楊瑞祥

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦采掘工作面重要運(yùn)輸設(shè)備，輸送機(jī)主要由滾筒、電機(jī)、減速機(jī)、H架、重梁、阻燃膠帶、張緊裝置等部分組成；帶式輸送機(jī)具有運(yùn)輸能力大、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面中隨著巷道延伸，可通過(guò)添加輸送帶使輸送機(jī)延伸至工作面，輸送機(jī)在使用前需通過(guò)張緊裝置對(duì)輸送帶施加合適的張緊力，保證輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，但是當(dāng)前我國(guó)煤礦帶式輸送機(jī)普遍采用的是液壓張緊裝置，該裝置在使用中還存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在張緊不足、張緊故障率高等，不僅增加了輸送機(jī)維修成本費(fèi)用，而且嚴(yán)重影響著采掘工作面安全高效運(yùn)輸。本文分析了傳統(tǒng)液壓張緊裝置結(jié)構(gòu)原理以及主要存在問(wèn)題，提出了新型液壓自動(dòng)張緊裝置，并在2307巷帶式輸送機(jī)中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)液壓張緊裝置機(jī)構(gòu)原理及問(wèn)題分析

1.1 傳統(tǒng)液壓張緊裝置結(jié)構(gòu)原理

1）當(dāng)操作人員給輸送機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，啟動(dòng)信號(hào)傳遞到輸送機(jī)的張緊機(jī)構(gòu)，此時(shí)電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向左位，液壓油通過(guò)換向閥內(nèi)的單向閥流入液壓缸，輸送機(jī)張緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，當(dāng)瞬時(shí)張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機(jī)構(gòu)給壓力繼電器一個(gè)信號(hào)，輸送機(jī)通電開(kāi)始啟動(dòng)。

2）待皮帶完全啟動(dòng)后，電磁閥內(nèi)換向閥的位置又由左位換向中位，液壓油無(wú)法通過(guò)換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機(jī)狀態(tài)，之后張緊機(jī)構(gòu)通過(guò)蓄能機(jī)構(gòu)維持正常工作壓力[1-2]。

3）當(dāng)操作人員給輸送機(jī)發(fā)出停止信號(hào)后，停止信號(hào)傳遞到輸送機(jī)的張緊機(jī)構(gòu)，此時(shí)電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向左位，液壓油通過(guò)換向閥的單向閥流入液壓缸，輸送機(jī)張緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，當(dāng)瞬時(shí)張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機(jī)構(gòu)給壓力繼電器一個(gè)信號(hào)。當(dāng)輸送機(jī)停止運(yùn)行后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)卸壓。

1.2 主要存在的問(wèn)題

該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，能夠較好的調(diào)節(jié)輸送機(jī)的張緊力，具有響應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但仍存在一些缺點(diǎn)，主要包括以下幾方面：

1）輸送機(jī)在進(jìn)行取料作業(yè)時(shí)，常常會(huì)由于物料的作用力造成張緊機(jī)構(gòu)拉伸或出套，導(dǎo)致輸送機(jī)張緊力發(fā)生突然變化，流入液壓缸內(nèi)的液壓油壓力及流量達(dá)不到預(yù)定要求，此時(shí)輸送機(jī)的張緊力不能達(dá)到預(yù)定要求導(dǎo)致輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定。

2）液壓系統(tǒng)在輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中調(diào)整不精確，導(dǎo)致張緊機(jī)構(gòu)控制難度及準(zhǔn)確度下降。張緊機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)控制內(nèi)部的壓力繼電器和溢流閥來(lái)控制張緊系統(tǒng)，這種調(diào)節(jié)方式能夠在定值分級(jí)控制的模式下精確控制，但在連續(xù)量控制下準(zhǔn)確度較低，達(dá)不到輸送機(jī)生產(chǎn)時(shí)恒張力控制的需求。

3）張緊機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝的溢流閥和繼電器均采用機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅存在操作復(fù)雜的缺點(diǎn)，還存在溢流閥開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)壓差較大，且繼電器還存在通斷調(diào)節(jié)區(qū)。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)在正常作業(yè)時(shí)出現(xiàn)壓力重疊區(qū)[3-4]。

2 新型液壓自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)原理分析

為了解決以上生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，采用了一套新型張緊機(jī)構(gòu)。技術(shù)人員主要在這套新型機(jī)構(gòu)中加裝了壓力傳感器、控制模塊、比例控制器及比例溢流閥。該套新型機(jī)構(gòu)不但具備傳統(tǒng)張緊機(jī)構(gòu)的基本功能，還能避免之前張緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題。

2.1 新型張緊裝置結(jié)構(gòu)組成

1）該套新型張緊機(jī)構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。液壓系統(tǒng)主要由以下部件組成：液壓泵、液壓缸、比例溢流閥和蓄能器；電控系統(tǒng)主要由以下部件組成：PLC、電控箱和控制面板，如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)新型液壓自動(dòng)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）電氣控制系統(tǒng)主要是由上位機(jī)、人機(jī)交換系統(tǒng)及PLC組成。PLC采用當(dāng)下最先進(jìn)的西門(mén)子數(shù)值模擬模塊，具有以下優(yōu)點(diǎn)：將二進(jìn)制指令的執(zhí)行時(shí)間由原來(lái)的的250 ns縮減為90 ns，提高了響應(yīng)速度；系統(tǒng)內(nèi)預(yù)留了較多的I/O點(diǎn)數(shù)，能夠?yàn)樵O(shè)備后期加裝其他功能提供空間；系統(tǒng)具有自身監(jiān)測(cè)功能，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，并將檢查結(jié)果形成匯報(bào)。

3）上位機(jī)能夠?qū)埦o機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)工作人員可以遠(yuǎn)程控制。人機(jī)交換系統(tǒng)能夠直接將各類(lèi)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，并對(duì)系統(tǒng)存在的異常情況進(jìn)行報(bào)警，工作人員可以利用人機(jī)交換系統(tǒng)對(duì)張緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

2.2 新型張緊裝置工作原理

1）當(dāng)操作人員給輸送機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，啟動(dòng)信號(hào)傳遞到輸送機(jī)的張緊機(jī)構(gòu)，此時(shí)電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向右位，液壓油通過(guò)換向閥內(nèi)的液控單向閥流入液壓缸，此時(shí)輸送機(jī)液壓缸收縮，皮帶張緊力增大，張緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，當(dāng)瞬時(shí)張緊力變?yōu)檎埦o力的1.5倍后，張緊機(jī)構(gòu)給壓力繼電器一個(gè)信號(hào)，輸送機(jī)通電開(kāi)始啟動(dòng)。

2）待皮帶完全啟動(dòng)后，電磁閥內(nèi)換向閥的位置又由右位換向中位，液壓油無(wú)法通過(guò)換向閥流入液壓缸，且液壓泵處于待機(jī)狀態(tài)，之后張緊機(jī)構(gòu)通過(guò)蓄能機(jī)構(gòu)維持工作壓力，之后系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器、比例放大器、比例溢流閥與蓄能機(jī)構(gòu)共同作用將系統(tǒng)的壓力按照軟件設(shè)定柔性的調(diào)節(jié)到正常壓力。壓力傳感器能夠在輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到皮帶的壓力。在輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)輸送帶的恒張力下降到設(shè)定范圍外時(shí)，此時(shí)補(bǔ)壓信號(hào)傳遞到輸送機(jī)的張緊機(jī)構(gòu)，電磁閥內(nèi)換向閥從中位換向右位，系統(tǒng)進(jìn)入補(bǔ)壓模式；相反當(dāng)輸送帶的恒張力升高到設(shè)定范圍外時(shí)，此時(shí)泄壓信號(hào)傳遞到輸送機(jī)的張緊機(jī)構(gòu)，比例溢流閥按設(shè)定值開(kāi)始泄壓。

3）機(jī)構(gòu)在開(kāi)始運(yùn)行后，PLC主要對(duì)各類(lèi)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行收集分析。當(dāng)PLC發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常時(shí)會(huì)將這些報(bào)警數(shù)據(jù)傳遞到人機(jī)界面，同時(shí)提醒操作人員停機(jī)。輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)PLC處于現(xiàn)場(chǎng)操控模式，如操作人員變?yōu)槭謩?dòng)控制，PLC會(huì)根據(jù)操作人員設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行修改；當(dāng)PLC處于遠(yuǎn)程操控模式，PLC在接到人工啟動(dòng)或停止信號(hào)后進(jìn)入PID模塊，當(dāng)人工不介入時(shí)，系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)[5]。

3 應(yīng)用效果分析

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司2307巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 200 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道掘進(jìn)期間采用SSJ-800帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤矸運(yùn)輸，輸送機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)功率為40 kW，每部輸送機(jī)設(shè)計(jì)安裝長(zhǎng)度為400 m；2307巷在前300 m掘進(jìn)中輸送機(jī)主要采用的是傳統(tǒng)液壓張緊裝置，該裝置在使用中經(jīng)常出現(xiàn)故障，巷道掘進(jìn)前期因輸送機(jī)張緊不合理，導(dǎo)致輸送機(jī)斷帶4次，且張緊裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，輸送機(jī)維修成本費(fèi)用達(dá)28萬(wàn)元。

2019年4月16日對(duì)2307帶式輸送機(jī)原張緊裝置進(jìn)行更換，采用新型液壓自動(dòng)張緊裝置，截止2019年10月通過(guò)6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，新型新型液壓自動(dòng)張緊裝置投入使用后輸送機(jī)未出現(xiàn)一次因張緊不合理導(dǎo)致斷帶事故，全年可節(jié)約設(shè)備成本費(fèi)用達(dá)20余萬(wàn)元。