趙海斌

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

引言

皮帶輸送機是煤礦運輸系統(tǒng)關鍵設備，確保皮帶輸送機平穩(wěn)運行是實現(xiàn)煤炭高效運輸?shù)年P鍵[1]。皮帶輸送機在啟動、停機瞬間會受到較大的外界沖擊，驅動滾筒、皮帶以及托輥均可能出現(xiàn)小范圍移動，導致皮帶輸送機張緊力出現(xiàn)波動[2-5]。施加到皮帶上的張緊力可避免帶式輸送機打滑，并為皮帶輸送機平穩(wěn)運行創(chuàng)造良好條件[6]。通過采用先進的自動張緊裝置可實現(xiàn)張緊力隨負載、皮帶輸送機工作狀態(tài)動態(tài)變化，從而提升皮帶輸送機煤炭外運效率[7]。以山西某礦+650 m 水平運輸大巷內布置的DSJ-800 皮帶輸送機為研究對象，基于PLC 提出皮帶輸送機張緊力自動控制系統(tǒng)，并進行工程應用分析。

1 皮帶輸送機常見張緊系統(tǒng)分析

1.1 固定式

此種張緊方式一般使用螺旋桿固定輸送機滾筒，確保輸送機在運行過程中皮帶行程不會發(fā)生變化；輸送機皮帶張緊力調整依靠改變滾筒位置實現(xiàn)，滾筒位置調節(jié)依靠螺旋桿輸送機導軌上來回移動實現(xiàn)，此種調節(jié)方式容易給輸送機產(chǎn)生較大的沖擊作用，具體結構如圖1 所示。

圖1 固定式張緊裝置結構圖

1.2 重力式

該種張緊方式是利用滑輪組、鋼絲繩將重錘掛于輸送皮帶一端，利用重錘重力給皮帶施加一定張緊力；重力式張緊系統(tǒng)結構相對簡單，后期維護以及使用成本均較低。但是由于重錘一直給皮帶施加較大的張緊力，會增加皮帶、滾筒以及托輥等磨損，從而降低皮帶服役時間。

1.3 自動式

此種張緊方式是基于自動化控制技術實現(xiàn)，具體工作原理為采用張力傳感器對皮帶張緊力變化進行監(jiān)測，并依靠張緊執(zhí)行機構、張緊小車、滑輪組、減速器以及控制器等組合根據(jù)需要調整皮帶張緊力；自動式張緊系統(tǒng)具有張緊力調節(jié)方便、自動化程度以及控制精度較高等優(yōu)點，具體自動式張緊系統(tǒng)工作原理見圖2 所示。文中就基于現(xiàn)有的自動式張緊系統(tǒng)結構設計自動張緊控制系統(tǒng)，以便提高張緊系統(tǒng)工作效率以及適應性。

圖2 自動式張緊系統(tǒng)結構

2 自動張緊控制系統(tǒng)

2.1 自動張緊控制系統(tǒng)結構

具體+650 m 水平運輸大巷內DSJ-800 皮帶輸送機上使用的自動張緊裝置結構見下頁圖3 所示，組成結構包括張緊小車、皮帶、張緊力產(chǎn)生裝置；張緊滾筒、改向滾筒以及控制器等構成。張緊滾筒與皮帶纏繞連接，通過摩擦力帶動皮帶轉動，滾筒與皮帶間的摩擦因數(shù)、轉動慣量直接影響皮帶裝進情況以及工作效率；張緊力產(chǎn)生裝置由液壓油缸推動張緊小車、帶動張緊滾筒移動實現(xiàn)張緊力調節(jié)；張力控制設備通過PLC 分析傳感器監(jiān)測到的張緊力變化，并按照預先設定的控制程序發(fā)出張緊力調節(jié)控制指令。

圖3 自動張緊控制系統(tǒng)結構圖

2.2 張緊力控制系統(tǒng)工作原理

張緊力控制系統(tǒng)結構包括PLC、驅動電機、張力傳感器、行程開關以及驅動電機等組成。張緊力控制系統(tǒng)隨皮帶輸送機運行同步開展工作，皮帶輸送機啟動后張緊力傳感器將獲取到的皮帶張緊力傳輸給PLC；PLC 將皮帶實際張緊力值與設定張緊力值進行比對，并發(fā)出相應的張緊抱閘啟、停指令，通過張緊電機正向、反向轉動調整張緊力；張緊電機帶動傳動結構運轉，調整皮帶張緊力，當PLC 監(jiān)測到皮帶張緊力平衡后張緊電機停機并通過內部抱閘抱死，確保皮帶張緊力一直處理合理范圍內。具體張緊力控制系統(tǒng)工作流程框圖見圖4。

圖4 張緊力控制系統(tǒng)工作流程框圖

2.3 硬件結構確定

2.3.1 PLC 確定

PLC 是整個皮帶輸送機自動張緊控制系統(tǒng)核心，根據(jù)張緊控制需要選擇使用ControlLogix 系列PLC、控制系統(tǒng)。選用的PLC 內置有豐富的通信模塊、軟件編程模塊以及輸出輸出模塊，通過RS485通信系統(tǒng)與張緊裝置其他硬件設備（主控電機、張緊電機、張緊力傳感器等）進行通信。

2.3.2 張緊力采集

在整個張緊力控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)皮帶張緊力采集是需要重點解決的問題，具體選用的張緊力采集系統(tǒng)硬件結構包括張緊力傳感器、變送器、張力顯示儀表等設備，將張緊力傳感器置于鋼絲繩上并通過鋼絲繩與皮帶張緊力監(jiān)測，具體安裝位置見圖5所示。傳感器監(jiān)測值監(jiān)測信號通過4 芯屏蔽線傳輸，獲取到的張緊力首先由BMSP-120 變送器放大檢測信號，并將模擬信號同步轉化為5～20 mA 電信號，PLC 對傳感器監(jiān)測信號進行計算、邏輯分析，最終將監(jiān)測到的張緊力通過張緊力儀表上實時顯示。

圖5 張力傳感器安裝位置示意圖

選擇采用的張緊力傳感器型號為PR6201，額定工作電壓24 V，最大過載倍數(shù)1.5；選用的BMSP-120 變送器輸入、輸出型號分別為0.6～3.0 mA、5～20 mA。

4 現(xiàn)場應用效果分析

山西某礦設計產(chǎn)能為260 萬t/年，主采的3 號煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.6 m、傾角5°，現(xiàn)井下有3206 綜采工作面處于回采階段。+650 m 水平運輸大巷是礦井煤炭外運主要通道，巷道長度2 980 m。

將張緊控制系統(tǒng)應用到+650 m 水平運輸大巷內DSJ-800 皮帶輸送機，并對皮帶輸送機在啟動、停止以及正常運行等工況下皮帶張緊力變化情況進行監(jiān)測、分析?，F(xiàn)場應用表明，輸送機正常運行過程中皮帶張緊力保持在相對穩(wěn)定狀態(tài)，張緊控制系統(tǒng)工作平穩(wěn)；皮帶輸送機在輕載、重載等狀態(tài)下運行時均未出現(xiàn)打滑、跑偏等故障；張緊小車在位置調整過程中未出現(xiàn)卡澀、調整不及時或者異常振動等情況；張緊控制系統(tǒng)可實時顯示皮帶張緊力，且顯示精度高。