帶式輸送機變頻自動張緊裝置及其應(yīng)用

賈 瑞

（同煤集團(tuán)大斗溝礦， 山西 大同 037000）

引言

隨著帶式輸送機的距離不斷加大，運量不斷增加，張緊裝置也隨之從原來的液壓張緊、螺旋張緊等升級到了當(dāng)前采用廣泛的變頻自動張緊。可伸縮帶式輸送機啟動、運行、停車階段的張力變化幅度要大于其他類型輸送機，因此就需要變頻自動張緊裝置能夠在不同的情況下對輸送機提供的張力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，即提供不同的張力，以確保輸送機的穩(wěn)定運行。

1 輸送機分離點張力分析

1.1 運輸階段分析

當(dāng)輸送機處于穩(wěn)定作業(yè)的狀態(tài)下，傳動滾筒會將驅(qū)動力輸送至傳送帶上，其具體公式如式（1）：

在式（1）中：FH代表輸送機的主要阻力，F(xiàn)N為輸送機的附加阻力，F(xiàn)St表示提升阻力，F(xiàn)HS表示特種阻力。

在穩(wěn)定因素改變情況下，傳動滾筒上的傳送帶，滿足F=T1-T2，其中T1表示奔入點張力，T2表示分離點張力，倘若要保證輸送機的正常運行，張進(jìn)裝置需要確保所T2的穩(wěn)定性。假設(shè)輸送機在穩(wěn)定作業(yè)的情況下，出現(xiàn)突然停車現(xiàn)象，那么分離點的張力如式（2）所示：

在式2中：T2'表示滾筒的分離點張力；F彈表示彈性變形，即變形附加力；F飄代表當(dāng)輸送機處于停機階段時輸送帶飄帶的下垂附加力。飄帶下垂附加力會使分離點的張力增加，進(jìn)而無法正確計算峰值張力的趨勢和大小，這會對皮帶輸送機造成破壞，即飄帶下垂附加力是輸送機破壞因素之一。

1.2 啟動階段分析

在輸送機啟動期間，傳動滾筒的輸送力為式（3）所示：

在式3中：∑m為旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量，aA為輸送機的啟動加速度。在輸送機啟動期間，F(xiàn)A與T1都會逐漸呈增大的狀態(tài)，隨后進(jìn)入減小趨勢，與此同時，T2會持續(xù)呈減小趨勢。塑性和彈性變形的出現(xiàn)階段主要集中在輸送機啟動期間，因此就需要張緊裝置將變形量快速張緊，快速提高分離點的張力，才可以避免滾筒打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.3 停機階段分析

皮帶輸送機包含三種停機形式，即斷電停機、減速停機、自由減速停機。其中斷電停機的方式對輸送機損害最大，斷電停機時，滾筒的驅(qū)動力會馬上降至為0，此刻，輸送機在運行阻力作用下，極速下降，而問題就在于當(dāng)輸送機切斷電源后，張緊裝置沒有辦法作業(yè)，因此就無法釋放，當(dāng)輸送機速度降為0期間的彈性變形量，就會直接造成T2'值上升至頂峰，對設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞，所以為了解決這一問題，就需要再配置一套緩沖裝置。

2 張緊裝置組成部分及工作原理

2.1 張緊裝置組合部件以及相關(guān)參數(shù)

變頻自動張緊裝置，其組成構(gòu)件包含：電控系統(tǒng)、制動器液壓泵、張緊絞車、冷卻系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、緩沖裝置。圖1為變頻自動張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 變頻自動張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

電控系統(tǒng)組成構(gòu)件包括防爆控制箱+本安接線箱+本安操作箱。張緊絞車組成構(gòu)件為防爆電機+傳動減速器+摩擦制動器+滾筒+支架/滑輪。檢測系統(tǒng)組成構(gòu)件包括檢測開關(guān)、制動壓力傳感器；緩沖壓力傳感器；張力傳感器、速度傳感器以及水溫傳感器。

冷卻系統(tǒng)包括防爆電機+水箱+泵，相關(guān)參數(shù)包括最大靜態(tài)制動扭矩（2 250 N·m）、最大動態(tài)制動扭矩（1 450 N·m）、AC660V電壓、滾筒直徑（530 mm）、制動器開啟壓力（7.5 MPa）、減速器減速比（76）。

液壓泵站組成構(gòu)件包含防爆電機+卸荷溢流閥+齒輪泵+電磁換向閥+油相+蓄能器+壓力表等，相關(guān)參數(shù)包括電機額定功率（1.1 kW）、電機額定轉(zhuǎn)速（1 450 r/min）、系統(tǒng)壓力（7.5 MPa）、系統(tǒng)流量（10 L/min）、油箱容積（65 L）。

緩沖裝置組成構(gòu)件包括防爆電機+乳化液泵+油缸+溢流/單向/截止/安全閥+蓄能器，圖2為緩沖裝置結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2 緩沖裝置結(jié)構(gòu)示意圖

變頻自動裝置整機的相關(guān)參數(shù)包括裝機功率（55 kW）、鋼絲繩最大牽引力（110.6 kN）、牽引速度（0.5 m/s）、鋼絲繩直徑（20 mm）[1]。

2.2 傳動原理

在制動器開啟后，轉(zhuǎn)矩通過防爆電機輸出，在錐齒輪出經(jīng)歷一級減速后再傳送給星星減速器的輸出軸，利用連接盤對滾筒傳輸轉(zhuǎn)矩。之后，鋼絲對滾筒進(jìn)行纏繞，力通過2個定滑輪和3個動滑輪向變向滾筒傳輸。當(dāng)絞車滾筒順時針旋轉(zhuǎn)，代表緊帶，張力會增加，而反之則標(biāo)識松帶操作，會將張力減少。

2.3 工作原理

2.3.1 變頻張緊裝置的工作原理

在裝置開始工作前，會先開啟冷卻系統(tǒng)，進(jìn)而利用溫度傳感器檢測水箱的溫度，當(dāng)判斷水箱的溫度比設(shè)定溫度低，即停止工作，若判斷水箱溫度與設(shè)定溫度一致或是更高，裝置自動進(jìn)入工作狀態(tài)，直至水箱溫度再次下降。冷卻系統(tǒng)的主要功能，是將防爆控制箱的溫度有效降低，從而避免因溫度過高帶來的報警。

2.3.2 制動器液壓泵站工作原理

在裝置進(jìn)入工作狀態(tài)前，會先檢測泵站的壓力，若判斷小于7 MPa。會進(jìn)行泵站的啟動工作，待壓力提升到7 MPa，會進(jìn)入待機狀態(tài)，當(dāng)作業(yè)需要使用變頻絞車時，PLC會將工作命令傳輸?shù)綋Q向閥處，同時運用蓄能器中存儲的能量開啟制動器，讓絞車啟動并進(jìn)行著反轉(zhuǎn)的作業(yè)。此外，在絞車運行3到5次之后，如果判斷泵站的壓力下降到5 MPa以下，倘若泵站壓力小于5 MPa，PLC會發(fā)出指令讓泵站重新啟動，并在此將壓力提升至設(shè)定值，在此期間，絞車的工作取決于泵站壓力。

當(dāng)啟動命令傳輸?shù)綇埦o裝置期間，會先對制動器泵站和冷卻系統(tǒng)啟動，進(jìn)行水溫、油溫的溫度檢測，確保都達(dá)到預(yù)設(shè)的要求后，對張力值是否一致于設(shè)定值，若出現(xiàn)張力的差值差超過設(shè)定值，會將制動器自行開啟，絞車對開啟松帶以及緊帶做作業(yè)，從而讓張力到達(dá)設(shè)定值數(shù)值，在調(diào)節(jié)過張力之后，張力預(yù)備完成的信號會對疾控進(jìn)行發(fā)送，隨后啟動輸送機的電機。

完成啟動之后，張緊裝置會以運行張力為依據(jù)對張力加以調(diào)整。在運輸機處于運行階段，若將張力值始終控制于設(shè)定的范圍中，絞車會一直處于待機的狀態(tài)，而如果張力出現(xiàn)變化，自動激活張緊絞車，將張力快速調(diào)節(jié)至運行張力值，隨后繼續(xù)保持待機。當(dāng)自動張緊裝置接收到停車信號期間，PLC會激活絞車，隨后絞車進(jìn)入工作，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的松緊帶作業(yè)，讓張力值變?yōu)橥C張力值。在輸送機處于停機的階段，雖設(shè)備處于停機，但是絞車的制動器始終處于打開的狀態(tài)，以保證變頻器的快速反映能力。當(dāng)停機結(jié)束后，變頻絞車會持續(xù)保持張力，制動器會通過PLC發(fā)送命令，停止工作[2]。

3 變頻自動張進(jìn)裝置應(yīng)用實例

實例為山西大同某礦井工作面可伸縮帶式輸送機，該設(shè)備具體參數(shù)如下：驅(qū)動功率為3×500 kW變頻驅(qū)動；輸送帶寬1.4 m、長3 200 m。輸送帶強度2 000 MPa，輸送量為2 600 t/h。配有變頻調(diào)速自動張緊裝置、同時配有緩沖裝置。自該設(shè)備2015年投入生產(chǎn)，截止到2018年，設(shè)備運行始終穩(wěn)定、安全，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶張力的自動調(diào)節(jié)功能，將設(shè)備配合自移機尾，可對膠帶實現(xiàn)收縮作業(yè)[3]。

4 結(jié)語

自動張緊裝置是一種新型的張緊裝置，具有響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強、控制方便、維護(hù)簡單等特點。裝有變頻自動張緊裝置的帶式輸送機在大同某煤礦自投運以來的狀況表明，該裝置對膠帶張力自動調(diào)節(jié)的效果良好，裝有該裝置的帶式輸送機運行穩(wěn)定安全。