賈 瑞

（同煤集團(tuán)大斗溝礦， 山西 大同 037000）

引言

隨著帶式輸送機(jī)的距離不斷加大，運(yùn)量不斷增加，張緊裝置也隨之從原來(lái)的液壓張緊、螺旋張緊等升級(jí)到了當(dāng)前采用廣泛的變頻自動(dòng)張緊?？缮炜s帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停車階段的張力變化幅度要大于其他類型輸送機(jī)，因此就需要變頻自動(dòng)張緊裝置能夠在不同的情況下對(duì)輸送機(jī)提供的張力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，即提供不同的張力，以確保輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 輸送機(jī)分離點(diǎn)張力分析

1.1 運(yùn)輸階段分析

當(dāng)輸送機(jī)處于穩(wěn)定作業(yè)的狀態(tài)下，傳動(dòng)滾筒會(huì)將驅(qū)動(dòng)力輸送至傳送帶上，其具體公式如式（1）：

在式（1）中：FH代表輸送機(jī)的主要阻力，F(xiàn)N為輸送機(jī)的附加阻力，F(xiàn)St表示提升阻力，F(xiàn)HS表示特種阻力。

在穩(wěn)定因素改變情況下，傳動(dòng)滾筒上的傳送帶，滿足F=T1-T2，其中T1表示奔入點(diǎn)張力，T2表示分離點(diǎn)張力，倘若要保證輸送機(jī)的正常運(yùn)行，張進(jìn)裝置需要確保所T2的穩(wěn)定性。假設(shè)輸送機(jī)在穩(wěn)定作業(yè)的情況下，出現(xiàn)突然停車現(xiàn)象，那么分離點(diǎn)的張力如式（2）所示：

在式2中：T2'表示滾筒的分離點(diǎn)張力；F彈表示彈性變形，即變形附加力；F飄代表當(dāng)輸送機(jī)處于停機(jī)階段時(shí)輸送帶飄帶的下垂附加力。飄帶下垂附加力會(huì)使分離點(diǎn)的張力增加，進(jìn)而無(wú)法正確計(jì)算峰值張力的趨勢(shì)和大小，這會(huì)對(duì)皮帶輸送機(jī)造成破壞，即飄帶下垂附加力是輸送機(jī)破壞因素之一。

1.2 啟動(dòng)階段分析

在輸送機(jī)啟動(dòng)期間，傳動(dòng)滾筒的輸送力為式（3）所示：

在式3中：∑m為旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量，aA為輸送機(jī)的啟動(dòng)加速度。在輸送機(jī)啟動(dòng)期間，F(xiàn)A與T1都會(huì)逐漸呈增大的狀態(tài)，隨后進(jìn)入減小趨勢(shì)，與此同時(shí)，T2會(huì)持續(xù)呈減小趨勢(shì)。塑性和彈性變形的出現(xiàn)階段主要集中在輸送機(jī)啟動(dòng)期間，因此就需要張緊裝置將變形量快速?gòu)埦o，快速提高分離點(diǎn)的張力，才可以避免滾筒打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.3 停機(jī)階段分析

皮帶輸送機(jī)包含三種停機(jī)形式，即斷電停機(jī)、減速停機(jī)、自由減速停機(jī)。其中斷電停機(jī)的方式對(duì)輸送機(jī)損害最大，斷電停機(jī)時(shí)，滾筒的驅(qū)動(dòng)力會(huì)馬上降至為0，此刻，輸送機(jī)在運(yùn)行阻力作用下，極速下降，而問(wèn)題就在于當(dāng)輸送機(jī)切斷電源后，張緊裝置沒(méi)有辦法作業(yè)，因此就無(wú)法釋放，當(dāng)輸送機(jī)速度降為0期間的彈性變形量，就會(huì)直接造成T2'值上升至頂峰，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞，所以為了解決這一問(wèn)題，就需要再配置一套緩沖裝置。

2 張緊裝置組成部分及工作原理

2.1 張緊裝置組合部件以及相關(guān)參數(shù)

變頻自動(dòng)張緊裝置，其組成構(gòu)件包含：電控系統(tǒng)、制動(dòng)器液壓泵、張緊絞車、冷卻系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、緩沖裝置。圖1為變頻自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 變頻自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

電控系統(tǒng)組成構(gòu)件包括防爆控制箱+本安接線箱+本安操作箱。張緊絞車組成構(gòu)件為防爆電機(jī)+傳動(dòng)減速器+摩擦制動(dòng)器+滾筒+支架/滑輪。檢測(cè)系統(tǒng)組成構(gòu)件包括檢測(cè)開關(guān)、制動(dòng)壓力傳感器；緩沖壓力傳感器；張力傳感器、速度傳感器以及水溫傳感器。

冷卻系統(tǒng)包括防爆電機(jī)+水箱+泵，相關(guān)參數(shù)包括最大靜態(tài)制動(dòng)扭矩（2 250 N·m）、最大動(dòng)態(tài)制動(dòng)扭矩（1 450 N·m）、AC660V電壓、滾筒直徑（530 mm）、制動(dòng)器開啟壓力（7.5 MPa）、減速器減速比（76）。

液壓泵站組成構(gòu)件包含防爆電機(jī)+卸荷溢流閥+齒輪泵+電磁換向閥+油相+蓄能器+壓力表等，相關(guān)參數(shù)包括電機(jī)額定功率（1.1 kW）、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（1 450 r/min）、系統(tǒng)壓力（7.5 MPa）、系統(tǒng)流量（10 L/min）、油箱容積（65 L）。

緩沖裝置組成構(gòu)件包括防爆電機(jī)+乳化液泵+油缸+溢流/單向/截止/安全閥+蓄能器，圖2為緩沖裝置結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2 緩沖裝置結(jié)構(gòu)示意圖

變頻自動(dòng)裝置整機(jī)的相關(guān)參數(shù)包括裝機(jī)功率（55 kW）、鋼絲繩最大牽引力（110.6 kN）、牽引速度（0.5 m/s）、鋼絲繩直徑（20 mm）[1]。

2.2 傳動(dòng)原理

在制動(dòng)器開啟后，轉(zhuǎn)矩通過(guò)防爆電機(jī)輸出，在錐齒輪出經(jīng)歷一級(jí)減速后再傳送給星星減速器的輸出軸，利用連接盤對(duì)滾筒傳輸轉(zhuǎn)矩。之后，鋼絲對(duì)滾筒進(jìn)行纏繞，力通過(guò)2個(gè)定滑輪和3個(gè)動(dòng)滑輪向變向滾筒傳輸。當(dāng)絞車滾筒順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，代表緊帶，張力會(huì)增加，而反之則標(biāo)識(shí)松帶操作，會(huì)將張力減少。

2.3 工作原理

2.3.1 變頻張緊裝置的工作原理

在裝置開始工作前，會(huì)先開啟冷卻系統(tǒng)，進(jìn)而利用溫度傳感器檢測(cè)水箱的溫度，當(dāng)判斷水箱的溫度比設(shè)定溫度低，即停止工作，若判斷水箱溫度與設(shè)定溫度一致或是更高，裝置自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，直至水箱溫度再次下降。冷卻系統(tǒng)的主要功能，是將防爆控制箱的溫度有效降低，從而避免因溫度過(guò)高帶來(lái)的報(bào)警。

2.3.2 制動(dòng)器液壓泵站工作原理

在裝置進(jìn)入工作狀態(tài)前，會(huì)先檢測(cè)泵站的壓力，若判斷小于7 MPa。會(huì)進(jìn)行泵站的啟動(dòng)工作，待壓力提升到7 MPa，會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)作業(yè)需要使用變頻絞車時(shí)，PLC會(huì)將工作命令傳輸?shù)綋Q向閥處，同時(shí)運(yùn)用蓄能器中存儲(chǔ)的能量開啟制動(dòng)器，讓絞車啟動(dòng)并進(jìn)行著反轉(zhuǎn)的作業(yè)。此外，在絞車運(yùn)行3到5次之后，如果判斷泵站的壓力下降到5 MPa以下，倘若泵站壓力小于5 MPa，PLC會(huì)發(fā)出指令讓泵站重新啟動(dòng)，并在此將壓力提升至設(shè)定值，在此期間，絞車的工作取決于泵站壓力。

當(dāng)啟動(dòng)命令傳輸?shù)綇埦o裝置期間，會(huì)先對(duì)制動(dòng)器泵站和冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)行水溫、油溫的溫度檢測(cè)，確保都達(dá)到預(yù)設(shè)的要求后，對(duì)張力值是否一致于設(shè)定值，若出現(xiàn)張力的差值差超過(guò)設(shè)定值，會(huì)將制動(dòng)器自行開啟，絞車對(duì)開啟松帶以及緊帶做作業(yè)，從而讓張力到達(dá)設(shè)定值數(shù)值，在調(diào)節(jié)過(guò)張力之后，張力預(yù)備完成的信號(hào)會(huì)對(duì)疾控進(jìn)行發(fā)送，隨后啟動(dòng)輸送機(jī)的電機(jī)。

完成啟動(dòng)之后，張緊裝置會(huì)以運(yùn)行張力為依據(jù)對(duì)張力加以調(diào)整。在運(yùn)輸機(jī)處于運(yùn)行階段，若將張力值始終控制于設(shè)定的范圍中，絞車會(huì)一直處于待機(jī)的狀態(tài)，而如果張力出現(xiàn)變化，自動(dòng)激活張緊絞車，將張力快速調(diào)節(jié)至運(yùn)行張力值，隨后繼續(xù)保持待機(jī)。當(dāng)自動(dòng)張緊裝置接收到停車信號(hào)期間，PLC會(huì)激活絞車，隨后絞車進(jìn)入工作，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的松緊帶作業(yè)，讓張力值變?yōu)橥C(jī)張力值。在輸送機(jī)處于停機(jī)的階段，雖設(shè)備處于停機(jī)，但是絞車的制動(dòng)器始終處于打開的狀態(tài)，以保證變頻器的快速反映能力。當(dāng)停機(jī)結(jié)束后，變頻絞車會(huì)持續(xù)保持張力，制動(dòng)器會(huì)通過(guò)PLC發(fā)送命令，停止工作[2]。

3 變頻自動(dòng)張進(jìn)裝置應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例為山西大同某礦井工作面可伸縮帶式輸送機(jī)，該設(shè)備具體參數(shù)如下：驅(qū)動(dòng)功率為3×500 kW變頻驅(qū)動(dòng)；輸送帶寬1.4 m、長(zhǎng)3 200 m。輸送帶強(qiáng)度2 000 MPa，輸送量為2 600 t/h。配有變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置、同時(shí)配有緩沖裝置。自該設(shè)備2015年投入生產(chǎn)，截止到2018年，設(shè)備運(yùn)行始終穩(wěn)定、安全，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，將設(shè)備配合自移機(jī)尾，可對(duì)膠帶實(shí)現(xiàn)收縮作業(yè)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)張緊裝置是一種新型的張緊裝置，具有響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。裝有變頻自動(dòng)張緊裝置的帶式輸送機(jī)在大同某煤礦自投運(yùn)以來(lái)的狀況表明，該裝置對(duì)膠帶張力自動(dòng)調(diào)節(jié)的效果良好，裝有該裝置的帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定安全。