武月枝

（大同煤炭職業(yè)技術學院， 山西 大同 037003）

引言

采煤機、輸送機以及液壓支架作為綜采工作面的三大機電設備，其運行穩(wěn)定性直接決定綜采工作面的開采效率和安全性。隨著帶式輸送機朝著長距離、大運量以及大功率的方向發(fā)展，其動態(tài)特性成為了影響著帶式輸送機運行的關鍵因素[1]。張緊裝置是帶式輸送機的關鍵部件，其載重量不斷上升，在啟動階段對設備造成較大的沖擊，以及在運行、制動與停車等階段出現(xiàn)張緊力余量過大或者余量不足的問題，進而導致設備功耗過大甚至輸送帶出現(xiàn)應力疲勞、拉斷的事故。因此，對帶式輸送機液壓張緊裝置進行研究，解決帶式輸送機啟動時對輸送帶沖擊較大、輸送帶張力反應不及時的問題。

1 帶式輸送機張緊裝置位置的確定

要確保帶式輸送機的張緊特性，除了需保證其各零部件有良好的性能外，還需保證其所處位置合理。經(jīng)驗表明，布置帶式輸送機張緊裝置時需遵循如下原則：

1）將張緊裝置最好布置于帶式輸送機啟動裝置附近，若其布置位置確需離驅動裝置較遠，需為其增設相應的重錘裝置；

2）將張緊裝置最好布置于輸送帶張力最小或者離滾筒松邊較近的位置；

3）根據(jù)帶式輸送機具體工況設計對應的張緊力；

4）根據(jù)帶式輸送機輸送帶接頭的預留量設計對應的拉緊行程[2]。

基于上述原則，對于綜采長度大于300 且坡度小于5%的工作面，將帶式輸送機張緊裝置布置于設備驅動裝置的空載一側。

2 帶式輸送機張緊裝置的設計

本文所研究的帶式輸送機的關鍵參數(shù)：運量為2 500 t/h，皮帶長度為3 500 m，皮帶寬度為1 200 mm，日常運行速度為4.5 m/s，皮帶的最大角度為3°；驅動滾筒的直徑為1 030 mm，卸載滾筒的直徑為900 mm，機尾滾筒的直徑為630 mm，改向滾筒的直徑為900 mm。

2.1 張緊裝置的結構組成

目前，應用綜采工作面帶式輸送機張緊裝置的類型主要有固定式張緊系統(tǒng)（以螺旋式張緊結構為主，如圖1-1 所示）、重力式張緊結構（如圖1-2 所示）、自動張緊系統(tǒng)（如圖1-3 所示）。

圖1 帶式輸送機張緊系統(tǒng)結構

本文采用如圖1-3 所示的自動式張緊結構，主要由液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及機械系統(tǒng)組成。其中：機械系統(tǒng)主要由絞車、拉緊小車以及滑輪等組成；電氣控制系統(tǒng)主要由傳感元器件以及電氣控制箱等組成；液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、制動器以及蓄能器等組成。

2.2 張緊裝置的工作原理

在實際工作中，位于鋼絲繩上的拉力傳感器對設備輸送帶的張力進行采集，并將采集到的結果傳送至PLC 控制系統(tǒng)與設定比較后得出相應的控制信號，并實現(xiàn)對張緊裝置電機正轉、反轉以及停止等狀態(tài)的控制，從而達到實現(xiàn)對張緊裝置的拉伸與縮進[3]。

2.3 張緊裝置核心控制器的選型

本文針對帶式輸送機液壓張緊裝置所選用的核心控制器為PLC 控制器，在市場調(diào)研的基礎上選擇美國羅克韋爾公司的PLC 控制器，其具體型號為1756-L62。與該PLC 控制器相匹配的其他模塊的具體型號及參數(shù)如表1 所示。

表1 與1756-L62PLC 控制器相匹配的模塊信息

2.4 張緊裝置控制程序的設計

帶式輸送機液壓張緊裝置控制程序的設計主要包括帶式輸送機驅動程序、張力采集量化程序和張力控制程序的設計。其中：帶式輸送機驅動程序是通過單向電機驅動模塊所實現(xiàn)的，該驅動程序具備對現(xiàn)場電機狀態(tài)、聯(lián)鎖功能檢驗的驗證，并根據(jù)驗證結果判斷是否需具備啟動的條件，而后根據(jù)應帶標志確定啟動電機。張力采集量程序主要對現(xiàn)場帶式輸送機輸送帶的實時張力進行監(jiān)測，若其張力達到啟動時的要求即可啟動帶式輸送機；若不滿足啟動時的要求需啟動張力控制程序對輸送帶張力進行調(diào)整。

3 張緊裝置模型的仿真分析

為分析本文所設計帶式輸送機張緊裝置的張緊特性，需建立可行的張緊裝置模型，并通過張緊裝置的響應速度考核其工作性能[5]。本文所采用的仿真軟件為MATLAB，對張緊裝置中的動態(tài)特性進行仿真分析。

3.1 張緊裝置動張力的仿真分析

3.1.1 輸送帶速度的仿真分析

帶式輸送機輸送帶速度曲線如圖2 所示。

圖2 輸送帶速度仿真結果

如圖2 所示，帶式輸送機輸送帶是逐級啟動的，機尾的速度與機頭相比具有一定的滯后性。說明由于輸送帶的黏彈性使得其張力由機頭傳送至機尾還需一段時間且在設備啟動140 s 后整條輸送帶的速度穩(wěn)定在3.3 m/s。

3.1.2 輸送帶張力的仿真分析

帶式輸送機張力仿真結果如圖3 所示。

圖3 帶式輸送機張力仿真結果

如圖3 所示，帶式輸送機啟動后機頭緊邊張力的浮動大于松邊張緊力的浮動范圍。機頭緊邊張緊力在系統(tǒng)啟動10 s 達到峰值，并約在60 s 后張力處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)，最終穩(wěn)定在170 kN；而機尾張緊力的變化趨勢與機頭緊邊張緊力的趨勢類似，并最終穩(wěn)定在90 kN。經(jīng)仿真可知，帶式輸送機穩(wěn)定工作狀態(tài)下，其機頭和機尾處的張力差值約為80 kN，該差值為帶式輸送帶的驅動力。

3.2 張緊裝置張緊特性的仿真分析

為分析帶式輸送機張緊裝置的張緊特性，特對其緊帶和松帶過程中輸送帶的張力變化進行仿真分析，仿真結果如圖4 所示。

圖4 張緊裝置張緊特性仿真結果

如圖4 所示：當輸送帶的初張力為48 kN 時，需12 s 就能到達到輸送帶所需的張緊力；而當輸送帶的初張力為72 kN 時，僅需2.3 s 即可將其張力下降到輸送帶所需的張緊力?？梢?，對于長距離、大運量以及大功率的帶式輸送機，不論在緊帶過程還是在松帶過程其響應時間均能夠滿足實際生產(chǎn)的需求。

4 結論

隨著帶式輸送機朝著大運量、大功率以及長距離方向的發(fā)展，其運行的穩(wěn)定性和可靠性的提升尤其重要。張緊裝置作為帶式輸送機的關鍵部件，能夠根據(jù)輸送機的實時工況及時調(diào)整輸送帶的張力要求。液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)為張緊裝置的核心系統(tǒng)，在對兩系統(tǒng)各元器件選型時，需結合計算及經(jīng)驗并對液壓系統(tǒng)的元器件的參數(shù)進行調(diào)整，以達到提升其抗干擾性能的目的。經(jīng)仿真分析，所設計的張緊裝置不論在松帶還是在緊帶過程其響應時間分別為12 s 和2.3 s，滿足實際生產(chǎn)的需求。