劉俊峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)和尚嘴煤業(yè)， 山西 大同 037400）

引言

煤礦用帶式輸送機(jī)鏈條在使用過(guò)程中，系統(tǒng)容易受到采煤量變化、帶式輸送機(jī)水平方向彎曲以及工作面傾斜角度變化等因素影響，鏈條承受的張緊力不斷變化，造成帶式輸送機(jī)鏈條容易發(fā)生卡鏈、斷鏈和堆鏈等故障，甚至導(dǎo)致帶式輸送機(jī)功率消耗過(guò)大、元器件磨損過(guò)度受損。在鏈條張緊技術(shù)中，傳統(tǒng)做法為定期對(duì)鏈條進(jìn)行人工手動(dòng)張緊、采用機(jī)械式自動(dòng)鏈條張緊裝置，或者通過(guò)檢測(cè)油缸底部壓力，使油缸壓力處于閾值之內(nèi)[1-2]。傳統(tǒng)做法勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能實(shí)時(shí)保證鏈條張緊力在適用范圍之內(nèi)，且鏈條張緊力的調(diào)節(jié)依賴工人經(jīng)驗(yàn)。另外，以往的設(shè)計(jì)沒(méi)有參考鏈條張緊力理論計(jì)算值以及預(yù)設(shè)誤差帶，需要頻繁調(diào)節(jié)張緊力，而且調(diào)節(jié)值不準(zhǔn)確，無(wú)法形成調(diào)節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)[3]，制約了帶式輸送機(jī)生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)鏈條自動(dòng)張緊方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，由電磁閥組、PLC 控制單元、信號(hào)隔離柵、位移傳感器和壓力傳感器等組成。帶式輸送機(jī)鏈條張緊力控制方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的壓力傳感器1 用于測(cè)量機(jī)尾張緊油缸系統(tǒng)壓力，取值區(qū)間為[0，Psy]，為壓力傳感器2 提供動(dòng)力。壓力傳感器2 用于檢測(cè)推移油缸的壓力值，取值區(qū)間為[Phy，min，Phy，max]。由電磁閥控制的推移油缸的位移步距為Step，該步距值由帶式輸送機(jī)鏈條工況以及實(shí)際試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)確定。位移傳感器用于檢測(cè)推移油缸位移，取值區(qū)間為[Lmin，Lmax]。張緊力的預(yù)設(shè)誤差帶表示為[Hy，min，Hy，max]，其中，Hy，min=Sz-ΔSz，Hy，max=Sz+ΔSz，其中Sz為帶式輸送機(jī)鏈條張緊力理論值，ΔSz為帶式輸送機(jī)鏈條張緊力誤差。

圖1 帶式輸送機(jī)鏈條自動(dòng)張緊方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)機(jī)尾液壓油缸的伸縮可改變機(jī)頭、機(jī)尾鏈輪支架的距離，從而達(dá)到調(diào)節(jié)鏈條張緊力的目的。機(jī)尾鏈輪的受力分析如圖2 所示，其中SQ為重載鏈條張緊力，SZ為輕載鏈條張緊力，ST為油缸受到的推力，V 為帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。

圖2 帶式輸送機(jī)鏈輪受力分析

可推算出：

式中：Q 為帶式輸送機(jī)功率；η1為驅(qū)動(dòng)裝置的傳送效率；P 為油缸壓力；A2為油缸有效面積；η2為油缸機(jī)械效率。由式（1）和式（2）可以得出，鏈條張緊力與帶式輸送機(jī)的功率和油缸壓力滿足下列關(guān)系：

帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，下鏈與機(jī)尾鏈輪嚙合點(diǎn)的鏈條張緊力SZ很大，而上鏈和機(jī)尾鏈輪分離點(diǎn)的鏈條張緊力SQ很小。即功率Q 和壓力P 的變化主要受張緊力SZ的影響，SQ對(duì)其產(chǎn)生的影響則很小。如果SQ有一個(gè)變化量ΔSQ，相應(yīng)產(chǎn)生的ΔP 和ΔQ相對(duì)于初始值可以忽略不計(jì)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

按照帶式輸送機(jī)張緊控制方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)功能劃分如圖3 所示，主要包括PLC 控制單元和檢測(cè)單元兩部分。PLC 控制單元包括PLC 控制器和電磁閥組，PLC 控制器根據(jù)當(dāng)前帶式輸送機(jī)鏈條張緊力理論值，控制對(duì)應(yīng)電磁閥，驅(qū)動(dòng)推移油缸動(dòng)作，進(jìn)而改變鏈條張緊力。同時(shí)，PLC 控制檢測(cè)傳感器組數(shù)據(jù)并參與邏輯控制。檢測(cè)單元包括傳感器組以及信號(hào)隔離柵組，用于完成對(duì)系統(tǒng)壓力、推移油缸壓力以及推移油缸位移的檢測(cè)，傳感器組包括壓力傳感器1、壓力傳感器2 和位移傳感器[7-8]。信號(hào)隔離柵組將檢測(cè)到的本安信號(hào)轉(zhuǎn)換為非本安信號(hào)，并傳輸至PLC 控制器。

圖3 帶式輸送機(jī)張緊控制方案軟件模塊劃分

帶式輸送機(jī)鏈條自動(dòng)張緊控制方案的中斷程序如圖4 所示，PLC 控制器周期性采集壓力傳感器1、壓力傳感器2 和位移傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，判斷壓力傳感器檢測(cè)值是否在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。PLC 控制器獲取現(xiàn)態(tài)帶式輸送機(jī)鏈條張緊力實(shí)際值，同時(shí)計(jì)算現(xiàn)態(tài)帶式輸送機(jī)鏈條張緊力理論值。判斷實(shí)際值是否處于預(yù)設(shè)誤差帶，如果不處于，PLC 控制推移油缸電磁閥，推移油缸進(jìn)行伸縮動(dòng)作，步距為Step，否則進(jìn)入延時(shí)中斷，延時(shí)時(shí)間為T。

圖4 帶式輸送機(jī)鏈條張緊力自動(dòng)控制流程

3 應(yīng)用效果分析

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的煤礦用帶式輸送機(jī)張緊控制方案在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤公司姜家灣煤礦進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，該方案能夠應(yīng)用于帶式輸送機(jī)鏈條張緊自動(dòng)控制系統(tǒng)，可解決帶式輸送機(jī)鏈條手動(dòng)張緊、自動(dòng)機(jī)械張緊帶來(lái)的勞動(dòng)強(qiáng)度大、張緊力不準(zhǔn)確以及不能實(shí)時(shí)張緊鏈條等諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功率損耗降低、機(jī)械磨損減少，為延長(zhǎng)鏈條機(jī)械壽命，提高帶式輸送機(jī)生產(chǎn)效率起到了積極效果。帶式輸送機(jī)作為煤礦井下重要的運(yùn)輸設(shè)備，使用場(chǎng)合多樣，數(shù)量眾多。帶式輸送機(jī)鏈條是易耗、易損部件，采用該控制方法后，可顯著降低帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的功率損耗，減少機(jī)械磨損，降低鏈條更換頻次，減少工作面人員維護(hù)強(qiáng)度，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

1）以帶式輸送機(jī)鏈條張緊力理論值為依據(jù)，并擴(kuò)展理論值預(yù)設(shè)誤差帶，通過(guò)PLC 控制器驅(qū)動(dòng)推移油缸電磁閥，進(jìn)而改變鏈條張緊力，使其處于張緊力理論值預(yù)設(shè)誤差帶。

2）在自動(dòng)調(diào)節(jié)帶式輸送給及鏈條張緊力時(shí)，以帶式輸送機(jī)鏈條張緊力理論值+預(yù)設(shè)誤差帶為調(diào)節(jié)目標(biāo)，以步距Step 自動(dòng)調(diào)節(jié)鏈條張緊力，并以機(jī)尾張緊油缸系統(tǒng)壓力、推移油缸壓力以及推移油缸位移為參考，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鏈條張緊壓力。

3）該帶式輸送機(jī)鏈條張緊方案能夠提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率，減少機(jī)械損耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。