。这种拉紧装置可满足更大的张紧行程，适用于工况比较复杂拉紧力及拉紧行程较长的大功率带式输送机[6]。

2 张紧装置的布置原则

张紧装置布置的原则是尽量靠近张力最小点。下面以两种常见工况对张紧装置的位置进行分析。

2.1 近水平带式输送机

近水平带式输送机一般指水平、地面起伏不大及平均倾角较小的带式输送机，如图1所示，假设皮带及采用单滚筒驱动，张紧装置布置在驱动部。制动器安装在传动滚筒上。

图1 皮带缠绕图

将带式输送机看作水平工况，不考虑倾斜阻力的影响。可得到逐点张力。

其中：FU-圆周驱动力；

FHO-上分支阻力；

FHU-下分支阻力。

S2-最小张力。

皮带运行时要考虑传动滚筒运行条件及皮带下垂度的要求。所以最小张力必须满足：

其中：μ-传动滚筒与皮带之间的摩擦系数，其值为0.05～0.45，可根据不同工况从表格选取；

α-传动滚筒上皮带包角；

qB-单位长度皮带重量；

qG-单位长度物料重量；

ao-上分支托辊间距；

au-下分支托辊间距；

hr-相对垂度，上下分支不同。

由此可以看出，传动滚筒奔离点S2为张力最小点，将张紧装置布置在机头位置能达到最好的张紧效果。如果皮带长度较短，S2和S3可认为近似相等。一些螺旋拉紧、车式拉紧装置可以布置在输送机的机尾处，将机尾滚筒作为拉紧滚筒使用，这样能节省滚筒节约皮带[7]。

2.2 倾斜带式输送机

对于大倾角上运带式输送机，S2处张力大于S3处张力，张紧装置布置原则与水平输送机张紧装置布置原则一致。尽量布置再尾部但如果输送机上运倾角较小，S2可能小于S3，这种情况张紧装置需要尽量紧靠传动滚筒布置，这样也便于集中控制。

一般情况下，张紧装置的布置原则是满足带式输送机稳定运行的输送带最小张力处。拉紧装置尽量布置在输送机的尾部是比较经济的选择，这个位置不需要另加张紧滚筒，大坡度上运带式输送机能节省重锤数量；长度较长的带式输送机、近水平带式输送机，平均倾角小于在3h的倾斜带式输送机，自动拉紧装置应尽量靠近布驱动装置布置。这个位置便于集中控制，自动拉紧装置能快速的响应带式输送机的工况变化，避免带式输送机启动或突然制动引起的打滑。

2.3 制动器位置对的张紧装置的影响

张紧力的另一个重要影响因素是紧急制动。带式输送机时常需要制动装置来时运动物料停止运动，制动时间越短，输送机瞬间功率越大，需要的张紧力就越大，因此布置张紧装置时也应该考虑制动器的布置位置，制动时带式输送机处于减速状态，制动力的大小必须满足：

其中：Fb-最小制动力；

F*-摩擦阻力和值；

m1-带式输送机直线移动部件的质量；

m1-带式输送机旋转部件的换算线质量；

a-减加速度，根据制动时间的不同来计算。

2.3.1 头部制动

以近水平工况带式输送机为例，头部制动时根据皮带缠绕图可得到个点的张力：

满足传动滚筒运行条件及皮带下垂度的要求的最小张紧力为：

其中：Ka-动载荷系数。

2.3.2 尾部制动

以近水平工况带式输送机为例，尾部制动时根据皮带缠绕图可得到个点的张力：

满足传动滚筒运行条件及皮带下垂度的要求的最小张紧力为：

其中：Ka-动载荷系数；

由于Tbt大于Tbw所以尾部制动需要的张紧力较小。因此制动装置布置在尾部比较合理。但是由于空间及集中控制的限制，制动器一般设置在传动滚筒或副传动滚筒上。因此如果张紧装置的张紧力还需要把制动器的位置带来的张紧力的变化考虑在内，制动时的张紧力如果大于张紧装置的极限置，很可能就会破坏张紧装置，发生重大事故。所以张紧装置的布置也应考虑制动装置的影响[8]。

3 结论

实际应用中，张紧装置的形式及布置位置需要综合考虑带式输送机的具体工况、巷道的空间限制、设备的维护难易程度、制动器的布置位置、集中控制要求等诸方面因素，本文通过带式输送机常见的工况对张紧装置类型及布置位置经行论述，提出了一些优化建议，为张紧装置的选型提供一定的参考。

［1］宋伟刚.带式输送机实用技术［M］.北京：冶金工业出版社，2012.

［2］史志.特大型主斜井带式输送机的研制［J］.煤矿机电，2011（1）：95-98.

［3］王爱兵，宋兴元，侯红伟.带式输送机正常停机过程的动力学行为仿真［J］.煤炭科学技术，2009（12）：60-77.

［4］张聪.浅谈煤矿排矸带式输送机张紧装置的改进［J］.煤，2017（08）：98-99.

［5］庞庆楼.带式输送机张紧装置的比较和选择［J］.矿山机械，2010，38（21）：74-77.

［6］满咏梅.带式输送机张紧装置的分析［J］.煤矿机械，2010，31（12）：80-82.

［7］郭耀华.带式输送机全自动液压张紧装置应用与研究［J］.煤矿机械，2014，35（05）：80-82.

［8］王晓丽，刘长伟，王迎祥.带式输送机输送带张紧力及张紧装置［J］.煤炭技术，2008（06）：5-7.