帶式輸送機液壓拉緊裝置的設計分析

劉志剛

（霍州煤電集團河津杜家溝煤業有限責任公司，山西 運城 043300）

引言

當前，長距離大功率帶式輸送機被礦山與港口行業廣泛應用，通常其投資成本與維護成本相對較低。通過分析國外長距離大功率帶式輸送機，我國在設計與生產方面存在的一定的缺陷。由于在工作的過程中往往出現皮帶打滑的現象，因此為了能夠有效地提高輸送機滾筒的摩擦力，從而在帶式輸送機位上設置拉緊裝置。由于我國在拉緊裝置方面起步較晚，因此理論和實踐都存在一定的差距，因此對帶式輸送機拉緊裝置與控制系統進行研究。

1 帶式輸送機拉緊裝置結構分析

帶式輸送機拉緊裝置包括：機械技術、液壓技術、自動控制技術。因此設計人員在進行設計的過程中，必須優化其結構、工作原理、布置以及相應的安裝等[1]。

1.1 布置原則

通過查閱有關帶式輸送機的相關文獻，通常情況下布置拉緊裝置的過程中需要依據如下幾個方面的原則：拉緊裝置預主動輪一段靠近，這樣可以有效地保證驅動裝置皮帶張緊力處于平衡狀態；制定相應的拉緊行程，必須考慮拉頭長度，這樣在相應的張緊力情況下，可以充分考慮輸送機的運輸工況條件。

1.2 安裝位置

當需要實現長距離以及大運量運輸時，必須高度重視拉緊裝置的位置。假如出現電機啟動以及制動的過程中，其正常的加速過程為平緩而緩慢的變化。假如拉緊裝置不能與電機的速度配合，那么這時可以通過動態的形式對排皮帶進行調整。圖1為帶式輸送機拉緊裝置安裝位置示意圖。經過調查發現帶式輸送機坡度超過了5%，為了保證運輸的合理性，需要將拉緊裝置設置在主動帶輪的空載位置，能夠起到優化主動帶輪的張緊力[2]。

圖1 帶式輸機拉緊裝置安裝位置示意圖

1.3 結構劃分

該帶式輸送機拉緊裝置包括如下三個單元：機械單元、液壓單元、電控單元。其中，機械單元包括絞車、道軌、拉緊油缸、鋼絲繩、滑輪等。而液壓單元包括蓄能器、壓力繼電器、定量泵、截止閥等。電控部分包括傳感器和電控箱等。

1.4 工作原理

通過使用拉力傳感器采集張緊力的大小，并將其與設定的張緊力進行比較，接著將得到數值轉化成為電信號，最后將其傳輸給控制器。在控制器內部對帶式輸送機的工作狀態進行判斷，同時向外輸出控制信號，進而可以控制電機的正反轉以及制動狀態。

2 拉緊裝置液壓系統分析

2.1 液壓系統的結構和工作原理

如下頁圖2拉緊裝置液壓系統原理圖所示，假如帶式輸送機處于穩定的工作帶狀態時，那么其拉進控制力方式不同。當處于開啟狀態時，這時電磁閥開啟。當把油泵內部保留的液壓油加入到液壓裝置中，這時電控箱就會向電機發出啟動指令。當電動處于啟動狀態時，這時定量泵前腔將會充滿油，與此同時在活塞的帶動下可以產生壓力，此外由于設置有溢流閥可以有效地控制張力變化。蓄能器能夠對皮帶產生的張力進行緩沖，同時可以將外部干擾量吸收。在運動的過程中，油泵電機處于停止狀態，主要借助電控裝置實現對裝置的拉緊力控制。當處于張緊力的范圍內，那么壓力繼電器對電磁閥進行有效地控制，進而對液壓回路進行控制。假如壓力數值超過了設定的數值，這時油泵電機在收到信號后將自動關閉油泵。這樣使得張力變得更小。假如壓力數值低于設定值時，油泵電機在壓力繼電器的作用下處于啟動狀態，因此張緊力將會增加。

圖2 拉緊裝置液壓系統結構原理圖

2.2 液壓系統的連接方式

通常液力系統可以通過相應的高壓油管進行連接，同時高壓膠管可以借助輸送溫度油管實現工作，圖3為相應的各部件連接方式。

圖3 液壓系統各部件連接示意圖

2.3 液壓系統的主要元件選型

液壓缸作用是將液壓能轉化為機械能，通常質量可以決定拉緊裝置的性能以及相應的使用壽命。液壓控制閥的種類比較多，諸如如下幾個方面：液控單向閥、電磁溢流閥、三位四通電磁換向閥等。因此，在選擇液壓控制閥時，往往需要依據不同的工作需要進行選。與此同時，電機、泵與拉力傳感器都是重要的元件。表1表示相應的液壓系統關鍵元件選型。

表1 液壓系統主要原件選型情況表

3 拉緊裝置電控系統分析

通常電控單元主要包括電控箱，在該裝置中起到關鍵性的作用。包括如下幾個電器元件：PLC、電源單元、繼電器、斷路器等等。具體工作過程如下所示：當上位機啟動后，將控制信號出輸給PLC。而PLC將對采集到的信號進行處理，進而可以判斷絞車的所處的狀態以及控制液壓系統。對于拉緊裝置而言，其電控的核心為PLC控制單元，一般需要依據信息采集輸入量與控制信號選擇合適的PLC類型。該PLC選用CPU224XP，該PLC設置有14路數字輸入接口、2路模擬信號以及1路模擬信號通道。圖4表示相應的CPU224XP的外部接線圖。并選用電源為交流220 V、直流24 V[3]。

圖4 CPU224XP的外部接線圖

該控制程序以STEP7開發環境梯形圖為基礎，具體步驟如下所示：首先制定程序化等控制單元，主要包括主程序單元、手/自動單元、加熱器與冷卻器單元、各種類型控制單元等。接著，結合輸入與輸出量設置拉緊裝置的變量。依據流程圖編程梯形圖。最后，構建硬件組態網絡。

4 應用特點

1）啟動特性好。一般可以調整皮帶的張緊力，尤其當皮帶機處于啟動狀態下，通常在拉緊裝置的作用下，相應的拉緊狀態將會變成1.4倍，從而能夠有效地避免出現打滑的現象。

2）響應快。當皮帶處于外部負載波動以及機尾出現移動時，那么皮帶將會處于不斷振蕩的狀態，從而可以有效地調整張緊力，這樣能避免打帶以及斷帶的現象。

3）遠程控制。通過在拉進裝置的作用下可以實現信息的交互，進而實現遠程控制。

4）優化皮帶的使用周期。假如皮帶工作的過程中，借助皮帶張緊力可以降低皮帶與托輥的老化程度，因此可以降低皮帶的故障率。

5 結語

由于我國應用的帶式輸送機液壓絞車自動張緊裝置存在問題，主要表現在皮帶方面，比如不能及時的調整張緊力，引發皮帶機過勁或者過松，從而導致皮帶出現斷裂的現象。經過對拉緊裝置進行優化，能夠及時調整皮拉緊力，從而可以避免皮帶出現打滑。