带式输送机变频自动张紧装置及其应用

贾 瑞

（同煤集团大斗沟矿， 山西 大同 037000）

引言

随着带式输送机的距离不断加大，运量不断增加，张紧装置也随之从原来的液压张紧、螺旋张紧等升级到了当前采用广泛的变频自动张紧。可伸缩带式输送机启动、运行、停车阶段的张力变化幅度要大于其他类型输送机，因此就需要变频自动张紧装置能够在不同的情况下对输送机提供的张力进行有效调节，即提供不同的张力，以确保输送机的稳定运行。

1 输送机分离点张力分析

1.1 运输阶段分析

当输送机处于稳定作业的状态下，传动滚筒会将驱动力输送至传送带上，其具体公式如式（1）：

在式（1）中：FH代表输送机的主要阻力，FN为输送机的附加阻力，FSt表示提升阻力，FHS表示特种阻力。

在稳定因素改变情况下，传动滚筒上的传送带，满足F=T1-T2，其中T1表示奔入点张力，T2表示分离点张力，倘若要保证输送机的正常运行，张进装置需要确保所T2的稳定性。假设输送机在稳定作业的情况下，出现突然停车现象，那么分离点的张力如式（2）所示：

在式2中：T2'表示滚筒的分离点张力；F弹表示弹性变形，即变形附加力；F飘代表当输送机处于停机阶段时输送带飘带的下垂附加力。飘带下垂附加力会使分离点的张力增加，进而无法正确计算峰值张力的趋势和大小，这会对皮带输送机造成破坏，即飘带下垂附加力是输送机破坏因素之一。

1.2 启动阶段分析

在输送机启动期间，传动滚筒的输送力为式（3）所示：

在式3中：∑m为旋转部件的质量，aA为输送机的启动加速度。在输送机启动期间，FA与T1都会逐渐呈增大的状态，随后进入减小趋势，与此同时，T2会持续呈减小趋势。塑性和弹性变形的出现阶段主要集中在输送机启动期间，因此就需要张紧装置将变形量快速张紧，快速提高分离点的张力，才可以避免滚筒打滑的现象出现。

1.3 停机阶段分析

皮带输送机包含三种停机形式，即断电停机、减速停机、自由减速停机。其中断电停机的方式对输送机损害最大，断电停机时，滚筒的驱动力会马上降至为0，此刻，输送机在运行阻力作用下，极速下降，而问题就在于当输送机切断电源后，张紧装置没有办法作业，因此就无法释放，当输送机速度降为0期间的弹性变形量，就会直接造成T2'值上升至顶峰，对设备造成严重的破坏，所以为了解决这一问题，就需要再配置一套缓冲装置。

2 张紧装置组成部分及工作原理

2.1 张紧装置组合部件以及相关参数

变频自动张紧装置，其组成构件包含：电控系统、制动器液压泵、张紧绞车、冷却系统、检测系统、缓冲装置。图1为变频自动张紧装置结构示意图。

图1 变频自动张紧装置结构示意图

电控系统组成构件包括防爆控制箱+本安接线箱+本安操作箱。张紧绞车组成构件为防爆电机+传动减速器+摩擦制动器+滚筒+支架/滑轮。检测系统组成构件包括检测开关、制动压力传感器；缓冲压力传感器；张力传感器、速度传感器以及水温传感器。

冷却系统包括防爆电机+水箱+泵，相关参数包括最大静态制动扭矩（2 250 N·m）、最大动态制动扭矩（1 450 N·m）、AC660V电压、滚筒直径（530 mm）、制动器开启压力（7.5 MPa）、减速器减速比（76）。

液压泵站组成构件包含防爆电机+卸荷溢流阀+齿轮泵+电磁换向阀+油相+蓄能器+压力表等，相关参数包括电机额定功率（1.1 kW）、电机额定转速（1 450 r/min）、系统压力（7.5 MPa）、系统流量（10 L/min）、油箱容积（65 L）。

缓冲装置组成构件包括防爆电机+乳化液泵+油缸+溢流/单向/截止/安全阀+蓄能器，图2为缓冲装置结构示意图：

图2 缓冲装置结构示意图

变频自动装置整机的相关参数包括装机功率（55 kW）、钢丝绳最大牵引力（110.6 kN）、牵引速度（0.5 m/s）、钢丝绳直径（20 mm）[1]。

2.2 传动原理

在制动器开启后，转矩通过防爆电机输出，在锥齿轮出经历一级减速后再传送给星星减速器的输出轴，利用连接盘对滚筒传输转矩。之后，钢丝对滚筒进行缠绕，力通过2个定滑轮和3个动滑轮向变向滚筒传输。当绞车滚筒顺时针旋转，代表紧带，张力会增加，而反之则标识松带操作，会将张力减少。

2.3 工作原理

2.3.1 变频张紧装置的工作原理

在装置开始工作前，会先开启冷却系统，进而利用温度传感器检测水箱的温度，当判断水箱的温度比设定温度低，即停止工作，若判断水箱温度与设定温度一致或是更高，装置自动进入工作状态，直至水箱温度再次下降。冷却系统的主要功能，是将防爆控制箱的温度有效降低，从而避免因温度过高带来的报警。

2.3.2 制动器液压泵站工作原理

在装置进入工作状态前，会先检测泵站的压力，若判断小于7 MPa。会进行泵站的启动工作，待压力提升到7 MPa，会进入待机状态，当作业需要使用变频绞车时，PLC会将工作命令传输到换向阀处，同时运用蓄能器中存储的能量开启制动器，让绞车启动并进行着反转的作业。此外，在绞车运行3到5次之后，如果判断泵站的压力下降到5 MPa以下，倘若泵站压力小于5 MPa，PLC会发出指令让泵站重新启动，并在此将压力提升至设定值，在此期间，绞车的工作取决于泵站压力。

当启动命令传输到张紧装置期间，会先对制动器泵站和冷却系统启动，进行水温、油温的温度检测，确保都达到预设的要求后，对张力值是否一致于设定值，若出现张力的差值差超过设定值，会将制动器自行开启，绞车对开启松带以及紧带做作业，从而让张力到达设定值数值，在调节过张力之后，张力预备完成的信号会对疾控进行发送，随后启动输送机的电机。

完成启动之后，张紧装置会以运行张力为依据对张力加以调整。在运输机处于运行阶段，若将张力值始终控制于设定的范围中，绞车会一直处于待机的状态，而如果张力出现变化，自动激活张紧绞车，将张力快速调节至运行张力值，随后继续保持待机。当自动张紧装置接收到停车信号期间，PLC会激活绞车，随后绞车进入工作，进行正反转的松紧带作业，让张力值变为停机张力值。在输送机处于停机的阶段，虽设备处于停机，但是绞车的制动器始终处于打开的状态，以保证变频器的快速反映能力。当停机结束后，变频绞车会持续保持张力，制动器会通过PLC发送命令，停止工作[2]。

3 变频自动张进装置应用实例

实例为山西大同某矿井工作面可伸缩带式输送机，该设备具体参数如下：驱动功率为3×500 kW变频驱动；输送带宽1.4 m、长3 200 m。输送带强度2 000 MPa，输送量为2 600 t/h。配有变频调速自动张紧装置、同时配有缓冲装置。自该设备2015年投入生产，截止到2018年，设备运行始终稳定、安全，能够实现胶带张力的自动调节功能，将设备配合自移机尾，可对胶带实现收缩作业[3]。

4 结语

自动张紧装置是一种新型的张紧装置，具有响应速度快、适应性强、控制方便、维护简单等特点。装有变频自动张紧装置的带式输送机在大同某煤矿自投运以来的状况表明，该装置对胶带张力自动调节的效果良好，装有该装置的带式输送机运行稳定安全。