帶式輸送機自動張緊裝置的設計與應用

張 偉

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司， 山西 朔州 036000）

引言

張緊裝置作為帶式輸送機重要的組成部分[1-2]，在輸送機工作過程中為輸送帶的正常運行提供需要的張緊力，但是由于輸送帶運行過程中具有蠕變特性，長時間使用過程中導致輸送帶出現松弛問題，降低輸送帶的輸送效率甚至失去輸送能力[3-6]，可見張緊裝置的作用特別重要，因此開展帶式輸送機張緊裝置的設計工作具有重要的意義。

1 帶式輸送機張緊裝置的組成和原理

張緊裝置作為帶式輸送機穩定工作的重要保障，其結構組成主要包括驅動電機、動力傳動系統、輸送帶張緊絞車、滑輪組、鋼絲繩以及游動小車等，如圖1所示。帶式輸送機工作過程中通過控制張緊電機經傳動裝置驅動張緊絞車旋轉，進而拉動游動小車對輸送帶進行張緊，以此補償帶式輸送機運行過程中因蠕變產生的張力松弛，保證其穩定運行。

2 變頻自動張緊裝置設計方案

新型變頻自動張緊裝置是在原有張緊裝置中增加了變頻器、張緊力檢測傳感器，優化改進了控制系統，增加了電磁制動器，以此提高帶式輸送機張緊裝置的性能。其主要由張緊小車、滑輪組、張緊滾筒、電磁制動器、聯軸器、絞車支架、傳動裝置、永磁同步電機、變頻器、張力傳感器、控制器組成，如圖2所示。其中張緊力傳感器用于檢測張緊鋼絲繩的張力大小，之后傳輸至控制系統進行分析存儲；電磁制動器的主要作用是保證張緊電機斷電之后不會出現因慣性而繼續轉動的情況；電控系統改用PLC邏輯控制系統，通過分析張力傳感器的張力信號，發出變頻控制信號，實現對張緊電機的控制。

新型變頻自動張緊裝置工作過程中當輸送帶需要進行張力的調整時，首先打開制動器，張緊電機驅動張緊滾筒旋轉運動，鋼絲繩經滑輪組放大拉力之后拉動張緊小車在導軌上運動，進而實現張緊功能。當張力傳感器檢測得到的張力大小信號異常時，電控系統就會根據張力實際監測值與設定值進行對比，若張力較大則輸出控制信號給變頻器進行張力卸載，若張力不足則輸出控制信號給變頻器進行張力補充，當輸送帶張力滿足其運行要求時，張緊裝置電控系統就會輸出制動器制動指令，張緊小車停止運動，張緊力得到保持。

圖1 帶式輸送機系統組成框圖

圖2 變頻自動張緊系統原理圖

3 變頻自動張緊裝置主要構件的設計

3.1 鋼絲繩的選型

根據該礦用帶式輸送機的實際工作狀況，確定張緊裝置的利用等級為T2，載荷狀態為L2，故而得出張緊裝置的工作等級為M2。由圖2可以看出張緊裝置中存在較大倍率的滑輪組以降低鋼絲繩工作載荷和驅動電機的扭矩，參考標準《鋼絲繩》（GB/T 8918—1996）確定鋼絲繩型號為6×19，鋼絲繩直徑d=26 mm，公稱抗拉強度為2 000 MPa，其最小破斷力為517 kN。

3.2 滑輪結構的設計

滑輪結構如圖3所示，主要設計參數包括槽底半徑R、滑輪的直徑D以及滑輪槽的夾角θ。根據鋼絲繩的直徑確定滑輪槽底的半徑R=（0.53～0.6）d，此處R=0.59d=15.4 mm，滑輪槽的夾角θ的范圍要求大于30°小于90°，為了保證鋼絲繩工作的可靠性，此處選擇滑輪槽夾角為40°，滑輪的直徑D取486 mm。

圖3 滑輪結構

3.3 張緊滾筒結構的設計

張緊裝置中滾筒的結構主要設計參數包括滾筒名義直徑、滾筒槽底直徑、容繩量等。根據張緊裝置的工作級別、鋼絲繩的結構以及鋼絲繩直徑d確定了名義直徑D1=520 mm；滾筒槽底的直徑D=D1-d=494mm；帶式輸送機要求張緊裝置具有30 m的張緊行程，得到滾筒的容繩量L=180 m，絲繩的纏繞層數n=5，最后確定滾筒的長度為0.55 m。

3.4 張緊裝置傳動系統的設計

針對上述變頻自動張緊裝置方案，給出了三種不同的張緊裝置動力傳動系統，包括變頻電機直接驅動方案、變頻電機減速器驅動方案和變頻電機蝸輪蝸桿驅動方案。

3.4.1 變頻電機直接驅動方案

如圖4所示給出了變頻電機直接驅動傳動系統組成原理圖，其主要由驅動電機、聯軸器、絞車滾筒和制動器組成。驅動電機輸出的扭矩直接通過聯軸器傳輸至驅動滾筒，無需中間環節，當輸送帶達到張緊要求之后關閉制動器，保持張緊力。根據變頻自動張緊裝置的要求選擇驅動電機型號為T（B）YCS-110-32/45（660/380），與之配套的張緊絞車型號為ZJ-80/42D，制動器型號為KZP-450/25-I。該傳動系統的結構組成較為簡單，動力傳輸穩定可靠，具有較高的傳輸效率，較低的制造成本及工作過程中的機械損耗，運行維護保養簡單，但是該傳動系統對于驅動電機和制動器性能要求較高。

圖4 變頻電機直接驅動系統原理圖

3.4.2 變頻電機減速器驅動方案

如圖5所示給出了變頻電機減速器驅動傳動系統組成原理圖，其主要由驅動電機、制動器、聯軸器、減速器和絞車滾筒組成。驅動電機輸出的扭矩首先經過一級減速器進行降速增扭，之后傳輸至驅動滾筒，制動器連接在減速器輸入端，避免因為電機斷電慣性導致絞車滾筒的繼續滾動，當輸送帶達到張緊要求之后關閉制動器，保持張緊力。根據變頻自動張緊裝置的要求選擇驅動電機型號為 T（B）YCS-75-32/45，與之配套的張緊絞車型號為ZJ-80/42D，制動器型號為CZ-1000。該傳動系統對于驅動電機及制動器的要求較低，一級齒輪傳動效率較高，但是該傳輸系統的結構較為復雜，增加了動力傳輸路線，提高了傳動系統的運行維護工作量及成本。

圖5 變頻電機減速器驅動系統原理圖

圖6 變頻電機蝸輪蝸桿驅動系統原理圖

3.4.3 變頻電機蝸輪蝸桿驅動方案

如圖6所示給出了變頻電機蝸輪蝸桿減速器驅動傳動系統組成原理圖，其主要由驅動電機、制動器、聯軸器、蝸輪蝸桿減速器和絞車滾筒組成。其工作過程與變頻電機減速器驅動方案類似。根據變頻自動張緊裝置的要求選擇驅動電機型號為TYB315L1-4，與之配套的張緊絞車型號為ZJ-80/42D，制動器型號為CZK-63。該傳動系統相較于變頻電機直接驅動方案降低了驅動電機與制動器的要求，工作過程中電機處于高頻狀態運行，但是蝸輪蝸桿傳動效率極低，并且系統維護保養工作要求較高。

3.4.4 方案對比分析

隨著科學技術的發展，電機調速技術日趨成熟，永磁同步電機低轉速高扭矩輸出的優勢越來越突出，變頻電機直接驅動系統相較于另外兩種方案具有結構簡單緊湊、傳動效率高、工作穩定性好等優點，因此變頻自動張緊裝置的傳動系統采用變頻電機直接驅動系統。

4 結論

1）將新型變頻自動張緊裝置應用于某型號帶式輸送機中，能夠完成輸送帶的張緊要求，保證了帶式輸送機的安全穩定運行。

2）通過增加張力傳感器、改進電控系統達到了輸送帶的實時監測與連續調整的目的。

3）連續運行的半年時間內未出現張緊裝置故障問題，并且制動響應速度大大提升，相較改進前，新型變頻自動張緊裝置的應用使其設備利用率提高近10%，輸送效率提高約8%，取得了較好的效果。