韓光華

（中鼎國際工程有限責任公司，江西 南昌 330096）

作為煤礦開采過程中的重要運輸工具，帶式輸送機不僅結(jié)構(gòu)簡單、載重量大、運輸距離長，而且維修保養(yǎng)也很簡單，因此在煤礦井道長距離轉(zhuǎn)運過程中被廣泛應(yīng)用。近些年，隨著我國煤礦開采技術(shù)的不斷革新，煤炭開采效率也得到顯著提高，所以對帶式輸送機在運輸穩(wěn)定性以及運輸效率方面的要求更高。為了有效提高我國帶式運輸機的運輸能力，特意在20世紀80年初期進行了輸送帶液壓張緊裝置的引進，經(jīng)過多年研究、創(chuàng)新，我國的自主研發(fā)的張緊裝置具有穩(wěn)定性高、智能化程度高等優(yōu)點。除此以外，因為輸送帶所需張緊力具有時變性、非線性等變化特點，所以在該裝置在動態(tài)穩(wěn)定性方面的要求極高，本文特對此進行重點研究。

1 帶式輸送機摩擦傳動原理

1.1 輸送帶受力分析

帶式輸送機的機械組成主要分為五大部分：第一部分驅(qū)動滾筒；第二部分轉(zhuǎn)向滾筒；第三部分托輥；第四部分輸送帶；第五部分支架。其中，轉(zhuǎn)向滾筒以及驅(qū)動滾筒的主要作用就是纏繞輸送帶，輸送帶的松緊程度可以通過量轉(zhuǎn)向滾筒和驅(qū)動滾筒之間的距離進行調(diào)節(jié)。當輸送機處于停止狀態(tài)時，滾筒兩端的輸送帶具有相等的張力；當輸送機處于正常工作狀態(tài)時，輸送帶受力情況如圖1所示，在與驅(qū)動滾筒相遇點A處輸送帶張力增大，而在與驅(qū)動滾筒分離點B 處輸送帶張力減小，所以纏繞在驅(qū)動滾筒上的輸送帶上端緊，下端松。

如圖1 所示，輸送帶處于圓弧段摩擦包角部分，將其假設(shè)為撓性體，并且不承受任何彎曲應(yīng)力，此外要將分離點、相遇點處輸送帶所受張力分別假設(shè)為T和T+dT，輸送帶在滾筒兩點處支反力假設(shè)為dTN，那么此段輸送帶實際受力情況如下所示：

式中：θ——輸送帶上研究點和起始點所形成包角度數(shù)；

μ——驅(qū)動滾筒和輸送帶接觸部分摩擦系數(shù)。

對方程組（1）進行求解，并將T（θ=0）=T2邊界條件代入方程，可計算出包角圓弧上輸送帶所受張力T：

1.2 摩擦驅(qū)動力計算

假設(shè)驅(qū)動滾筒和輸送帶兩者之間所形成的包角角度為λ，那么相遇點處所受張力計算公式如下所示：

則輸送帶在驅(qū)動滾筒上所受摩擦力F表示式如下所示：

從上述公式可知，有三種方式可以提高輸送帶運輸驅(qū)動力。第一種是加大輸送包角；第二種是增大滾筒與輸送帶之間摩擦系數(shù)；第三種是增加輸送帶張力。其中，增加輸送帶張力主要就是通過張緊力控制機構(gòu)來實現(xiàn)的[1]。

2 張緊力控制機構(gòu)的作用

張緊力控制機構(gòu)在帶式輸送機中所起作用主要表現(xiàn)在以下5個方面：

（1）在與驅(qū)動滾筒接觸處為輸送帶提供了充足的張緊力，從而避免因張緊力過小導致輸送帶打滑現(xiàn)象發(fā)生。

（2）在托架中間處為輸送帶提供了充足的張緊力，從而避免因輸送帶松弛過大導致煤料拋灑的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）通過改變張緊力大小可對輸送帶拉伸變形進行補償，或者是對輸送帶蠕變變形進行補償。

（4）輸送機無論是在啟動狀態(tài)，還是在停止狀態(tài)，都會因慣性作用而使輸送帶承受載荷沖擊，此時可通過改變張緊力來減小載荷沖擊影響。

（5）為輸送帶提供完足夠的行程以便進行皮帶拼接操作。

3 張緊力控制機構(gòu)設(shè)計方案

3.1 機構(gòu)組成

為了確保張緊行程以及張緊力的充足，同時還要避免突變與沖擊現(xiàn)象的發(fā)生，因此張緊力控制機構(gòu)是借助液壓缸和張緊絞車相結(jié)合方式進行設(shè)計的。其組成結(jié)構(gòu)可分為三部分:第一部分是機械系統(tǒng)；第二部分是液壓控制系統(tǒng)；第三部分是電氣控制系統(tǒng)。由圖2可知，機械系統(tǒng)的構(gòu)成主要包含鋼絲繩、移動小車以及拉進絞車等；液壓系統(tǒng)的構(gòu)成主要包含制動器、液壓馬達以及緩沖油缸等；電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要包含電氣檢測裝置以及電控站等。

液壓馬達通過電控站程序控制扭矩轉(zhuǎn)速輸出，驅(qū)動絞車運行，通過鋼絲繩纏繞收緊，以此確保移動小車動作，從而對輸送帶張緊力進行改變，除此以外，液壓控制系統(tǒng)還能對張緊力載荷沖擊進行吸收，從而確保整個張緊系統(tǒng)的穩(wěn)定[2]。

3.2 關(guān)鍵零部件選型

（1）PLC 控制器。作為電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分，本控制系統(tǒng)所采用的PLC 控制器為西門子57-200 控制器，其處理器型號為CPU 226AC/DC/RLY，不僅編程操作簡單，而且邏輯運算等功能也得到有效實現(xiàn)。

（2）電液比例溢流閥。作為液壓控制系統(tǒng)的重要組成部分，電液比例溢流閥不僅可以對液壓溢流壓力進行調(diào)節(jié)，還可以對液壓馬達的扭矩輸出進行調(diào)節(jié)，從而對輸送帶的松弛程度進行調(diào)節(jié)。按照控制系統(tǒng)需求，本次所選電液比例溢流閥型號為E-BG-10，不僅具有較大的調(diào)節(jié)范圍，而且對液壓油的干凈程度要求也很低。

（3）拉力傳感器。能夠?qū)ο到y(tǒng)張緊力進行實時檢測，因為系統(tǒng)張力檢測值會對電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，所以對拉力傳感器的檢測性能要求提出了更高要求。因此本系統(tǒng)所采用的傳感器、壓力變送器型號分別為LD206、LD920。

3.3 張緊力控制工作原理

張緊力控制系統(tǒng)控制模式主要包括兩種，其如下所示。

3.3.1 自動控制模式

（1）啟動。啟動電氣控制箱后，電氣控制系統(tǒng)首先要對當前系統(tǒng)張緊力進行檢測，假如報警值大于張緊力值，那么電氣控制系統(tǒng)會自動判斷系統(tǒng)存在故障，機器停止運轉(zhuǎn)；假如報警值小于張緊力值時，那么液壓泵就正常啟動，給液壓缸進行沖液，調(diào)整電液比例溢流閥溢流壓力，與此同時打開液壓抱閘，液壓馬達進行扭矩輸出拉緊鋼絲繩，當張緊力檢測值達到正常值1.5倍左右，電氣控制系統(tǒng)就會自行判斷設(shè)備滿足啟動條件，然后讓液壓馬達關(guān)閉，開啟刮板運輸機進行運轉(zhuǎn)。

（2）加速至穩(wěn)定運行。刮板運輸機由加速狀態(tài)進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時，通過電液比例溢流閥將壓力調(diào)至正常值，電磁閥切換方向，馬達驅(qū)動絞車使鋼絲繩松弛，直到張緊力恢復到正常值，液壓抱閘動作鎖死，電磁換向閥保持在中位，系統(tǒng)運行狀態(tài)開始保持穩(wěn)定。

（3）正常運行和保壓階段。在正常運行狀態(tài)，當輸送帶發(fā)生張緊力波動時，PLC 控制器會實時獲取張緊力檢測值，當波動檢測范圍超過10%設(shè)定值時，系統(tǒng)就會通過電磁換向閥控制絞車正反轉(zhuǎn)，從而對輸送帶的松弛程度進行調(diào)節(jié)，直至預緊力恢復到正常狀態(tài)為止，隨后電磁換向閥復位。

（4）制動停機階段。當停機信號發(fā)出后，電氣控制系統(tǒng)通過電液比例溢流閥將系統(tǒng)壓力調(diào)至停機狀態(tài)，電磁換向閥開始控制絞車運轉(zhuǎn)讓鋼絲繩松弛，直到輸送帶張緊力減小至停機值為止，隨后電磁換向閥復位，輸送機停機保持穩(wěn)定。

3.3.2 手動控制模式

在進行帶式運輸機檢修時，所有液壓系統(tǒng)動作都必須通過手動控制模式進行調(diào)整。

4 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）與傳統(tǒng)張緊方式相比，本文所采用的張緊方式不僅具有更大的張緊行程，同時輸送帶的張緊調(diào)節(jié)范圍也更大。

（2）能對張緊力進行實時檢測，并將檢測結(jié)果及時反饋給PLC 控制器，對輸送帶張緊程度調(diào)節(jié)提供了堅實基礎(chǔ)。除此以外，還能根據(jù)設(shè)備實際運行狀況對張緊力進行精確控制，從而使輸送帶的磨損消耗得到有效降低。

（3）在帶式輸送機開啟或者緊急制動工況下，因為本系統(tǒng)采用的是液壓缸和張緊絞車相結(jié)合的方式設(shè)計的，所以可以通過液壓系統(tǒng)對載荷沖擊進行吸收，從而保證張緊系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（4）當斷帶故障發(fā)生時，電控系統(tǒng)會及時接收檢測系統(tǒng)反饋的斷帶信號，系統(tǒng)將張緊絞車抱閘鎖死，與此同時，液壓系統(tǒng)會將載荷慢慢卸載，從而減小斷帶故障對張緊系統(tǒng)的損傷破壞[3]。

5 結(jié)論

為了使帶式輸送機的穩(wěn)定性以及工作能力得到有效提高，首先本文對輸送帶工作原理進行詳細分析，結(jié)果表明張緊力的增大對帶式輸送機驅(qū)動力的提高起著至關(guān)重要的作用，其次對張緊力控制機構(gòu)補償輸送帶拉伸變形、降低料拋次數(shù)以及抑制皮帶打滑等作用進行分析，并以此基礎(chǔ)，對張緊力控制機構(gòu)的工作原理以及部件組成進行重點研究，結(jié)果表明，此張緊機構(gòu)在增加張緊行程、節(jié)約設(shè)備成本以及減小收載荷沖擊等方面都具有明顯優(yōu)勢，所以值得面向社會推廣應(yīng)用。