带式输送机中液压张紧装置的设计分析

王 岱

（晋能控股集团设计研究有限责任公司， 山西 大同 037000）

引言

带式输送机是进行物料输送的重要设备，在煤矿、港口中被广泛应用。带式输送机的可靠性高，易于依托地形进行布置，特别是在进行煤炭输送的过程中，依据矿山地形的变化，可以快速方便地进行布置，实现煤炭的高效运输。带式输送机在启停的过程中，依靠输送带的张力作用进行缓冲，并且随着输送量的不同，需要对张力及时调整，实现物料的平稳输送[1]。在带式输送机运行的不同阶段，对于张力大小的需求不同，过大或过小的张力均不利于输送的平稳安全，因此，针对带式输送机的张紧问题，设计采用新型的、适应性强、张力自动调节的液压张紧装置。

1 液压张紧装置的整体设计方案

采用液压系统对带式输送机进行张紧，整个张紧装置的张紧力首先要保证输送带和滚筒之间的摩擦力，避免出现打滑，并为托辊之间的输送带提供足够的张力，保证输送带的稳定，避免垂度过大。在进行张紧装置的布置时，应综合考虑带式输送机的结构，张紧装置尽量布置在整个输送带的最小张力点的位置，并依据张紧力的作用区域进行设计，为保证张紧装置的响应速度，整体位置应布置在靠近传动滚筒的离开点处，张紧力要经过滚筒的中心线[2]。

确定足够的张紧行程，要留有足够的长度满足输送带的接头需求，同时补偿输送带的形变引起的长度，在使用过程中，对于物料载荷及在启停阶段引起的弹性伸长的长度要有所补偿，保证张紧行程的有效性[3]。

液压张紧装置采用电液比例控制的方式，在不同的工况下对张紧力进行自动调节，保证带式输送机安全稳定的运行。液压张紧装置的整体方案图如图1 所示。液压张紧装置主要由液压系统、机械系统及电气控制系统组成[4]。液压系统包括液压泵站、阀组、执行油缸、蓄能器和制动器；机械系统包括为张紧功能的执行系统，主要由张紧小车、绞车、滑轮组等组成；电气控制系统主要包括张紧力的监控装置和电控站，对张紧系统的运行起到控制作用。液压张紧装置系统采用电液比例阀对液压马达的转矩进行控制，并通过张力传感器采集相应的张力值并进行数据的反馈，实现不同工况时的张紧力的实时动态调节。采用液压绞车作为张紧力的执行元件，对带式输送机进行张紧行程的调节，并保证输送带的稳定运行。

图1 液压张紧装置整体方案图

采用方案中设计的液压张紧装置能够依据带式输送机不同工况时对张紧力的不同需求进行自动调节，从而使带式输送机在稳定运行时的张力减小，可延长输送带的使用寿命，降低其工作强度，并减小带式输送机的运行维护成本[5]。自动液压张紧系统的动态响应速度快，在带式输送机的启停阶段，缓冲油缸能够及时地吸收弹性振动的能量，实现动态的张紧，降低带式输送机的冲击作用。液压张紧装置的结构紧凑，布置灵活，可以依据带式输送机的实际工作位置进行灵活地布置，满足输送带的张紧需求，并带有制动装置，能对液压绞车进行锁紧，保证带式输送机的张力稳定。在控制上，该设备不仅能够进行自动控制，同时带有手动控制方式，在需要人工干预时，能够进行切换控制[6]。

2 液压张紧装置的稳定性仿真分析

对于液压张紧装置中液压系统的性能进行一定的仿真分析，根据实际的物理系统，经过系统的辨识建立描述其动态特性的数学模型，从而在计算上进行仿真运算，以实现对系统方案的论证及参数优化。采用Matlab 进行液压系统的性能分析，从软件库中建立相应的模块，搭建液压系统的模型，设定模型运行的参数，进行运算仿真。

对于液压系统的动态特性进行仿真分析可以清晰地观察系统的稳定性并快速相应，便于对系统的指标记性分析。液压系统的稳定性是非常重要的特性，不稳定的系统是无法被应用的。液压系统的动态特性是指在打破原有平衡状态之后再次达到平衡中所体现的特性，其中，系统的各个参数都发生一定的变化。采用频率特性的方式来对系统的稳定性进行分析。

在Matlab 软件中搭建液压系统的仿真模型，设定液压系统的整体传递函数方框图如图2 所示，并进行液压系统的运行仿真，得到张紧系统的阶跃响应变化如图3 所示。

图2 液压系统的力控制仿真模型框图

图3 液压系统阶跃响应曲线

从图3 中可以看出，液压系统的单位阶跃响应，输出为张紧力的大小，系统的上升时间为0.66 s，调整时间为8.52 s，系统的稳态输出值为1.36 kN。系统的超调量比较大，稳态输出相对期望值具有一定的差值，需要对系统的稳定性进一步分析。

图4 中所示为液压自动张紧系统的伯德图，从而可以对闭环系统的稳定性进行判断。从图4 中可以看出，液压张紧系统的幅值裕量为7.86 dB，相对的裕量值为22°，由此表明液压张紧系统是稳定的，并具有一定的稳定性储备，可以满足带式输送机的张紧需求。在液压系统中，由于蓄能器的存在，使得系统对于带式输送机的冲击具有较好的缓冲作用，保证了张力的快速相应和超调量。

图4 液压张紧系统的伯德图

3 结语

由于带式输送机在运行过程中需要张紧力，设计了液压自动张紧装置。采用电液比例阀的形式对液压马达的张力进行控制，并采用缓冲油缸的形式避免冲击，从而可以实现对于张紧力的动态响应及实时调节，保证带式输送机的稳定运行。对于所设计的液压系统，采用Matlab 仿真分析，确定了张紧系统的稳定性，并具有一定的超调量，满足了带式输送机的张紧需求。