王華杉

（晉城金成礦山建筑工程有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000）

引言

刮板鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C的主要組成部分，刮板鏈運行狀態(tài)下受拉力產(chǎn)生彈性伸長，使鏈條處于松弛狀態(tài)，通常用刮板輸送機鏈條張緊機構(gòu)來調(diào)節(jié)刮板鏈的伸長量，保障刮板輸送機的正常工作[1-3]。以往手動控制張緊裝置對鏈條的調(diào)節(jié)效果不佳，工人的勞動強度大。針對這一情況，提供了一種鏈條自動張緊裝置及控制系統(tǒng)來實現(xiàn)刮板鏈的自動調(diào)節(jié)，使刮板鏈的張力控制在合理的范圍內(nèi)，減輕工人的勞動強度，延長鏈條的使用壽命。

1 鏈條自動張緊裝置分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

刮板輸送機鏈條自動張緊裝置，主要包括主控箱、控制系統(tǒng)、控制電纜、控制電器、電源、電液控換向閥組、傳感器、行程開關(guān)、過濾器、單向閥、壓力傳感器、壓力表、張緊油缸、液壓膠管和接頭。

1.2 工作原理

電氣控制系統(tǒng)根據(jù)張緊油缸中壓力傳感器提供的信號，由控制系統(tǒng)的程序進行運算，判斷刮板鏈的松緊程度是否處于正常工作范圍內(nèi)，或工作情況異常，并將運算結(jié)果形成控制信號，向液壓系統(tǒng)發(fā)出動作指令，液壓系統(tǒng)根據(jù)指令，自動將張緊油缸進行伸縮或者保持現(xiàn)有狀態(tài)，使刮板鏈?zhǔn)冀K處于合適的工作狀態(tài)，保證刮板輸送機的安全、正常運行[4]。

由于刮板輸送機的使用條件差異非常大，所以要使自動張緊裝置發(fā)揮作用，必須對刮板輸送機鋪設(shè)長度、中部槽寬度、刮板鏈組相關(guān)參數(shù)，以及機頭及機尾的卸載高度、伸縮機尾自身的參數(shù)等進行設(shè)定，同時要對刮板輸送機的溫度、濕度、采向角度、走向角度、煤質(zhì)等工作環(huán)境參數(shù)進行設(shè)定，這樣才能在控制系統(tǒng)中形成正確的指令。

1.3 張力值分析

為了解決刮板輸送機鏈條在運動過程中發(fā)生斷鏈、卡鏈或斷齒等故障，就需要通過對鏈條的力學(xué)計算，分析鏈條的故障原因。

假設(shè)刮板輸送機為雙鏈輪驅(qū)動，主動輪與從動鏈輪功率分配比值為1∶1。刮板輸送機鏈條在額定均布載荷作用下，根據(jù)逐點張力法計算出各部分受到的張力載荷，如圖1 所示。由圖1 可以看出，S3點受到的張力值最大，S4點受到的張力值最小。因此在S3點容易發(fā)生由于張力過大產(chǎn)生的斷鏈?zhǔn)鹿剩籗4點附近若有較長一段處于零張力狀態(tài)，容易發(fā)生由于鏈條過松引起的斷鏈、卡鏈或斷齒等事故。

圖1 鏈條張力示意圖

該系統(tǒng)主要包括以下三部分內(nèi)容：一是數(shù)據(jù)分析裝置，包括控制器、人機操作界面、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源等；二是信號監(jiān)測裝置，包括壓力傳感器、伸縮油缸行程傳感器、開停傳感器；三是液壓控制裝置，包括電液控換向閥、液控單向閥、球閥、過濾器等。刮板輸送機在工作過程中，通過信號監(jiān)測裝置監(jiān)測伸縮油缸大腔壓力，該壓力值間接地反映了刮板輸送機鏈條的張力。信號監(jiān)測裝置將監(jiān)測到的壓力值實時地反饋給數(shù)據(jù)分析裝置。數(shù)據(jù)分析裝置將反饋的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)進行分析，當(dāng)需要調(diào)整鏈條的張力時，通過對液壓控制裝置發(fā)送指令，實現(xiàn)伸縮油缸移動量和鏈條張力的雙重控制。信號監(jiān)測裝置還將監(jiān)測伸縮油缸活塞桿的伸出量，當(dāng)伸出量達最大值時，會通過數(shù)據(jù)分析裝置發(fā)出警報，提示伸縮油缸已達最大行程。為了延長電液控換向閥的使用壽命，信號監(jiān)測裝置還將通過開停傳感器監(jiān)測刮板輸送機的啟停信號，用于了解刮板輸送機的工作狀態(tài)，確保在停機狀態(tài)電液控換向閥不頻繁動作。其系統(tǒng)配置邏輯框如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機鏈條張緊控制系統(tǒng)邏輯框圖

1.4 液壓控制裝置

液壓控制裝置是鏈條自動張緊控制系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置，直接控制伸縮油缸的伸縮動作。為了實現(xiàn)電控液壓換向的目的，系統(tǒng)采用電液控換向閥。由于刮板輸送機在工作過程中，伸縮油缸會受到軸向作用力，為了維持伸縮油缸的伸縮量，在伸縮梁油缸的大腔安裝液控單向閥。同時，為了保證伸縮油缸動作速度不會太快，在伸縮梁油缸的大腔安裝節(jié)流閥。系統(tǒng)配備安全閥、球形截止閥、筒式過濾器，用于完善系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定[5]。

液壓控制裝置根據(jù)刮板輸送機的結(jié)構(gòu)特點，對控制刮板輸送機伸縮油缸的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計（液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示），該系統(tǒng)主要液壓元部件有電液控換向閥、液控單向閥、節(jié)流閥、安全閥、球形截止閥、筒式過濾器、回液斷路閥和壓力表等。

圖3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.5 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析裝置和信號監(jiān)測裝置兩部分。數(shù)據(jù)分析裝置包含控制器、人機界面、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源。其中控制器作為鏈條張緊電控系統(tǒng)的核心，具有數(shù)據(jù)分析計算的功能；人機操作界面用于對系統(tǒng)參數(shù)及工作模式的設(shè)定，并且可以顯示系統(tǒng)狀態(tài)；礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的12 V 直流電源。這些設(shè)備均安裝在機尾自動張緊系統(tǒng)控制臺上，方便修改參數(shù)及控制操作。信號監(jiān)測裝置包含壓力傳感器、行程傳感器、感應(yīng)磁環(huán)、行程傳感器接插座、開停傳感器。兩個壓力傳感器安裝于液壓控制裝置的液控單向閥上，可以監(jiān)測伸縮油缸大腔壓力，雙壓力傳感器可提高系統(tǒng)可靠性。行程傳感器安裝于伸縮油缸上方，可同步監(jiān)測伸縮油缸的行程值。開停傳感器用于監(jiān)測刮板輸送機啟停狀態(tài)，使控制器處于實時監(jiān)測狀態(tài)或間歇監(jiān)測狀態(tài)[6]。

硬件設(shè)備通過連接器連接，確保設(shè)備供電及信號傳輸，主要電控元部件有控制器、人機操作界面、行程傳感器、礦用壓力傳感器、開停傳感器、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源，電控系統(tǒng)連接如圖4 所示。

圖4 電控系統(tǒng)連接

2 鏈條自動張緊裝置系統(tǒng)功能分析

1）系統(tǒng)具有手動和自動控制的功能。手動模式：主要用于人為干預(yù)油缸動作，以及當(dāng)油缸達到最大行程時，需使油缸收回，進行截鏈操作。當(dāng)控制器處于手動模式時，按下“伸出”鍵，油缸伸出；按下“收回”鍵，油缸收回。該動作指令為點動動作。

自動模式：當(dāng)控制器處于自動模式時，控制器通過信號監(jiān)測裝置監(jiān)控伸縮油缸狀態(tài)，通過程序自動控制伸縮油缸動作，實現(xiàn)刮板輸送機鏈條張緊控制。

2）具有壓力、行程雙重監(jiān)測功能。壓力傳感器用于監(jiān)測伸縮油缸的大腔壓力，分析鏈條動態(tài)張力；行程傳感器用于監(jiān)測伸縮油缸活塞桿伸長量。通過這兩個數(shù)值的監(jiān)測，可雙重監(jiān)測刮板運輸機鏈條的伸縮值，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

3）具有刮板輸送機啟停監(jiān)測功能。通過控制器接收到的刮板輸送機啟停信號，可使刮板輸送機在啟動狀態(tài)下處于實時監(jiān)測狀態(tài)，在停機狀態(tài)下處于間歇監(jiān)測狀態(tài)，保護電液控換向閥使用壽命。

4）可以實現(xiàn)刮板輸送機鏈條張緊控制系統(tǒng)的急停與閉鎖控制。急停操作：按下急停按鈕，停止刮板輸送機鏈條張緊控制系統(tǒng)動作。

閉鎖操作：按下閉鎖按鈕，對刮板輸送機鏈條張緊控制系統(tǒng)實施動作閉鎖。

5）具有聲光報警功能，可提示工作人員系統(tǒng)工作異常。

3 實踐應(yīng)用及效果分析

山西某煤礦掘進面出矸所用為SGB620/40T 型刮板輸送機，以往采用手動控制張緊裝置對鏈條進行張緊調(diào)節(jié)，實踐結(jié)果表明，張緊調(diào)節(jié)效果不佳，并且工人的勞動強度大。因此，用設(shè)計的鏈條自動張緊裝置對SGB620/40T 型刮板輸送機進行安裝改造調(diào)試，實現(xiàn)刮板鏈的自動調(diào)節(jié)。鏈條自動張緊裝置應(yīng)用后，對SGB620/40T 型刮板輸送機表現(xiàn)出了良好的減震緩沖效果，刮板運輸裝置在啟動作業(yè)中遭受的沖擊和設(shè)備波動明顯改善，特別是由于啟動引起的刮板鏈松弛打滑或跑偏等事故發(fā)生的概率降幅達95%，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟安全效益。