武 焱

(山西煤炭進出口集團 左云韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100)

0 引言

帶式輸送機是煤礦的重要運輸設(shè)備，在長距離、大功率的帶式輸送機中，中間多點驅(qū)動型帶式輸送機因具有解決長距離沒有物料、張力大的問題的能力而應(yīng)用廣泛，在這種輸送機中，拉緊裝置的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到整個運輸設(shè)備的安全性，因此，研究多點驅(qū)動帶式輸送機拉緊裝置控制系統(tǒng)對于煤礦的運輸設(shè)備安全運行具有重要意義。

1 拉緊裝置的作用、分類和結(jié)構(gòu)

拉緊裝置是帶式輸送機的重要組成部分，其作用有：①承擔(dān)機械設(shè)備的最小張力，把撓度控制在一定范圍之內(nèi)；②增加帶式輸送機啟停時膠帶和滾筒之間的摩擦力，防止膠帶打滑和跑偏；③拉緊裝置可以在膠帶因拉緊變形時穩(wěn)定設(shè)備；④在檢修時，工作人員有時需要將膠帶重新接頭，拉緊裝置能夠提供靈活的行程。

拉緊裝置有固定式和非固定式兩種形式，固定式拉緊裝置包括螺旋式拉緊裝置或固定絞車；非固定式拉緊裝置指的是重錘式拉緊裝置，按其安裝方式可分為垂直式和車式。對于不同運輸距離的帶式輸送機，可選擇的拉緊裝置也不同，固定絞車適用于短距離帶式輸送機，重錘拉緊裝置適用于中長距離帶式輸送機。螺旋式拉緊裝置一般安裝在機尾，其體積小、安裝靈活方便，但是不能隨皮帶張力進行控制，一般適用于非重要場合。固定式絞車有手動型和電動型兩種，這種拉緊裝置張力大、行程長，缺點是不能自動調(diào)節(jié)拉緊力。垂直式拉緊裝置一般安裝在輸送機的走廊，缺點是換向滾筒多，清理麻煩。車式拉緊裝置適用于遠(yuǎn)距離、大功率場合，缺點是體積大、成本高。

液壓式絞車自動拉緊裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機械部分、電氣部分和液壓部分組成。其中機械部分由滑輪、拉緊鋼絲繩、慢速絞車等部分組成，電氣部分由電控站、速度傳感器、拉力傳感器等組成，液壓部分由液壓油缸、蓄能器、閥站和液壓泵等組成。

圖1 液壓式絞車自動拉緊裝置結(jié)構(gòu)圖

2 膠帶拉緊力分析

圖2為拉緊小車在多點驅(qū)動帶式輸送機的安裝圖，根據(jù)拉緊小車的安裝位置可以分析，在不同情況下，絞車的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)效果不同。拉緊小車正轉(zhuǎn)，小車左移張緊力增大，反之小車右移張緊力減小。輸送機傳送的物料需要通過膠帶牽引和承載，因此膠帶的張緊力不但需要有一定的承載能力和抗拉強度，還應(yīng)該達到托輥的懸垂度，否則膠帶和滾筒之間可能發(fā)生打滑現(xiàn)象，影響設(shè)備運行。在運行中，膠帶的張緊力會隨著各種因素變化，在分析時分成以下三種工況：

圖2 拉緊小車在多點驅(qū)動帶式輸送機的安裝圖

(1) 輸送機正常運行時，膠帶的張緊力根據(jù)如下步驟計算：首先計算奔離點的張力，其次逐點計算膠帶整個長度的張緊力，最后根據(jù)各點張緊力計算正常運行所需張緊力，然后在此基礎(chǔ)上增加10%的安全裕度即可。

(2) 啟動時，啟動瞬間輸送機膠帶和滾筒的圍包角變大，為了防止輸送機發(fā)生打滑和振動，短時間內(nèi)應(yīng)當(dāng)采取措施提高牽引力。提高牽引力的途徑有：增大圍包角、增大摩擦因數(shù)和增大張緊力。啟動時自動拉緊裝置提供的張緊力一般是正常運行張緊力的1.5倍左右。

(3) 制動時，輸送帶的牽引裝置停止輸出牽引力，但是由于慣性原因，滾筒上受到反向轉(zhuǎn)矩，因此摩擦牽引力逐漸減小。制動過程完成后，張緊力應(yīng)保持停機時的懸垂度，有利于下次正常啟動。因此，輸送機制動時的張緊力略小于正常運行的張緊力，一般取正常張緊力的90%左右。

3 拉緊裝置液壓系統(tǒng)工作原理

液壓型拉緊裝置的關(guān)鍵部分是液壓系統(tǒng)，對啟動、正常運行、制動三個階段液壓系統(tǒng)的工作原理分別介紹如下：

(1) 啟動階段。在輸送機啟動之前，拉緊裝置的液壓油泵和安全卸荷閥提前啟動，液壓油泵空載工況下啟動完成。液壓油泵啟動完成后關(guān)閉安全卸荷閥，由電液比例溢流閥控制啟動壓力，由電磁換向閥和液壓泵站向油缸充油，活塞隨之產(chǎn)生拉力，絞車制動器打開后，通過液壓馬達正轉(zhuǎn)拉緊膠帶。當(dāng)拉緊力不斷增大至啟動拉緊力時，絞車停止工作，安全卸荷閥打開，液壓泵空轉(zhuǎn)，馬達停轉(zhuǎn)。

(2) 正常運行階段。設(shè)備正常運行時，安全卸荷閥開啟，拉緊力等于正常運行時的拉緊力。蓄能器的作用是避免動載荷和油液泄漏產(chǎn)生的沖擊，保證膠帶平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。

(3) 制動階段。當(dāng)輸送機處于制動階段時，拉緊裝置輸出的拉緊力變?yōu)橥C時的所需壓力，關(guān)閉安全卸荷閥，電磁換向閥接通后制動器松閘，馬達帶動絞車反轉(zhuǎn)，膠帶上的張力隨之減小，當(dāng)張力減小到停車所需拉緊力時，絞車抱閘停車，拉緊裝置停機。

4 系統(tǒng)設(shè)計分析

4.1 硬件設(shè)計

帶式輸送機拉緊裝置的硬件部分可以分為機械部分、液壓部分和電控部分，在設(shè)計時液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)是重點部分。

液壓系統(tǒng)包括液壓缸、液壓泵、拉力傳感器、蓄能器和比例溢流閥等。本文采用雙作用單活塞型HSG01160液壓缸，高壓齒輪液壓泵CBGF2050，LD206拉力傳感器和LD920壓力變送器，氣囊式蓄能器NXQL63，先導(dǎo)式比例溢流閥EBG10。

電控部分主要指的是位于電控站的可編程控制器PLC，PLC是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的嵌入式CPU，具有指令存儲和執(zhí)行、順序控制和邏輯運算等功能。PLC的選擇根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，包括輸入輸出、存儲容量和計算精度等，本文選擇西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC。

4.2 軟件設(shè)計

拉緊裝置的軟件在PLC編程軟件STEP7中編輯實現(xiàn)，這是一種專門為西門子PLC編程而推出的專用軟件，其具有便捷齊全的功能，支持多種語言編程，梯形圖是一種簡單易上手的編程語言，因此本文選擇梯形圖編程。圖3為張緊力判斷程序流程圖，程序開始時，判斷張緊力是否大于設(shè)定值下限，判斷為是則絞車制動，判斷為否則制動器松閘絞車正轉(zhuǎn)緊繩，第二步判斷張緊力是否小于設(shè)定值上限，判斷為否則制動器松閘，絞車反轉(zhuǎn)松繩，判斷為是則絞車制動，輸送帶停止運行，繼而結(jié)束程序，關(guān)閉泵站。

圖3 張緊力判斷程序流程圖

5 結(jié)語

在多點驅(qū)動帶式輸送機中，拉緊裝置是一種重要的組成部分，尤其在長距離大功率場合，采用固定絞車?yán)o裝置是保障輸送帶張緊力的必要措施。本文研究了一種適用于多點驅(qū)動帶式輸送機的小車式液壓拉緊裝置，在輸送機啟動、運行和制動三種工況下均能夠有效提供張緊力，對帶式輸送機的平穩(wěn)運行具有現(xiàn)實意義。