顧 銳

（同煤集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

帶式輸送機(jī)通過驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，利用驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動(dòng)輸送帶沿纏繞回路運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)輸，因此皮帶機(jī)上的輸送帶需要張緊裝置來張緊。張緊裝置能在驅(qū)動(dòng)滾筒的奔離點(diǎn)提供適當(dāng)?shù)膹埩?，防止輸送帶打滑。張緊裝置輸出的張緊力不僅能滿足輸送帶下分支垂度及上分支成槽性的要求，還可以補(bǔ)償輸送帶的彈性伸長。張緊裝置的性能直接關(guān)系到皮帶機(jī)的使用效果及輸送帶的使用壽命，只有對張緊裝置不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)才能滿足煤礦復(fù)雜的工況要求，保證皮帶機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 張緊裝置類型

根據(jù)不同的工況需要及張緊力的提供方式，目前常用的張緊裝置包括固定式張緊裝置、恒力式張緊裝置及自動(dòng)式張緊裝置。

1.1 固定式張緊裝置

固定式張緊裝置的張緊滾筒在皮帶機(jī)的整體運(yùn)行過程及停機(jī)時(shí)的空間位置一直不變，不能根據(jù)輸送帶的松緊度進(jìn)行位置調(diào)整[2]。常見的固定式張緊裝置有尾部螺旋張緊裝置和固定式電動(dòng)絞車張緊裝置。螺旋拉緊特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊，節(jié)省一個(gè)張緊滾筒，常應(yīng)用在小型帶式輸送機(jī)上。但是螺旋拉緊裝置提供的張緊力及張緊行程較小，張緊力的控制完全靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)。比較而言固定式電動(dòng)絞車?yán)o裝置拉緊力大，同時(shí)可滿足較大的拉緊行程。但是由于拉緊裝置位置固定，對復(fù)雜工況適應(yīng)性差。

1.2 恒力式張緊裝置

恒力式張緊裝置提供的張緊力不隨皮帶機(jī)的工況發(fā)生改變。恒力式張緊裝置可以響應(yīng)皮帶機(jī)松緊度的變化[3]。常見的恒力張緊裝置有重錘式拉緊裝置、尾部車式拉緊裝置及塔架式拉緊裝置。重錘式拉緊裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。張緊滾筒與重錘拉緊裝置連接，張緊力靠重力提供，布置在輸送機(jī)下部空間。常應(yīng)用在長度50 m以上有足夠下部空間的帶式輸送機(jī)。如果下部空間不足可考慮使用塔架式重錘拉緊裝置。另外，在井下空間有限制的情況下可采用尾部車式拉緊裝置。

1.3 自動(dòng)張緊裝置

自動(dòng)張緊裝置能根據(jù)不同的工況自動(dòng)調(diào)整拉緊力，并能響應(yīng)皮帶機(jī)松緊度的變化。按照張力輸出設(shè)備的不同可分為：電動(dòng)絞車自動(dòng)拉緊裝置、液力絞車自動(dòng)拉緊裝置及液壓自動(dòng)拉緊裝置[4]。自動(dòng)拉緊裝置一般包括執(zhí)行設(shè)備（電動(dòng)絞車、液力絞車、液壓缸），鋼絲繩，滑輪組，張緊小車，傳感器及電氣控制系統(tǒng)等部分。自動(dòng)拉緊裝置可根據(jù)皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)）的不同設(shè)定所需的拉緊力[5]，并可實(shí)現(xiàn)對拉緊系統(tǒng)的自動(dòng)控制。其中電動(dòng)絞車自動(dòng)拉緊裝置和液力絞車自動(dòng)拉緊裝置可適用于張緊形成較大復(fù)雜工況的帶式輸送機(jī)。與電動(dòng)絞車自動(dòng)拉緊裝置相比液力絞車自動(dòng)拉緊裝置可提供更大的張緊力，應(yīng)用廣泛。液壓自動(dòng)拉緊裝置一般應(yīng)用在張緊力大、張緊行程小并且采用鋼絲繩輸送帶的帶式皮帶機(jī)上。

2 張緊系統(tǒng)性能要求

張緊系統(tǒng)的主要作用是為帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行提供必要的張力，屬于帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部分之一。由于輸送帶的主要成份就有橡膠，且具有粘彈性的特點(diǎn)，輸送機(jī)的各種工作狀態(tài)（啟動(dòng)、制動(dòng)、速度變化、上料、卸料）都會引起輸送帶的張力變化，張力并非定值。張緊力的變化在距離長、功率大的帶式輸送機(jī)中的波動(dòng)更明顯，因此張緊系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同的工況實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)皮帶機(jī)張力并迅速抵消輸送帶張力波動(dòng)，保證帶式輸送機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行[6]。

2.1 快速響應(yīng)

張緊裝置要克服張緊小車慣性、張緊車運(yùn)行阻力及張緊滾筒慣性帶來的滯后因素,具有快速響應(yīng)能力，隨著張力變化對張緊力作出調(diào)整。

2.2 及時(shí)響應(yīng)皮帶松緊度的變化

由于輸送帶的物理屬性，張力的變化會造成輸送帶不同程度的伸長和縮短。皮帶機(jī)輸送距離越長松緊變化越明顯。張緊系統(tǒng)要具有及時(shí)補(bǔ)償輸送帶的彈性伸長量變化的能力，保證輸送帶的張力在合理范圍內(nèi)。

2.3 安全

帶式輸送機(jī)的故障概率一般不大，但是如果操作不當(dāng)或檢修不及時(shí)也存在一些故障，例如當(dāng)皮帶突然卡住無法運(yùn)行等，這時(shí)張緊系統(tǒng)需要對張緊力的劇升作出判斷，及時(shí)控制張力的輸出,減小對輸送帶的張力沖擊。

3 PLC自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)

對于輸送距離長、功率大的帶式輸送機(jī)，不同的工況會使皮帶機(jī)的張力發(fā)生復(fù)雜變化。因此需要配置可靠的張力控制系統(tǒng)，對張力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并及時(shí)調(diào)節(jié)張力的輸出，保證帶式輸送機(jī)的安全性及穩(wěn)定性。PLC通過可編制程序的存儲器來實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)等指令的內(nèi)部存儲，并利用信號（數(shù)字式、模擬式）的輸入和輸出實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制，具有性能可靠、功能強(qiáng)大、操作簡單及價(jià)格低廉的特點(diǎn)。因此本文基于PLC來設(shè)計(jì)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)控制原理

如圖1所示，控制系統(tǒng)包括張力顯示器、張力傳感器、變送器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、張緊電機(jī)及控制器等。張緊力調(diào)節(jié)時(shí)，張力傳感器安裝在鋼絲繩上，對鋼絲繩的力值進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，變送器將采樣值轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)娇刂破?，控制器通過把采樣值與給定值進(jìn)行比較，發(fā)出信號控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，使絞車實(shí)現(xiàn)繞繩或者松繩動(dòng)作，對輸送帶張力進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完成后，控制器給張緊抱閘發(fā)送信號將電機(jī)抱死，保證特定工作狀態(tài)的張力值恒定。

帶式輸送機(jī)開機(jī)時(shí)，變送器將張力傳感器采集到的輸送帶張力的變化值轉(zhuǎn)換為電信號并傳輸給控制器，對張緊力進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)張緊力達(dá)到啟動(dòng)所需要的大小時(shí)皮帶機(jī)開始啟動(dòng)。當(dāng)帶式輸送機(jī)停機(jī)時(shí)，張緊系統(tǒng)控制張緊力調(diào)整至停機(jī)所需張力。

圖1 控制原理圖

3.2 控制系統(tǒng)硬件

硬件系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括控制柜（PLC控制系統(tǒng)和低壓控制系統(tǒng)）、按鈕箱（布置在輸送機(jī)機(jī)頭位置）、張力采集系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)線路等部分。PLC控制系統(tǒng)包括控制器、編程軟件及輸入、輸出、通信等模塊?？蓪?shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)控制。張力采集系統(tǒng)包括張力傳感器（數(shù)據(jù)采集）、變送器（信號轉(zhuǎn)換）及張力數(shù)顯表等部分。

集中控制系統(tǒng)組成示意圖如圖2所示。集中控制系統(tǒng)由張緊遠(yuǎn)程站、PLC主站、中央控制室、以太網(wǎng)及ControlNet等部分網(wǎng)絡(luò)組成?？刂葡到y(tǒng)將張力控制系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程站，PLC主站和張緊遠(yuǎn)程站之間利用ControlNet實(shí)現(xiàn)通信。PLC主站通過以太網(wǎng)與中央控制系統(tǒng)連接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。張緊的系統(tǒng)的控制可單機(jī)進(jìn)行也可多機(jī)集中控制。

圖2 集中控制系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于PLC控制的張緊自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)輸送帶張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)程控制。通過多個(gè)煤礦的現(xiàn)場應(yīng)用，該自動(dòng)張緊裝置使得皮帶機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)、滿載及空載運(yùn)行切換的過程中運(yùn)行平穩(wěn)，提高了皮帶運(yùn)行效率及使用壽命。