刮板輸送機張力檢測系統研究

摘 要：通過刮板輸送機張力檢測系統研究，分析了刮板輸送機張力檢測系統的原理及設計方法，并對刮板輸送機張力檢測系統運行過程進行了檢測研究，得出刮板輸送機張力檢測系統運行狀態良好，可以有效檢測刮板輸送機張力，為刮板輸送機張力智能控制實現奠定堅實的基礎。

關鍵詞：刮板輸送機;張力檢測系統;鏈條

0 前言

刮板輸送機是綜合機械化采煤關鍵裝備，承擔著為煤料運輸提供運行軌道、為液壓支架提供推移支點的責任。在我國煤礦向大型化、深部化不斷發展進程中，對刮板輸送機運輸距離、驅動能力、智能化水平提出了更高的要求，而刮板輸送機鏈條張力是刮板輸送機運輸狀態的直接反映模塊，張力過大會增加刮板輸送機運行阻力，張力過小則會造成刮板鏈脫落，影響刮板輸送機正常運行。基于此，對刮板輸送機鏈條張力檢測系統進行適當分析就具有至關重要的意義。

1 刮板輸送機張力檢測系統運行原理

刮板輸送機張力檢測系統主要是通過在與刮板連接位置鏈環上、刮板兩側分別進行張力應變片（將檢測到信號經無線信號發射模塊傳輸至數據采集系統）、電源模塊（為無線信號發射模塊、張力應變片供電）及無線信號發射模塊的安裝，經刮板鏈輪產生瞬時張力，進行張力檢測[1]。

2 刮板輸送機張力檢測系統設計

2.1 需求分析

從刮板輸送機的實際工況來看，其負載始終處于動態變化，再加上刮板輸送機鏈條為彈性體，在運行時動態應拉力影響下會產生彈性伸長，而伸長量的存在，會促使刮板鏈于驅動鏈輪分離點位置松弛、堆積或斷裂。為避免上述問題出現，在初次安裝刮板輸送機鏈條或者運轉一定時間后給予其一定張力（刮板輸送機靜止時封閉鏈條內張力），促使其產生預加彈性伸長。刮板輸送機靜止時封閉鏈條內張力的形成主要依賴拉緊裝置實現，雖然現階段液壓缸緊鏈器、盤閘緊鏈器均可以反映拉緊力大小，但是并無法獲得特定刮板輸送機靜止時封閉鏈條內張力。此時，就需要設計專門的刮板輸送機靜止時封閉鏈條內張力檢測系統，獲得與要求相符合的張力大小。

2.2 系統設計

由于刮板輸送機鏈條張力檢測系統主要目的為檢測刮板輸送機運行階段鏈條張力變化，因此，在系統設計過程中應圍繞刮板輸送機鏈條運轉，設計一含傳感器及放大電路部分、數據采集系統及存儲、數據傳輸及分析裝置等幾個模塊的固定式特殊裝置，開始實時數據采集。

其中傳感器系統及放大電路部分主要包括數據轉換、鏈條張力變化采集兩個部分，可以將刮板輸送機運行過程中鏈條張力變化全部轉換為電信號波動。壓力傳感器主要安裝在刮板輸送機鏈條上，經電阻應變片（鏈條上設置的部分直徑小于以往圓環鏈直徑的應變片，可以實現數據的測量），將鏈條張力值通過電路電橋，并按照特定規律變化為與之成線性關系的電信號輸出[2]。由于輸出電信號較為微弱，為滿足模數轉換要求，可以在信號轉換前設置一個放大電路及濾波處理電路，為A/D轉換器（模擬數字轉換器，將模擬信號轉變為數字信號）順利運行提供依據。整個壓力傳感器封蓋與鏈條、內部電路板與外界接口通道、封閉電路板蓋與刮板密封墊間均設置有密封圈，可以保證系統密封性。

數據轉換、采集及存儲主要是在放大電路輸出電信號進入單片機后，經A/D轉換器進行數據采集，獲得與各對應點鏈條張力一一對應的離散數值，并將其存儲在數據芯片內。存儲數據經一段時間后可由串行口輸出至上位機開展模態分析，更加全面的獲得刮板輸送機運行情況，為整個上產過程順利進行提供引導。同時在電橋橋臂上，可以采用四個一樣的應變片連接成單臂，達到一定應變片溫度補償目標。

在數據傳輸及分析裝置運行過程中，考慮到刮板輸送機鏈條主要承受拉力變形，橋路輸出微弱電信號、刮板輸送機鏈條張力變化間存在線性關系，且存在較大干擾成分，再加上電量為模擬信號，無法直接傳輸、分析。因此，可以在放大電路放大微弱電信號后，在信號傳入單片機內部模擬轉換器時進行再次濾波處理，保障存入數據存儲器的采集數據的有效應用。

3 刮板輸送機張力檢測系統應用效果測試

3.1 測試準備

為確定刮板輸送機鏈條張力檢測系統應用效果，可以在對刮板輸送機張力應變片進行張力標定的基礎上，選擇實驗室加載方式，對刮板輸送機張力檢測系統應用效果進行測試[3]。

依據實際工況位置、角度，在加載實驗臺上固定安裝有張力應變片的刮板、鏈環，選擇逐級加載的方法，以50.0kN為每次加載增幅，通過9次加載對應變片進行張力標定。同一加載力反復5次加載計算微量應變均值，最終獲得加載力200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN、550kN、600kN所對應微應變值為1855με、2074με、2299με、2541με、2796με、3105με、2451με、3816με、4238με。

3.2 測試過程

在現場測試時，采用SGZ1000/170型雙驅動刮板輸送機，該型號刮板輸送機為42.0mm*146.0mm緊湊型中雙鏈，鏈條運行速度為每秒

1.58m。SGZ1000/170型雙驅動刮板輸送機在運行過程中主要采用人為方法，隨機向供應載荷重量一定原煤。通過對多個時段變載條件下系統張力值進行計算，可以獲得SGZ1000/170型雙驅動刮板輸送機實時張力變化。

3.3 測試結果分析

由于每一次張力峰值變化均表示裝有張力應變片刮板過一次鏈輪，而每兩次過鏈輪時間間隔在53s左右，由此可計算SGZ1000/170型雙驅動刮板輸送機運行一個周期時間。在SGZ1000/170型雙驅動刮板輸送機一個周期運行過程中，由于上端鏈實時載荷差異，張力峰值會發生一定變化[4]。根據前期張力標定值，對刮板張力--微應變進行擬合處理后可知：右鏈輪嚙入點（微應變值為1550με）所對應張力為119.5541kN;右鏈輪嚙出點（微應變值為1492με）所對應張力為103.5121kN;左鏈輪嚙入點（微應變值為1628με）所對應張力為141.1412kN;左鏈輪嚙出點（微應變值為1504με）所對應張力為106.5841kN;左右鏈輪峰值點微應變分別為2234με、2498με所對應張力為286.1425kN、345.6895kN。由上述數據可得出，該刮板輸送機張力檢測系統可以實時檢測鏈條張力變化，且精準度較高。同時經檢測得出的上端鏈運行阻力隨載荷的實時變化而出現正方向變化。

4 總結

綜上所述，刮板輸送機張力的實時在線檢測，對于保證刮板輸送機實時維護質量、延長刮板輸送機使用壽命具有重要意義。因此，相關技術人員應立足張力檢測與傳輸技術領域，從數據測試采集、數據傳輸、數據分析處理三個層面入手，構建完整的刮板輸送機張力檢測系統框架。通過刮板輸送機張力檢測系統在井下刮板輸送機運作時對鏈條上張力進行實時精準檢測及儲存，可以保證數據時效性，為刮板輸送機安全、平穩運行提供保障。

參考文獻：

[1]趙悅，屈賢，蘭英.刮板輸送機鏈條張力控制系統的設計與仿真[J].煤炭技術，2018，037（012）：293-295.

[2]李海鋒.基于微應變的刮板輸送機張力測試系統及特性分析研究[J].中國金屬通報，2018，000（003）：207-208.

[3]趙芹.刮板輸送機鏈條張緊力檢測及控制系統[J].現代機械，2019，209（01）：73-75.

[4]翟巖，武兵，牛藺楷，等.低功耗刮板輸送機張力無線監測系統設計[J].工礦自動化，2019，45（04）：86-91.

作者簡介：

徐國棟（1991- ），男，漢族，河南虞城縣人，大專，畢業于運城市職業技術學院機械制造自動化專業。