礦用帶式輸送機張緊裝置的改進與應用

劉 暉

（山煤集團凌志達煤業有限責任公司，山西長治 046606）

0 引言

皮帶張緊裝置在帶式輸送機運輸過程中起著至關重要的作用[1-2]，能夠在輸送機啟動、制動、正常工作時，保證皮帶具有足夠的張力，從而使皮帶與滾輪之間能夠有足夠的摩擦力而不會出現打滑，同時保證皮帶在各托輪間有一定的垂度，不會出現皮帶過松而導致撤料的情況，是帶式輸送機的主要組成部分。除了上述所說的主要作用外，改進的帶式輸送機張緊裝置在皮帶輸送機啟動和正常拉力之間能夠實現動態自動轉換，通過對皮帶張緊力的感應，使帶式輸送機在啟動時皮帶能夠實現即時張緊，以增加輸送機的啟動效率，在正常運行時能夠根據運行實況對皮帶拉力進行實時調整[3-5]。

1 傳統游動車張緊裝置存在問題

（1）帶式輸送機傳統的張緊裝置主要是利用游動設備傳送儲存設備，以此來實現輸送機皮帶的松緊，操作程序比較繁瑣，不能與輸送機電機進行有效協調工作，在調整輸送機皮帶張緊力時需停止電機運行。一般游動設備安裝位置距離電機頭20 m左右，離工作人員位置較遠，在出現緊急狀況時，需要1人關閉電源，1人操作游動設備，容易造成操作錯誤，更嚴重可能還會造成安全事故。

（2）由于游動設備需要人為控制，一般會導致皮帶在空載和滿載時張緊力較小，在正常運作過程中，常常出現大塊煤矸石掉落，會造成皮帶張緊力的極速磨損，這些情況一般工作人員很難發現，這就造成皮帶在長時間張緊力緊松交替的狀態下被拉斷。

圖1 皮帶輸送機自動感應張緊裝置結構示意圖

（3）皮帶在長時間工作后會出現嚴重的磨損，如果不能及時發現，在皮帶運輸大量矸石或張緊力過緊時，很容易發生皮帶拉斷的情況[6]。

2 帶式輸送機張緊裝置改進

2.1 輸送機自動張緊裝置結構

輸送機自動張緊裝置結構如圖1所示。該張緊裝置主要由以下設備組成：激光掃描儀、控制游動車的饋電開關、重力感應裝置、聯鎖開關、PLC控制柜、電纜等。

（1）感應彈簧、感應器以及7個托輥組成重力感應器。通過在皮帶上方每隔50 m安裝1個重力感應器來對皮帶張緊力進行監控，然后再通過信號線將結果傳到PLC控制柜。

（2）儲帶游動車、松帶游動車、拉緊游動車3部分共同組成游動車部分。3個游動車通過鋼絲繩進行連接，并且通過電纜與游動車開關相連。其中松帶游動車與拉緊游動車放置在巷道軌道上，通過拉動儲帶游動車來對皮帶的張緊力進行調控。

（3）通過在皮帶下方安裝激光掃描儀發射的紅外線，可以對內部鋼絲繩以及皮帶表面進行監控，激光掃描儀可以捕捉鋼絲繩及皮帶表面是否發生斷裂，并把監測結果通過信號線傳輸到PLC控制柜。

（4）PLC控制柜上的信號處理器將從各設備上收到的信號做統一處理，并將處理結果包括各設備運行狀態及運行參數傳輸到顯示屏上進行實時顯示，方便工作人員觀察及處理，工作人員處理的結果會再次通過信號處理器反饋到各設備上進行執行。

（5）根據饋電開關的負荷不同，各開關選擇電流大小的饋電開關不同。游動車開關選擇80 A的饋電開關，輸送機及連鎖開關選擇200 A的饋電開關，每個饋電開關通過20 mm2的電纜進行相連。

2.2 自動輸送機張緊裝置應用

（1）根據查閱輸送機皮帶說明書可知，皮帶張緊力的承載范圍一般為150～300 kN。通過實際測試可知[7-8]，當皮帶上堆積大量煤矸石時，皮帶的張緊力會變大；當皮帶拉緊力達到300 kN時，皮帶拉緊力達到了極限，很容易發生斷裂。因此為了安全，預留一定的拉緊力空間，可將重力感應裝置的上限設置為280 kN。

（2）當皮帶上堆滿煤矸石導致皮帶拉緊力達到280 kN時，重力感應器會發出信號，信號通過信號線傳輸到PLC控制柜，工作人員針對控制柜顯示屏顯示的結果，對問題進行及時處理，保證系統的正常運行。

（3）PLC控制柜接收到各設備傳輸的信號后進行處理并分析，針對分析處理后得到的松動信號，控制柜會將其傳輸到連鎖開關，連鎖開關收到信號后會命令游動車饋電開關及時接通松帶游動車，通過松帶游動車同時帶動儲帶游動車和拉緊游動車向前移動，以此來達到松帶的效果。

（4）當皮帶上較重的承載部分運出了測量范圍后，皮帶會再次變松。為了不出現皮帶打滑現象，必須對皮帶進行再次拉緊，此時重力感應系統會回到初始數據，并及時對控制柜進行信號傳遞。控制柜收到信號后再次傳輸拉緊信號對游動車聯鎖開關進行命令，聯鎖開關收到指令后會做出切斷松帶游動車饋電開關并及時接通拉緊游動車饋電開關，以此來拉緊皮帶。

（5）當皮帶拉緊到設置的張緊力時，重力感應裝置會再次發送信號到控制柜，控制柜通過命令聯鎖開關來切斷拉緊游動車電源。

（6）激光掃描儀實時對皮帶表面及內部鋼絲繩進行檢測。當發現皮帶表面磨損或鋼絲繩發生嚴重斷裂時，會傳輸信號到控制柜，控制柜經過分析處理后將指令傳輸信號至聯鎖開關，聯鎖開關在收到指令后會做出及時切斷輸送機電源的動作，這樣就可以避免發生皮帶及鋼絲繩在工作過程中發生斷裂事故。

（7）為了能夠確定皮帶磨損或鋼絲繩發生破損的具體位置，通常將激光掃描儀安裝在距離機頭40 m處，這樣控制柜可以通過皮帶當時的運行速度以及激光掃描儀接受信號至控制柜傳輸指令和輸送機的時間來對破損的位置進行計算，同時將計算結果顯示到屏幕上，方便工作人員進行快速處理。

3 帶式輸送機自動張緊裝置優缺點

（1）帶式輸送機自動張緊裝置由于設計成本低且方便安裝拆卸，可以在任何工作面或是其他相關領域的皮帶上使用。

（2）利用該自動張緊裝置，可以實時對輸送機皮帶的張緊力進行監控；可以及時根據實際情況進行張緊力調整以及報警作業，保證了皮帶安全高效地運行。

（3）該裝置能夠精準有效地解決皮帶磨損及鋼絲繩破損的預警工作，有效防止了皮帶及鋼絲繩斷裂事故的發生，且方便現場工作人員進行及時地修理工作。

（4）雖然該裝置監測精確度較高，但也存在許多問題。首先，一般井下工作面處于潮濕狀態，導致皮帶在運輸完成后上面會存留大量的煤泥，嚴重影響了激光掃描儀的工作效果，不能對皮帶表面進行有效地監控和預警；其次，一般工作面為提高運輸效率，皮帶的運行速度很大，導致當出現煤矸石過重時，重力感應系統感應的時間較短，頻繁出現系統不能及時做出處理的情況，這就導致皮帶在頻繁的超載運行下，發生嚴重磨損，減少使用壽命；最后，由于該系統游車較多，頻繁調動3種游車的運行，導致游車彼此之間的鋼絲繩容易發生纏繞及摩擦，影響工作效率。

4 結束語

本文設計的皮帶輸送機自動張緊裝置改變了傳統游動車張緊裝置的低效及不安全性，實現了皮帶輸送機張緊力調整的自動化，延長了皮帶及鋼絲繩的使用壽命，提高了生產運輸效率及安全性，對煤礦安全高效生產的實現具有重要意義。