仝靜萱

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦機(jī)電科，山西 大同 037003）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)技術(shù)的不斷提升，設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性也逐漸復(fù)雜，傳統(tǒng)的靜態(tài)分析已無法適應(yīng)設(shè)備的發(fā)展，通過增大設(shè)備安全系數(shù)，提高滾筒圓周力雖可暫時(shí)提升設(shè)備的安全性能，但長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使輸送帶長(zhǎng)期處于偏緊狀態(tài)，參數(shù)過大會(huì)提升設(shè)備使用成本，造成其他的安全隱患。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出了基于動(dòng)態(tài)特性研究的帶式輸送機(jī)張緊裝置設(shè)計(jì)，以期穩(wěn)定帶式輸送機(jī)使用性能，提高設(shè)備安全使用系數(shù)。

1 輸送帶動(dòng)態(tài)特性分析

在運(yùn)行過程中因外力作用而導(dǎo)致的輸送帶橡膠材料變形即為輸送帶的力學(xué)特性。當(dāng)帶式輸送機(jī)距離較短、負(fù)載較小時(shí)，設(shè)備的力學(xué)特性對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響較小，可忽略不計(jì)。但當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離較長(zhǎng)、負(fù)載較大時(shí)，力學(xué)特性的影響就無法忽略，成為影響設(shè)備運(yùn)行的重要因素之一。短距離低負(fù)載的帶式輸送機(jī)往往研究設(shè)備的靜態(tài)特性，大距離高負(fù)載設(shè)備就需研究設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性，本文以研究動(dòng)態(tài)特性為主[1-3]。

帶式輸送機(jī)輸送帶的動(dòng)態(tài)特性研究主要可以包括蠕變特點(diǎn)、應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn)、松弛特點(diǎn)、延遲特點(diǎn)以及頻率相關(guān)特點(diǎn)。其中，應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn)為當(dāng)輸送帶受到外來的作用力時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變變化不滿足胡可定律，呈現(xiàn)出非線性變化的特點(diǎn)，其變化特點(diǎn)如圖1-1所示；蠕變特點(diǎn)是指輸送帶會(huì)隨著設(shè)備的不斷使用而逐漸變長(zhǎng)且無限趨近于某一數(shù)值，其蠕變特點(diǎn)如圖1-2所示；松弛特點(diǎn)是指輸送帶恒定應(yīng)變所需的應(yīng)力呈先增大后減小最終趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)，其變化特點(diǎn)如圖1-3所示；延遲特點(diǎn)是指輸送帶的應(yīng)力變化較施加的載荷具有延遲性，其變化特性如圖1-4所示；頻率相關(guān)特點(diǎn)是指輸送帶的變形與載荷變化頻率相關(guān)，外力施加的頻率越快，變形越大，外力施加的頻率越慢，變形越小。

圖1 輸送帶動(dòng)態(tài)特性

2 帶式輸送機(jī)張緊裝置設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)張緊裝置主要由張緊絞車、電動(dòng)機(jī)、滾筒、小車以及相關(guān)控制設(shè)備組成，張緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如下頁(yè)圖2所示。其中，滾筒是輸送帶張力大小調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部件，滾筒與輸送帶直接接觸，通過慣性以及摩擦系數(shù)對(duì)輸送帶張力進(jìn)行調(diào)節(jié)；張緊絞車、電動(dòng)機(jī)以及小車主要是通過調(diào)整滾筒位置進(jìn)行輸送帶張力調(diào)節(jié)的；相關(guān)控制設(shè)備是張緊裝置系統(tǒng)的控制核心，對(duì)張力輸出以及相關(guān)的控制邏輯作出判斷，對(duì)具體的張力大小以及相關(guān)算法進(jìn)行控制。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 帶式輸送機(jī)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由于長(zhǎng)距離高負(fù)載帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性較為多變，簡(jiǎn)單的張緊、松弛控制設(shè)備已無法滿足實(shí)際的使用要求，故本文采用PLC控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。張緊裝置控制系統(tǒng)主要由PLC控制器、變送器、數(shù)顯表、機(jī)旁控制裝置、上位系統(tǒng)以及相關(guān)開關(guān)組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。張緊裝置是通過控制系統(tǒng)內(nèi)的算法設(shè)置與傳感器采集到的設(shè)備狀態(tài)相結(jié)合進(jìn)行輸送帶張力調(diào)節(jié)的?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出裝置啟動(dòng)信號(hào)，傳感器對(duì)輸送帶張力變化進(jìn)行信號(hào)采集，變送器將傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送至PLC控制器，控制器依據(jù)內(nèi)部算法與傳感器的采集信息對(duì)張力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。無論是設(shè)備啟動(dòng)還是停止，當(dāng)張力達(dá)到所需張力數(shù)值時(shí)即可進(jìn)入下一步操作。張緊裝置張力的調(diào)節(jié)是通過控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制絞車松開與纏緊、小車前進(jìn)或后退，從而控制輸送帶的張力大小的。張緊抱閘主要是起固定作用，當(dāng)開始調(diào)節(jié)張力或張力調(diào)節(jié)完畢時(shí)，張緊抱閘需開啟或者關(guān)閉[4-6]。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于帶式輸送機(jī)的輸送帶具有彈性以及張力變換性，故傳統(tǒng)的張力控制算法無法適應(yīng)要求，會(huì)導(dǎo)致由于張力調(diào)節(jié)不協(xié)調(diào)使得輸送帶出現(xiàn)小車振動(dòng)以及輸送帶打滑等現(xiàn)象，故需針對(duì)帶式輸送機(jī)張緊裝置進(jìn)行專門的控制邏輯設(shè)計(jì)。在帶式輸送機(jī)初始運(yùn)行的過程中，輸送帶受到來自滾筒的作用力，使輸送帶本身具有一定的變形，張力呈減小趨勢(shì)。依據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)的張力設(shè)置約為1.2倍左右的額定張力即可保證輸送帶的正常運(yùn)行，不發(fā)生打滑現(xiàn)象。當(dāng)帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，需使輸送帶保持一定的張力防止輸送帶因張力過小而變形，通常為0.85倍左右的額定張力。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中，輸送帶的張力會(huì)隨著運(yùn)行狀態(tài)的不同而不斷變化，張力數(shù)值的讀取應(yīng)具有一定的滯后性，當(dāng)張力數(shù)值穩(wěn)定后控制器才進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，進(jìn)行下一步運(yùn)算。同時(shí)，張力控制程序還設(shè)置了故障報(bào)警程序。當(dāng)傳感器讀取的數(shù)值大于1.6倍的額定張力或者小于0.8倍的額定張力時(shí)，張力控制程序?qū)⑴袛鄮捷斔蜋C(jī)處于故障狀態(tài)，從而觸發(fā)報(bào)警。帶式輸送機(jī)張緊裝置的張力控制程序流程示意圖如圖4所示。

圖4 張緊裝置張力控制程序流程示意圖

3 張緊裝置運(yùn)行測(cè)試

將張緊裝置的控制柜、按鈕箱以及各類電纜按設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝接線，同時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)試處理。通電后，首先進(jìn)行單機(jī)測(cè)試。單機(jī)測(cè)試沒問題后進(jìn)行手動(dòng)張力調(diào)整測(cè)試，數(shù)據(jù)讀取無誤且裝置無任何異常即可開始進(jìn)行整體測(cè)試。

將帶式輸送機(jī)張緊裝置的啟動(dòng)張力設(shè)定為額定張力的1.2倍，停止張力設(shè)定為額定張力的0.85倍。啟動(dòng)帶式輸送機(jī)觀察輸送帶是否有打滑或者跑偏現(xiàn)象，如果發(fā)生上述現(xiàn)象則對(duì)啟動(dòng)張力進(jìn)行適度調(diào)整，若未發(fā)生則進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。手動(dòng)將張力調(diào)整為1.6倍與0.8倍的額定張力，觀察報(bào)警系統(tǒng)是否報(bào)警。完成上述測(cè)試后，將帶式輸送機(jī)系統(tǒng)調(diào)整為正常狀態(tài)，啟動(dòng)輸送機(jī)觀察啟動(dòng)、運(yùn)行以及停止三種狀態(tài)下的張力變化曲線，如下頁(yè)圖5所示，圖5-1為設(shè)備啟動(dòng)張力變化曲線，圖5-2為設(shè)備正常運(yùn)行張力變化曲線，圖5-3為設(shè)備停止張力變化曲線。由圖5可知，帶式輸送機(jī)張力變化正常，符合系統(tǒng)要求，無發(fā)現(xiàn)異常。

4 結(jié)論

隨著帶式輸送機(jī)向長(zhǎng)距離、大負(fù)載、智能化方向的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的基于靜態(tài)分析的輸送機(jī)張緊裝置已無法滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求[7-10]。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出了運(yùn)用動(dòng)態(tài)分析的方法進(jìn)行帶式輸送機(jī)張緊裝置設(shè)計(jì)研究，通過設(shè)計(jì)分析本文得出了以下結(jié)論：

1）運(yùn)用PLC可編程控制技術(shù)可更好地實(shí)時(shí)控制帶式輸送機(jī)的張力，保持設(shè)備的最佳張力狀態(tài)，有效防止輸送帶的打滑與跑偏現(xiàn)象。

2）依據(jù)上述設(shè)計(jì)進(jìn)行張緊裝置軟硬件設(shè)計(jì)改造實(shí)現(xiàn)了張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，完成了輸送帶的自動(dòng)張緊，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。