帶式輸送機(jī)電氣及液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計

梁尚文

（華陽集團(tuán)機(jī)電設(shè)備管理中心，山西 陽泉 045008）

引言

張緊系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)的構(gòu)成中具有十分重要的作用，在正常啟動和運(yùn)行過程中，傳送帶可依靠自身的黏彈性起到緩沖效果。因此基于此進(jìn)行分析，在啟動與停止期間，傳送帶本身的張力變化很大；同時在長距離傳輸時，張力數(shù)據(jù)波動越大，對于傳送帶的運(yùn)動影響越大。首先，如果傳送帶內(nèi)部的張力比較大，這種情況下，傳送帶自身的摩擦系數(shù)也會變大，同時摩擦程度加深，其對應(yīng)的工作壽命就會降低。其次，如果張力比較小，輸送帶自身的摩擦系數(shù)就會下降，如果摩擦力不足，這種情況下傳送帶就會出現(xiàn)滑動的情況，可能造成傳輸?shù)牟牧匣瑒樱M(jìn)而造成其他安全事故。因此，設(shè)計分析了一種智能化的張緊裝置，該裝置不僅能手動調(diào)節(jié)皮帶張力，同時可以根據(jù)自身的工況條件進(jìn)行張力的自動調(diào)節(jié)，這可以有效地保障運(yùn)輸安全。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對自適應(yīng)液壓張緊裝置的構(gòu)成進(jìn)行分析，其主要包括液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。利用機(jī)械，電氣或者液壓等形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時經(jīng)過系統(tǒng)自身的PLC 控制程序完成控制，利用電控系統(tǒng)針對不同的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，同時將對應(yīng)的控制信號傳輸?shù)较到y(tǒng)中的控制部分，利用這種方式確保系統(tǒng)張力更加合理[1]。

張緊系統(tǒng)在構(gòu)成的過程中包括多個不同的結(jié)構(gòu)，其中主要涵蓋了張緊絞車、液壓泵站、儲能器和張緊油缸等，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。液壓裝置內(nèi)部的張力大多數(shù)情況下是利用張緊絞車進(jìn)行調(diào)節(jié)，本次設(shè)計在此基礎(chǔ)上增加了相應(yīng)的液壓裝置。利用液壓裝置在張力調(diào)節(jié)的過程中可以更加準(zhǔn)確，利用這種方式確保得到更加張力合理。

圖1 自適應(yīng)張緊裝置的結(jié)構(gòu)圖

參考帶式輸送機(jī)本身的張緊系統(tǒng)，分析其對應(yīng)的機(jī)械特性和驅(qū)動系統(tǒng)在運(yùn)行過程中對應(yīng)的特性，電氣系統(tǒng)在系統(tǒng)張力控制的過程中屬于關(guān)鍵的部件。筆者在研究的過程中，基于電氣系統(tǒng)設(shè)計了相對應(yīng)的防爆控制箱，同時選擇可編程控制器S7-1200當(dāng)作系統(tǒng)的控制核心[2]。從系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行分析，其中控制箱內(nèi)部主要涵蓋了PLC、輸入輸出繼電器、觸摸屏、接觸器和電源部分等，其中的關(guān)鍵元件為PLC，可以完成信號的采集與系統(tǒng)控制，其中涉及到的設(shè)備主要涵蓋了電力變送器，壓力變送器，溫度變送器與液位變送器。根據(jù)測量得到的功率差異，針對控制元件進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用這種方式確保系統(tǒng)可以得到更加合理的皮帶張緊力，同時可以接收皮帶集控發(fā)出的控制命令，基于此進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。電氣原理如下頁圖2 所示。

圖2 張緊控制柜電氣原理

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計原則

液壓系統(tǒng)屬于張緊系統(tǒng)的核心部件，在設(shè)計液壓系統(tǒng)的過程中，必須考量液壓系統(tǒng)在張緊系統(tǒng)整體運(yùn)行中的相關(guān)要求，這同時也是液壓系統(tǒng)在設(shè)計過程中非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)。

1）明確主機(jī)和整體布局。主機(jī)功能與其對應(yīng)的工作原理，設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)備布局，主機(jī)位置，操作方式等，基于此進(jìn)行分析，更好地確定液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中的運(yùn)動模式，同時分析其相應(yīng)的工作范圍，同時也是液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在安裝過程中必須考量的前提條件。

2）確定液壓系統(tǒng)的操作方式與性能要求。這些要求主要涵蓋了：哪些操作可以應(yīng)用液壓驅(qū)動器，同時哪些操作需要考量其對應(yīng)的同步要求和聯(lián)鎖要求等，同時考量系統(tǒng)的行程與速度設(shè)計范圍，負(fù)載情況和運(yùn)動特性等也要確保穩(wěn)定準(zhǔn)確，設(shè)計周期需要多久，工作是否可以保證安全可靠等。

3）明確主機(jī)的工作環(huán)境。工作環(huán)境對應(yīng)的溫度，污染，濕度與振動條件等相關(guān)環(huán)境要素，這些因素會直接對液壓元件與工作介質(zhì)的選擇造成影響。如果確有需要，在設(shè)計期間還必須考量系統(tǒng)本身的保護(hù)措施。

3 液壓張緊自適應(yīng)控制系統(tǒng)的工作流程

3.1 帶式輸送機(jī)起制動階段流程

為了確保輸送機(jī)在開始運(yùn)行的過程中不會出現(xiàn)滑動的情況，帶式輸送機(jī)對應(yīng)的起動張緊力與制動時張緊力必須滿足一定的設(shè)計要求，這個數(shù)據(jù)大約是正常運(yùn)行期間所需張緊力的1.3～1.5 倍[3]。在調(diào)試過程中，利用實(shí)驗(yàn)的方式確定帶式運(yùn)輸機(jī)在制動過程中所需的張緊力，然后將對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入到觸摸屏上，觸摸屏和PLC 之間進(jìn)行通信，程序直接控制張緊系統(tǒng)的動作，在設(shè)備啟動以前將系統(tǒng)的張力調(diào)節(jié)到相應(yīng)的給定值。控制箱在配備啟動以前將信號傳輸給上位機(jī)，開始啟動，此時主控系統(tǒng)也開始啟動，同時延遲一段時間，以確保傳輸機(jī)已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行。在輸送機(jī)停止前，也要進(jìn)行停止信號的傳輸，張緊系統(tǒng)會直接控制系統(tǒng)內(nèi)部的電磁比例安全閥，液壓絞盤開始反轉(zhuǎn)。皮帶張力開始減小，直到達(dá)到相應(yīng)的制動張力，液壓絞盤被制動，此時液壓系統(tǒng)停止，電機(jī)停止運(yùn)行。如圖3 為帶式輸送機(jī)在啟動過程中的流程圖。

圖3 起動階段流程圖

3.2 帶式輸送機(jī)起動至正常運(yùn)行階段流程

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行的過程中，受到不同工況與運(yùn)量的直接影響，這種情況下其對應(yīng)的張力也存在差異。使用電流變送器，可以針對電機(jī)運(yùn)行過程中的實(shí)時電流進(jìn)行檢測，然后將其傳輸?shù)絇LC；利用電流導(dǎo)出的形式得到帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中需要的張力大小，同時將公式輸入到PLC 程序內(nèi)部[4]。然后使用觸摸屏將所需的參數(shù)傳輸?shù)絇LC，經(jīng)過PLC 控制與計算得到的數(shù)據(jù)確定需要的張緊力，然后針對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到比例溢流閥需要的電信號，將信號傳輸?shù)较到y(tǒng)中的比例溢流閥，參考比例溢流閥自身的調(diào)節(jié)情況，張緊系統(tǒng)也會動作，進(jìn)而調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)運(yùn)行需要的張力。如圖4 為帶式輸送機(jī)從啟動到停止階段的流程圖。

圖4 帶式輸送機(jī)起動至正常運(yùn)行階段流程

3.3 帶式輸送機(jī)負(fù)載起動階段流程

如果皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)停止或者負(fù)載制動的情況，其對應(yīng)的張力數(shù)據(jù)也會變化。傳統(tǒng)的處理方式只需要將物料清空以后再次啟動即可，不能實(shí)現(xiàn)重載啟動；但是伴隨著科技的進(jìn)步，啟動方式也在不斷優(yōu)化，即便存在負(fù)載也可以正常啟動，只需要利用張緊裝置調(diào)節(jié)皮帶的張力就可以實(shí)現(xiàn)。針對S7-1200的功能進(jìn)行分析，其中包括寄存器功能，在帶式輸送機(jī)緊急停止時，PLC 內(nèi)部的設(shè)定程序會將此時的信號寄存到PLC 內(nèi)部，遇到帶式輸送機(jī)再次啟動時，PLC 會自動使用寄存器中的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過PLC 進(jìn)行運(yùn)算，得到啟動需要的張力大小。如下頁圖5 為帶式輸送機(jī)在負(fù)載啟動過程的流程圖。

圖5 帶式輸送機(jī)負(fù)載起動階段流程

4 節(jié)能效果對比分析

在煤礦主斜井帶式輸送機(jī)應(yīng)用了自適應(yīng)液壓控制系統(tǒng)后，運(yùn)輸安全性得到了明顯的增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了顯著的綜合效益，并且增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行過程中的可靠性與高效性，有效提高了企業(yè)創(chuàng)新能力，值得在煤礦單位大范圍推廣。針對系統(tǒng)改造以后，節(jié)能效果的對比數(shù)據(jù)如表1 所示：

表1 節(jié)能效果對比數(shù)據(jù)表