刮板輸送機鏈條自動張緊裝置的分析與應用

王華杉

（晉城金成礦山建筑工程有限責任公司， 山西 晉城 048000）

引言

刮板鏈是刮板輸送機的主要組成部分，刮板鏈運行狀態下受拉力產生彈性伸長，使鏈條處于松弛狀態，通常用刮板輸送機鏈條張緊機構來調節刮板鏈的伸長量，保障刮板輸送機的正常工作[1-3]。以往手動控制張緊裝置對鏈條的調節效果不佳，工人的勞動強度大。針對這一情況，提供了一種鏈條自動張緊裝置及控制系統來實現刮板鏈的自動調節，使刮板鏈的張力控制在合理的范圍內，減輕工人的勞動強度，延長鏈條的使用壽命。

1 鏈條自動張緊裝置分析

1.1 結構分析

刮板輸送機鏈條自動張緊裝置，主要包括主控箱、控制系統、控制電纜、控制電器、電源、電液控換向閥組、傳感器、行程開關、過濾器、單向閥、壓力傳感器、壓力表、張緊油缸、液壓膠管和接頭。

1.2 工作原理

電氣控制系統根據張緊油缸中壓力傳感器提供的信號，由控制系統的程序進行運算，判斷刮板鏈的松緊程度是否處于正常工作范圍內，或工作情況異常，并將運算結果形成控制信號，向液壓系統發出動作指令，液壓系統根據指令，自動將張緊油缸進行伸縮或者保持現有狀態，使刮板鏈始終處于合適的工作狀態，保證刮板輸送機的安全、正常運行[4]。

由于刮板輸送機的使用條件差異非常大，所以要使自動張緊裝置發揮作用，必須對刮板輸送機鋪設長度、中部槽寬度、刮板鏈組相關參數，以及機頭及機尾的卸載高度、伸縮機尾自身的參數等進行設定，同時要對刮板輸送機的溫度、濕度、采向角度、走向角度、煤質等工作環境參數進行設定，這樣才能在控制系統中形成正確的指令。

1.3 張力值分析

為了解決刮板輸送機鏈條在運動過程中發生斷鏈、卡鏈或斷齒等故障，就需要通過對鏈條的力學計算，分析鏈條的故障原因。

假設刮板輸送機為雙鏈輪驅動，主動輪與從動鏈輪功率分配比值為1∶1。刮板輸送機鏈條在額定均布載荷作用下，根據逐點張力法計算出各部分受到的張力載荷，如圖1 所示。由圖1 可以看出，S3點受到的張力值最大，S4點受到的張力值最小。因此在S3點容易發生由于張力過大產生的斷鏈事故；S4點附近若有較長一段處于零張力狀態，容易發生由于鏈條過松引起的斷鏈、卡鏈或斷齒等事故。

圖1 鏈條張力示意圖

該系統主要包括以下三部分內容：一是數據分析裝置，包括控制器、人機操作界面、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源等；二是信號監測裝置，包括壓力傳感器、伸縮油缸行程傳感器、開停傳感器；三是液壓控制裝置，包括電液控換向閥、液控單向閥、球閥、過濾器等。刮板輸送機在工作過程中，通過信號監測裝置監測伸縮油缸大腔壓力，該壓力值間接地反映了刮板輸送機鏈條的張力。信號監測裝置將監測到的壓力值實時地反饋給數據分析裝置。數據分析裝置將反饋的數據與預設的數據進行分析，當需要調整鏈條的張力時，通過對液壓控制裝置發送指令，實現伸縮油缸移動量和鏈條張力的雙重控制。信號監測裝置還將監測伸縮油缸活塞桿的伸出量，當伸出量達最大值時，會通過數據分析裝置發出警報，提示伸縮油缸已達最大行程。為了延長電液控換向閥的使用壽命，信號監測裝置還將通過開停傳感器監測刮板輸送機的啟停信號，用于了解刮板輸送機的工作狀態，確保在停機狀態電液控換向閥不頻繁動作。其系統配置邏輯框如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機鏈條張緊控制系統邏輯框圖

1.4 液壓控制裝置

液壓控制裝置是鏈條自動張緊控制系統中的執行裝置，直接控制伸縮油缸的伸縮動作。為了實現電控液壓換向的目的，系統采用電液控換向閥。由于刮板輸送機在工作過程中，伸縮油缸會受到軸向作用力，為了維持伸縮油缸的伸縮量，在伸縮梁油缸的大腔安裝液控單向閥。同時，為了保證伸縮油缸動作速度不會太快，在伸縮梁油缸的大腔安裝節流閥。系統配備安全閥、球形截止閥、筒式過濾器，用于完善系統，保證系統安全、穩定[5]。

液壓控制裝置根據刮板輸送機的結構特點，對控制刮板輸送機伸縮油缸的液壓系統進行設計（液壓系統結構如圖3 所示），該系統主要液壓元部件有電液控換向閥、液控單向閥、節流閥、安全閥、球形截止閥、筒式過濾器、回液斷路閥和壓力表等。

圖3 液壓系統結構

1.5 電控系統

電控系統包括數據分析裝置和信號監測裝置兩部分。數據分析裝置包含控制器、人機界面、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源。其中控制器作為鏈條張緊電控系統的核心，具有數據分析計算的功能；人機操作界面用于對系統參數及工作模式的設定，并且可以顯示系統狀態；礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源可為系統提供穩定的12 V 直流電源。這些設備均安裝在機尾自動張緊系統控制臺上，方便修改參數及控制操作。信號監測裝置包含壓力傳感器、行程傳感器、感應磁環、行程傳感器接插座、開停傳感器。兩個壓力傳感器安裝于液壓控制裝置的液控單向閥上，可以監測伸縮油缸大腔壓力，雙壓力傳感器可提高系統可靠性。行程傳感器安裝于伸縮油缸上方，可同步監測伸縮油缸的行程值。開停傳感器用于監測刮板輸送機啟停狀態，使控制器處于實時監測狀態或間歇監測狀態[6]。

硬件設備通過連接器連接，確保設備供電及信號傳輸，主要電控元部件有控制器、人機操作界面、行程傳感器、礦用壓力傳感器、開停傳感器、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源，電控系統連接如圖4 所示。

圖4 電控系統連接

2 鏈條自動張緊裝置系統功能分析

1）系統具有手動和自動控制的功能。手動模式：主要用于人為干預油缸動作，以及當油缸達到最大行程時，需使油缸收回，進行截鏈操作。當控制器處于手動模式時，按下“伸出”鍵，油缸伸出；按下“收回”鍵，油缸收回。該動作指令為點動動作。

自動模式：當控制器處于自動模式時，控制器通過信號監測裝置監控伸縮油缸狀態，通過程序自動控制伸縮油缸動作，實現刮板輸送機鏈條張緊控制。

2）具有壓力、行程雙重監測功能。壓力傳感器用于監測伸縮油缸的大腔壓力，分析鏈條動態張力；行程傳感器用于監測伸縮油缸活塞桿伸長量。通過這兩個數值的監測，可雙重監測刮板運輸機鏈條的伸縮值，確保系統運行穩定。

3）具有刮板輸送機啟停監測功能。通過控制器接收到的刮板輸送機啟停信號，可使刮板輸送機在啟動狀態下處于實時監測狀態，在停機狀態下處于間歇監測狀態，保護電液控換向閥使用壽命。

4）可以實現刮板輸送機鏈條張緊控制系統的急停與閉鎖控制。急停操作：按下急停按鈕，停止刮板輸送機鏈條張緊控制系統動作。

閉鎖操作：按下閉鎖按鈕，對刮板輸送機鏈條張緊控制系統實施動作閉鎖。

5）具有聲光報警功能，可提示工作人員系統工作異常。

3 實踐應用及效果分析

山西某煤礦掘進面出矸所用為SGB620/40T 型刮板輸送機，以往采用手動控制張緊裝置對鏈條進行張緊調節，實踐結果表明，張緊調節效果不佳，并且工人的勞動強度大。因此，用設計的鏈條自動張緊裝置對SGB620/40T 型刮板輸送機進行安裝改造調試，實現刮板鏈的自動調節。鏈條自動張緊裝置應用后，對SGB620/40T 型刮板輸送機表現出了良好的減震緩沖效果，刮板運輸裝置在啟動作業中遭受的沖擊和設備波動明顯改善，特別是由于啟動引起的刮板鏈松弛打滑或跑偏等事故發生的概率降幅達95%，為企業創造了較好的經濟安全效益。