王曉波

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

帶式輸送機(jī)張緊力控制機(jī)構(gòu)為輸送機(jī)正常運(yùn)行所需張力自動進(jìn)行調(diào)整，可防止因膠帶過松、下垂度過大造成物料跳動、漏撒或膠帶發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，自動保持帶式輸送機(jī)正常、平穩(wěn)運(yùn)行，對礦井的安全運(yùn)輸具有重要意義。

1 摩擦傳動原理

1.1 膠帶的受力分析

南凹寺煤業(yè)30409 工作面所使用的DTL 型帶式輸送機(jī)主要由膠帶、托輥、支架、傳動機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)、制動機(jī)構(gòu)組成。膠帶繞經(jīng)驅(qū)動滾筒和尾部轉(zhuǎn)向滾筒，中間托輥支撐，相互之間協(xié)助完成輸送工作。張緊機(jī)構(gòu)為膠帶正常運(yùn)行提供所需的張力，調(diào)節(jié)其之間的相對距離。在靜態(tài)時， 滾筒上、下兩端膠帶的張力相等；動態(tài)時，膠帶牽引力增大，滾筒上端相遇點(diǎn)A 張力同時增大，而滾筒下端分離點(diǎn)B的張力則減小。膠帶的受力示意圖如圖1。

圖1 膠帶受力示意圖

假設(shè)驅(qū)動滾筒接觸弧上的膠帶，不受彎曲產(chǎn)生應(yīng)力，分離點(diǎn)B 處的張力為T，相遇點(diǎn)A 處的張力為T+dT，滾筒對接觸弧上的膠帶的支反力為dTN，該段膠帶的受力應(yīng)為：

式中：θ為膠帶上起始點(diǎn)與研究點(diǎn)之間的包角；μ為膠帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)。

代入邊界條件T（θ=0）=T2，可得膠帶在驅(qū)動滾筒接觸弧上任意點(diǎn)的張力T：

1.2 摩擦驅(qū)動力計(jì)算

假設(shè)膠帶與驅(qū)動滾筒之間的包角為∠1，分離點(diǎn)B 處的張力為T2，則相遇點(diǎn)A 處的張力T1為：

則驅(qū)動滾筒對膠帶的摩擦驅(qū)動力為：

分析可知，為保證膠帶正常運(yùn)行所需張力，增加滾筒上端相遇點(diǎn)A 與滾筒下端分離點(diǎn)B 之間的包角，增大膠帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)，是張緊力控制機(jī)構(gòu)保證帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行的必要條件。

2 張緊力控制機(jī)構(gòu)的作用

（1）能夠增加滾筒上端相遇點(diǎn)A 與滾筒下端分離點(diǎn)B 之間的包角，膠帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)同時增大，保證張緊力平穩(wěn)，防止膠帶發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（2）保證張緊力平穩(wěn)，各點(diǎn)的張力不低于設(shè)定最低值，防止因膠帶過松、下垂度過大造成物料跳動、漏撒的現(xiàn)象及增加輸送機(jī)的運(yùn)行阻力。

（3）當(dāng)接頭處發(fā)生斷帶或需要重新做接頭時，可以通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)松帶，提供必要的行程。

（4）在啟動、停止或者負(fù)載重量變化時，可以通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在啟動時，膠帶需要較大牽引力，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使分離點(diǎn)B 處張緊力增大，提供膠帶需要的牽引力；在停止時，膠帶需要的牽引力較小，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使張緊力得到新的平衡，防止帶式輸送機(jī)發(fā)生故障；負(fù)載重量變化時，張緊力發(fā)生突變，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，保障輸送機(jī)正常運(yùn)行。

3 張緊力控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)構(gòu)組成

張緊力控制機(jī)構(gòu)主要由移動小車、鋼絲繩、張緊力檢測裝置、緩沖油缸、蓄能器、液壓馬達(dá)、制動器、拉緊絞車、滑輪組等組成。張緊力控制機(jī)構(gòu)組成如圖2。

圖2 張緊力控制機(jī)構(gòu)組成

當(dāng)帶式輸送機(jī)膠帶張緊力增大或者減少時，油缸內(nèi)的油壓會隨張緊力變化而變化，液壓系統(tǒng)根據(jù)張緊力檢測裝置檢測出的壓力變化，按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行回應(yīng)，通過拉緊絞車正(反)轉(zhuǎn)，移動小車動作，改變輸送機(jī)膠帶的張緊力；當(dāng)輸送機(jī)膠帶的張緊力值降至預(yù)先設(shè)定最低值，油缸內(nèi)的壓力隨之降低，張緊力檢測裝置發(fā)出信號反饋，液壓泵站起動，補(bǔ)充液壓油，緩沖液壓缸活塞桿縮回，膠帶張緊完成。

3.2 關(guān)鍵零部件選型

（1）PLC 控制器。PLC 控制器是電氣控制系統(tǒng)不可缺少的核心組件，是整個系統(tǒng)的大腦。根據(jù)控制功能需求，PLC 控制器選用型號為S7-200 系列微型控制器，在實(shí)時模式下具有速度快、通訊功能強(qiáng)和較高的生產(chǎn)力等特點(diǎn)。S7-200 系列微型控制器不僅可以作為獨(dú)立的微型PLC 控制器解決方案或者與其他控制器相結(jié)合使用，而且結(jié)構(gòu)緊湊小巧，擴(kuò)展選用CPU 型號為226AC/DC/RLY 交流電源、直流數(shù)字輸入和數(shù)字輸出處理器，編程工具基于Windows 系統(tǒng)，操作簡單方便，可以實(shí)現(xiàn)邏輯、運(yùn)算、計(jì)數(shù)、通訊等功能。

（2）電液比例溢流閥。電液比例溢流閥根據(jù)系統(tǒng)的壓力需求變化而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)溢流壓力值，控制液壓馬達(dá)扭矩的輸出，改變帶式輸送機(jī)膠帶的張緊力，是液壓控制系統(tǒng)不可缺少的核心組件。根據(jù)工作場所的特點(diǎn)和加載系統(tǒng)的要求，選用型號為E-BG-10 電液比例溢流閥，對油路進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。其具有工作可靠、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

（3）拉力傳感器。拉力傳感器實(shí)時檢測張緊力檢測數(shù)據(jù)，及時迅速地進(jìn)行反饋PLC 控制器，根據(jù)預(yù)先設(shè)定指令調(diào)整張緊度，直至張緊力達(dá)到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定正常值，實(shí)現(xiàn)張緊。選擇LD206 型傳感器，其具有工作可靠、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

3.3 張緊力控制工作原理

張緊力控制系統(tǒng)包括自動控制和手動控制兩種模式，具體如圖3。

圖3 張緊力控制工作原理

3.3.1 自動模式

（1）啟動階段。電控箱啟動，通過拉力傳感器實(shí)時檢測并及時反饋給電氣控制系統(tǒng)PLC 控制器當(dāng)前張緊數(shù)據(jù)。當(dāng)前張緊數(shù)據(jù)低于預(yù)先設(shè)定張緊力報(bào)警值時，系統(tǒng)自動判定存在故障，需要停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行檢修處理；當(dāng)前張緊數(shù)據(jù)滿足預(yù)先設(shè)定張緊力值時，正常啟動，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)；當(dāng)檢測到張緊力達(dá)到正常值的1.4 至1.5 倍時，系統(tǒng)自動關(guān)閉液壓馬達(dá)，使張緊力得到新的平衡，并啟動帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。

（2）加速至穩(wěn)定運(yùn)行階段。根據(jù)系統(tǒng)的壓力需求變化進(jìn)行自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)溢流壓力正常值，電磁閥換向，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，直至張緊力達(dá)到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定正常值，使張緊力得到新的平衡，換向閥處于中位，輸送機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定正常運(yùn)行。

（3）正常運(yùn)行階段。帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時，膠帶的張緊力發(fā)生變化，張緊力檢測裝置實(shí)時反饋給電氣控制系統(tǒng)PLC 控制器當(dāng)前張緊力狀態(tài)；張緊力波動范圍浮動超10%時，換向閥處于左（右）位，拉緊絞車正（反）轉(zhuǎn)，移動小車動作，張緊力得到新的平衡，換向閥處于中位，輸送機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定正常運(yùn)行。

（4）制動停機(jī)階段。當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令時，根據(jù)系統(tǒng)的壓力需求變化進(jìn)行自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)溢流停機(jī)壓力，液壓馬達(dá)輸出扭矩控制，拉緊絞車松繩，通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，改變輸送機(jī)膠帶的張緊力，換向閥處于中位，輸送機(jī)平穩(wěn)停機(jī)。

3.3.2 手動模式

設(shè)置為手動模式，緩沖液壓缸伸縮、拉緊絞車正（反）轉(zhuǎn)等動作均可手動控制。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

（1）能夠?qū)崟r根據(jù)張緊力變化進(jìn)行調(diào)整，在非穩(wěn)定情況下(啟動、停止、負(fù)載重量變化)，根據(jù)張緊力變化實(shí)時精確檢測控制。通過張緊力自動調(diào)整，改變輸送機(jī)膠帶的張緊力，使張緊力得到平衡，達(dá)到輸送機(jī)運(yùn)行條件，同時可降低對膠帶的強(qiáng)度要求以及膠帶磨損消耗。

（2）伸縮調(diào)節(jié)范圍更大，張緊行程可達(dá)20 m，可及時補(bǔ)償膠帶工作過程中因內(nèi)應(yīng)力受到拉力的作用而產(chǎn)生的長度變化。另外，當(dāng)接頭處發(fā)生問題時，需要重做接頭，可以通過張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)松帶，為膠帶重做接頭提供充足的行程。

（3）能夠增加膠帶與驅(qū)動滾筒之間的包角，增大膠帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)，防止膠帶發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（4）通過張緊力精準(zhǔn)分段控制調(diào)節(jié)，使張緊力得到平衡，保證膠帶各點(diǎn)的張緊力滿足設(shè)定正常值，有效防止膠帶過松、下垂度過大造成物料跳動、拋撒，防止膠帶打滑空轉(zhuǎn)，增加運(yùn)行阻力。