矿用带式输送机液压自动张紧装置的分析

杨瑞祥

（大同煤矿集团雁崖煤业公司， 山西 大同 037003）

引言

带式输送机是煤矿采掘工作面重要运输设备，输送机主要由滚筒、电机、减速机、H架、重梁、阻燃胶带、张紧装置等部分组成；带式输送机具有运输能力大、实用性强等优点，在掘进工作面中随着巷道延伸，可通过添加输送带使输送机延伸至工作面，输送机在使用前需通过张紧装置对输送带施加合适的张紧力，保证输送带运转稳定，但是当前我国煤矿带式输送机普遍采用的是液压张紧装置，该装置在使用中还存在一些问题，主要表现在张紧不足、张紧故障率高等，不仅增加了输送机维修成本费用，而且严重影响着采掘工作面安全高效运输。本文分析了传统液压张紧装置结构原理以及主要存在问题，提出了新型液压自动张紧装置，并在2307巷带式输送机中进行实际应用。

1 传统液压张紧装置机构原理及问题分析

1.1 传统液压张紧装置结构原理

1）当操作人员给输送机发出启动信号后，启动信号传递到输送机的张紧机构，此时电磁阀内换向阀从中位换向左位，液压油通过换向阀内的单向阀流入液压缸，输送机张紧机构开始工作，当瞬时张紧力变为正常张紧力的1.5倍后，张紧机构给压力继电器一个信号，输送机通电开始启动。

2）待皮带完全启动后，电磁阀内换向阀的位置又由左位换向中位，液压油无法通过换向阀流入液压缸，且液压泵处于待机状态，之后张紧机构通过蓄能机构维持正常工作压力[1-2]。

3）当操作人员给输送机发出停止信号后，停止信号传递到输送机的张紧机构，此时电磁阀内换向阀从中位换向左位，液压油通过换向阀的单向阀流入液压缸，输送机张紧机构开始工作，当瞬时张紧力变为正常张紧力的1.5倍后，张紧机构给压力继电器一个信号。当输送机停止运行后系统会自动卸压。

1.2 主要存在的问题

该系统投入运行以来，能够较好的调节输送机的张紧力，具有响应灵敏、结构简单的特点，但仍存在一些缺点，主要包括以下几方面：

1）输送机在进行取料作业时，常常会由于物料的作用力造成张紧机构拉伸或出套，导致输送机张紧力发生突然变化，流入液压缸内的液压油压力及流量达不到预定要求，此时输送机的张紧力不能达到预定要求导致输送机运行状态不稳定。

2）液压系统在输送机运行过程中调整不精确，导致张紧机构控制难度及准确度下降。张紧机构主要是通过控制内部的压力继电器和溢流阀来控制张紧系统，这种调节方式能够在定值分级控制的模式下精确控制，但在连续量控制下准确度较低，达不到输送机生产时恒张力控制的需求。

3）张紧机构内安装的溢流阀和继电器均采用机械调节机构，该机构不仅存在操作复杂的缺点，还存在溢流阀开启或关闭时压差较大，且继电器还存在通断调节区。这些缺点导致系统在正常作业时出现压力重叠区[3-4]。

2 新型液压自动张紧装置结构原理分析

为了解决以上生产过程中出现的问题，采用了一套新型张紧机构。技术人员主要在这套新型机构中加装了压力传感器、控制模块、比例控制器及比例溢流阀。该套新型机构不但具备传统张紧机构的基本功能，还能避免之前张紧机构出现的问题。

2.1 新型张紧装置结构组成

1）该套新型张紧机构主要由液压系统和电控系统组成。液压系统主要由以下部件组成：液压泵、液压缸、比例溢流阀和蓄能器；电控系统主要由以下部件组成：PLC、电控箱和控制面板，如图1所示。

图1 带式输送机新型液压自动张紧装置结构示意图

2）电气控制系统主要是由上位机、人机交换系统及PLC组成。PLC采用当下最先进的西门子数值模拟模块，具有以下优点：将二进制指令的执行时间由原来的的250 ns缩减为90 ns，提高了响应速度；系统内预留了较多的I/O点数，能够为设备后期加装其他功能提供空间；系统具有自身监测功能，能够实时对系统的运行情况进行检查，并将检查结果形成汇报。

3）上位机能够对张紧机构的各项运行参数实时监测，同时工作人员可以远程控制。人机交换系统能够直接将各类参数实时显示在屏幕上，并对系统存在的异常情况进行报警，工作人员可以利用人机交换系统对张紧机构进行控制调节。

2.2 新型张紧装置工作原理

1）当操作人员给输送机发出启动信号后，启动信号传递到输送机的张紧机构，此时电磁阀内换向阀从中位换向右位，液压油通过换向阀内的液控单向阀流入液压缸，此时输送机液压缸收缩，皮带张紧力增大，张紧机构开始工作，当瞬时张紧力变为正常张紧力的1.5倍后，张紧机构给压力继电器一个信号，输送机通电开始启动。

2）待皮带完全启动后，电磁阀内换向阀的位置又由右位换向中位，液压油无法通过换向阀流入液压缸，且液压泵处于待机状态，之后张紧机构通过蓄能机构维持工作压力，之后系统内的压力传感器、比例放大器、比例溢流阀与蓄能机构共同作用将系统的压力按照软件设定柔性的调节到正常压力。压力传感器能够在输送机运行时实时监测到皮带的压力。在输送机正常运行时，当输送带的恒张力下降到设定范围外时，此时补压信号传递到输送机的张紧机构，电磁阀内换向阀从中位换向右位，系统进入补压模式；相反当输送带的恒张力升高到设定范围外时，此时泄压信号传递到输送机的张紧机构，比例溢流阀按设定值开始泄压。

3）机构在开始运行后，PLC主要对各类输入、输出信号进行收集分析。当PLC发现系统数据异常时会将这些报警数据传递到人机界面，同时提醒操作人员停机。输送机正常运行时，当PLC处于现场操控模式，如操作人员变为手动控制，PLC会根据操作人员设定的参数进行修改；当PLC处于远程操控模式，PLC在接到人工启动或停止信号后进入PID模块，当人工不介入时，系统处于保压状态[5]。

3 应用效果分析

大同煤矿集团雁崖煤业公司2307巷设计长度为1 200 m，巷道采用综合机械化掘进工艺，巷道掘进期间采用SSJ-800带式输送机进行煤矸运输，输送机采用双电机驱动方式，电机功率为40 kW，每部输送机设计安装长度为400 m；2307巷在前300 m掘进中输送机主要采用的是传统液压张紧装置，该装置在使用中经常出现故障，巷道掘进前期因输送机张紧不合理，导致输送机断带4次，且张紧装置经常出现故障，输送机维修成本费用达28万元。

2019年4月16日对2307带式输送机原张紧装置进行更换，采用新型液压自动张紧装置，截止2019年10月通过6个月实际应用观察发现，新型新型液压自动张紧装置投入使用后输送机未出现一次因张紧不合理导致断带事故，全年可节约设备成本费用达20余万元。