膠帶輸送機變頻自動張緊系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉衛(wèi)東

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033600）

引言

膠帶輸送機作為煤炭井下遠(yuǎn)距離輸送的關(guān)鍵設(shè)備[1]，其工作的可靠性不僅關(guān)系煤炭掘進工作的安全，還與煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益息息相關(guān)，現(xiàn)已引起了煤炭行業(yè)的廣泛關(guān)注[2-4]。傳統(tǒng)的膠帶輸送機張緊工作依靠人工操作，不僅效率低下，而且效果不佳，經(jīng)常出現(xiàn)張緊之后膠帶跑偏的情況，影響整個煤炭輸送工作的開展，限制煤炭企業(yè)產(chǎn)量的進一步提升[5]。因此針對某煤炭企業(yè)膠帶輸送機手動張緊效率低的問題，開展了變頻自動張緊系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究工作。

1 膠帶輸送機存在的問題

膠帶輸送機作為一種長距離輸送裝置，在煤炭掘進工作過程中取得了較為廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示，可以看出，膠帶輸送機結(jié)構(gòu)涉及輸送帶、滾筒、拉緊裝置等。輸送帶在傳動滾筒和尾部滾筒的支撐下形成閉環(huán)，上下膠帶的自動由托輥支撐抵消，減小其撓曲垂度，膠帶張緊力由拉緊裝置提供并可調(diào)整。膠帶輸送機運行時，驅(qū)動滾筒帶動膠帶連續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動膠帶表面的煤炭物料前移，實現(xiàn)煤炭物料的遠(yuǎn)距離輸送。目前膠帶輸送機張緊調(diào)整方式多為手動，調(diào)整效率低，難以保證張緊輥輪兩端的張緊量一致，經(jīng)常出現(xiàn)張緊之后膠帶跑偏問題。

圖1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)原理

2 張緊裝置的布置要求

張緊裝置的設(shè)計首先要保證張緊裝置布置的合理性，以便保證輸送機的正常運轉(zhuǎn)，包括輸送機的啟動、制動等，保證輸送機中膠帶在驅(qū)動滾筒上不能出現(xiàn)打滑。因此，結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗及相關(guān)資料查詢結(jié)果，確定了張緊裝置布置的要求如下：第一是將拉緊裝置盡量布置在膠帶所受張力較小的位置；第二是對于輸送距離大于300 m 的水平或坡度在5%以下的傾角輸送機，張緊裝置適宜布置在緊靠驅(qū)動滾筒的空載側(cè)；第三是輸送距離不大于300 米或坡度在5%以上的上傾輸送機，拉緊裝置適宜布置在輸送機的尾部，通過拉緊尾部滾筒實現(xiàn)膠帶的張緊；第四是雙滾筒驅(qū)動輸送機，張緊裝置適宜布置在后一個傳動滾筒分離點；第五是拉緊裝置一定要布置于拉緊滾筒繞入和繞出膠帶分支與滾筒位移線平行，而且施加的張緊力要通過滾筒中心。

3 變頻調(diào)速自動張緊裝置的設(shè)計

3.1 方案設(shè)計

根據(jù)膠帶輸送機對于自動張緊裝置設(shè)計的需求，結(jié)合膠帶輸送機張緊裝置的布置要求，選擇變頻調(diào)速技術(shù)進行變頻調(diào)速自動張緊裝置方案的設(shè)計。設(shè)計完成的變頻調(diào)速自動張緊裝置方案如下頁圖2所示，其組成主要包括防爆變頻器、隔爆型三相異步電動機、電磁離合器、電磁制動器、行星減速機、卷筒、張緊輥筒、張力傳感器及控制系統(tǒng)等。部分關(guān)鍵部件設(shè)計參數(shù)如下：防暴變頻器的功率數(shù)值為55 kW、電壓數(shù)值為660 V、輸出頻率數(shù)值為0～50 Hz；防爆電動機的性能參數(shù)為55 kW/1 480 r/min。行星減速機型號為EC3400，減速比為80.5。變頻調(diào)速自動張緊裝置的最大沖擊張力為200 kN。

圖2 變頻調(diào)速自動張緊裝置方案

3.2 工作原理

變頻調(diào)速自動張緊裝置啟動時需要將主電動機的啟動信號發(fā)送至控制系統(tǒng)3 方可實現(xiàn)變頻調(diào)速自動張緊裝置動作。如下頁圖2 所示，卷筒1 主要負(fù)責(zé)膠帶張緊與放松動作，是膠帶張緊的直接驅(qū)動力；行星減速機2 的作用是對隔爆電動機輸出的高速低扭矩動力進行降速增扭，實現(xiàn)張緊力的穩(wěn)定輸出；電磁制動器4、聯(lián)軸器5 和電磁離合器6 布置于卷筒和防暴電動機之間，主要負(fù)責(zé)張緊動力的輸出與停止，聯(lián)軸器還具有緩沖與過載保護的作用；防爆變頻器8 主要接收控制系統(tǒng)3 的控制信號，實現(xiàn)電機頻率的調(diào)節(jié)與控制，進而控制防暴電機的輸出動力，調(diào)節(jié)自動張緊驅(qū)動力大?。粡埩鞲衅?1 的作用主要負(fù)責(zé)采集膠帶運行過程中的實時張力大小，反饋至控制系統(tǒng)3 進行邏輯分析，進一步確定是否需要改變變頻器的控制信號，調(diào)節(jié)自動張緊裝置的張力大小，實現(xiàn)膠帶張緊力的閉環(huán)控制。

3.3 工作流程

變頻調(diào)速自動張緊裝置工作流程如圖3 所示，系統(tǒng)運行方式包括自動、手動和急停三種模式，采用了PLC 邏輯控制器進行數(shù)據(jù)采集與反饋控制，張力傳感器作為膠帶張力大小實時采集的元件，達到變頻調(diào)速自動張緊裝置閉環(huán)控制的目的。變頻調(diào)速自動張緊裝置啟動工作時，張力傳感器采集得到的張緊力等于膠帶輸送機啟動時張緊力設(shè)定初值時，一般為正常工作張緊力的1.5 倍，隔爆電動機立即停止運行，電磁制動器和離合器順序斷電，實現(xiàn)變頻調(diào)速自動張緊裝置的制動控制。膠帶輸送機啟動工作完成，控制系統(tǒng)控制電磁制動器得電，電磁制動器中摩擦片受電磁力作用被松開，實現(xiàn)膠帶的自動松帶目的。當(dāng)張力傳感器反饋的數(shù)值達到設(shè)定的工作值時，電磁制動器斷電，電磁制動器中制動摩擦片依靠內(nèi)部彈簧力壓緊并處于制動狀態(tài)。

圖3 變頻調(diào)速自動張緊裝置工作流程

膠帶輸送機工作過程中的膠帶張緊力要求滿足±10%以內(nèi)的偏差，當(dāng)膠帶實時張緊力數(shù)值未達到規(guī)定數(shù)值時，啟動自動張緊裝置，增加膠帶張緊力使其被拉緊，達到規(guī)定張緊力數(shù)值；當(dāng)膠帶實時張緊力數(shù)值超過規(guī)定數(shù)值時，電磁制動器得電，制動器內(nèi)摩擦片被松開，減小膠帶張緊力使其被松開，達到規(guī)定張緊力數(shù)值；當(dāng)膠帶輸送機運行時，出現(xiàn)張緊力突然消失，說明膠帶出現(xiàn)了斷裂或卡死等故障，控制系統(tǒng)會立即斷電，停止變頻調(diào)速自動張緊裝置工作。

3.4 功能特點

變頻調(diào)速自動張緊裝置使用了較為先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)，能夠有效降低膠帶輸送機啟、停時膠帶所受的沖擊，延長膠帶的使用壽命。膠帶輸送機運行時，變頻調(diào)速自動張緊裝置具有自動調(diào)節(jié)張緊力的功能，實現(xiàn)膠帶輸送機較大張緊力條件下的啟動、制動，較小張緊力條件下的運行，避免輸送帶波涌現(xiàn)象，提高膠帶輸送機的運行可靠性。變頻調(diào)速自動張緊裝置結(jié)構(gòu)組成較為簡單，僅涉及電器與機械部分，減少了復(fù)雜的機械和液壓部件，增強了裝置維護便捷性。

4 應(yīng)用效果評價

為了驗證膠帶輸送機變頻自動張緊系統(tǒng)設(shè)計的合理性和可行性，將其應(yīng)用于某型號膠帶輸送機進行試運行，對其進行為期半年的跟蹤記錄，結(jié)果表明，膠帶輸送機變頻自動張緊系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了膠帶張緊自動控制的功能。統(tǒng)計結(jié)果顯示，膠帶輸送機變頻自動張緊系統(tǒng)的應(yīng)用，減少了膠帶張緊工作人員1～2 名，膠帶未出現(xiàn)因張緊出現(xiàn)跑偏的問題，提高了膠帶輸送機近15%的有效利用時間，保證了煤炭綜采工作的順利開展，預(yù)計為煤炭企業(yè)新增經(jīng)濟效益近40 萬元/年，取得了很好的應(yīng)用效果。