矿用长距离胶带运输机自动张紧装置的设计

张鹰飞

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿， 山西 吕梁 033600）

引言

胶带输送机以其运送量大、运转速度快、运行效率高的优势在工业企业中得到了广泛应用。胶带输送机是典型的连续运输设备，通过摩擦力驱动实现对物料的连续运输，胶带既是牵引机构，又是承载机构，因此在启动、停止、运行过程中对胶带张紧力的要求不同，尤其是煤矿中运送煤料存在质量、体积分布不均且运送量不断变化的现象，张紧装置作为保障胶带运输机稳定高效运输的关键设备显得非常重要，但是目前实际生产中胶带输送机的张紧装置陈旧，可靠性不足，不能满足生产需要，本文针对这一不足，基于比例电液控制技术设计了一套主要用于长距离胶带运输机的液压自动张紧装置[1-3]。

1 总体方案的介绍

胶带输送机的主要组成结构包括底部机架、皮带、托辊、两个滚筒、张紧装置以及传动装置。其中，带动皮带运动的滚筒叫做驱动滚筒，迫使皮带改变运动方向的滚筒叫做换向滚筒。驱动滚筒由电动机结合减速器完成带动，驱动滚筒与胶带之间的摩擦力为胶带提供牵引力[4-5]。胶带与物料在托辊上移动，托辊可自由转动，两者摩擦力很小，因此可以实现长距离的物料输送。胶带输送机的牵引作用依靠驱动滚筒和胶带两者的接触摩擦产生，因此为了保障稳定的牵引，需要依靠拉紧装置将皮带拉紧，使皮带和驱动滚筒之间能够产生足够的摩擦力[6]。

不难发现，胶带输送机运送物料能力的大小，与胶带的张力和摩擦系数紧密相关[7]。胶带输送机在工作过程中，当胶带过长，会使得胶带与滚筒之间贴合度改变，摩擦力降低引起牵引力减小，为了保障胶带输送机的皮带在运转过程中能够张紧，不发生打滑、跑偏现象，需要改善拉紧力的强度[8]。所以实际生产过程中，利用张紧装置适当地将胶带拉紧，增大胶带张力，能够有效提高牵引力，保障设备安全高效运行。

实际生产中，胶带运输机应用的张紧装置有机械绞车张紧、重锤张紧以及自动液压张紧等。机械绞车张紧可以实现在匀速运送过程的自动张紧，绞车需要长时间保持待机状态，调节效果不稳定。重锤张紧设备反应速度较慢，安装和调修也比较复杂。液压自动张紧装置具有灵活调节，反应速度较快的优势，是目前发展的方向，本文正是采用液压自动张紧的方式。

2 自动张紧装置系统的设计

张紧装置的硬件结构由液压马达、电控箱、绞车、液压泵站、传感器、滚筒小车及轨道、缓冲油缸、蓄能站、制动器等共同组成，可以分为机械结构、电气装置与液压设备三部分。胶带输送机的液压张紧装置硬件结构图如图1所示。

2.1 机械部分

机械部分通过滚筒小车与皮带直接接触，小车底部设置有针对小车移动的专用轨道，摩擦力较小，小车在轨道上前后移动可以拉紧或者放松皮带，钢丝绳一端与小车连接，另一端与液压绞车连接，中间通过导向滑轮进行方向的变换，钢丝绳作为介质输送来自液压绞车的拉力。钢丝绳通过应力计算选择合适的型号，钢丝绳上设置有拉力传感器以及采集装置可对钢丝绳拉力进行监测反馈。

图1 胶带运输机液压张紧装置硬件结构图

2.2 电气控制部分

电气控制部分包括传感器、控制器、电磁阀以及通讯线路共同组成。电气控制部分通过传感器检测张紧钢丝绳的张紧力，反馈到控制中心，由控制程序根据初始情况下对不同运行工况张紧力的设置，对当前张紧力的大小进行评估。其中，在启动情况下，张紧系统可对皮带测速传感器的检测信号进行识别判断输送机的运行工况，控制器判断到系统处于启动阶段，会驱动液压电机加速，增大到约1.5倍皮带张紧力；当皮带转速趋于稳定时，系统会自动调整降低张紧力为正常设定值；当检测到停机信号时，系统自动降低到低于正常值0.1～0.2倍的停机张紧力，同时设置有紧急停机功能，可实现快速停机也可对张紧力进行手动设置。图2为电气控制部分结构图。

图2 电气控制结构图

2.3 液压部分

液压系统作为动力来源由液压油泵、液压马达、蓄能器、制动器以及缓冲油箱等部件共同组成。其中液压绞车则由液压马达驱动，介质来自于液压泵。由电气控制动态调节先导式电液比例溢流阀，完成对液压马达的转向、转速及转矩控制，调节制动阀控制液压绞车转动带动小车在轨道上移动实现对张紧力的调整。在滑动小车的运行轨道上设置有蓄能站与缓冲油缸，系统控制电磁换向阀可用于平衡调整过程中的冲击现象，保障设备稳定可靠。系统同时设置有液压制动器结合断带保护功能，在遇到故障时可以较快制动避免危险发生。

2.4 通讯模块

电控箱的控制器以微处理器作为控制核心，通过模拟量数据采集电路对张紧力拉力传感器的数据以及输送机测速传感器数据进行了放大、A/D转换，送入微处理器，微处理器通过接口电路模块与电磁阀等连接通信，完成对执行元件的控制。控制器通过RS-485串口通讯实现与上位机的信息交互。

2.5 软件程序

在胶带运输机的启停以及运行过程中，液压自动张紧装置通过对胶带张紧力大小的采集检测反馈，控制器结合胶带运输机转速与预设张紧力对实际工况的张紧力大小进行判断，通过改变溢流量调整驱动电机的转速，以及缓冲油缸的控制，实现张紧力的调整。软件处理程序主要是对钢丝绳张紧力的采集监测，对张紧力大小的判断以及根据转速和开关信号对工况的判断，进行控制策略调整。系统主程序的软件流程图如图3所示。

图3 系统主程序软件流程图

3 结语

基于比例电液控制技术的液压自动张紧装置，可实现在胶带输送机的启停阶段以及正常运行阶段的张紧力自动控制。系统采用液压自动控制，结合电磁阀设备，设置有缓冲设备，可以有效平衡振动冲击，同时保障调节的灵活高效。系统同时设置有断带保护、张紧力快速监测、输送机工况判断等功能，可大大提高输送机的工作效率，保障安全生产，减少检修调整时间。