煤礦刮板輸送機自動張緊裝置的優(yōu)化研究

王楷元

（西山煤電集團有限責(zé)任公司西銘礦， 山西 太原 030053）

引言

刮板輸送機是礦井采掘作業(yè)面煤、矸石運輸?shù)闹饕O(shè)備，其運行效率、穩(wěn)定性等直接關(guān)系到井下煤炭生產(chǎn)效率。刮板輸送機主要結(jié)構(gòu)部件有刮板鏈、中部槽、鏈輪、電動機以及張緊裝置等。刮板輸送機在應(yīng)用過程中最為常見的故障有刮板鏈斷鏈、卡鏈等。當(dāng)刮板輸送機停止運行時需要給刮板鏈?zhǔn)┘右欢康膹埦o力，以確保刮板鏈與巷道底板間的懸垂度；正常運行時刮板鏈張力應(yīng)在合理范圍內(nèi)，以便設(shè)備可正常運行。受到刮板鏈彈性變形影響，刮板輸送機長時間運行后刮板鏈條會出現(xiàn)松弛問題，因此需要根據(jù)現(xiàn)場情況對刮板鏈進行張緊。為此，文中提出一種刮板輸送機自動張緊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過監(jiān)測刮板鏈張力變化情況對張緊裝置運行情況進行控制，以便達到提高刮板輸送機運行效率的目的。

1 自動張緊裝置控制系統(tǒng)工作原理

自動張緊控制裝置布置在刮板輸送機機尾位置，結(jié)構(gòu)包括有液壓油缸、壓力傳感器、位移傳感器、PLC控制單元、組合開關(guān)以及液壓控制單元等，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 自動張緊控制裝置機構(gòu)示意圖

刮板鏈自動張緊裝置使用各類傳感器實時監(jiān)測刮板輸送機電動機輸入電流、電壓變化參數(shù)以及液壓系統(tǒng)液壓壓力、液壓活塞伸縮量等，傳感器監(jiān)測獲取到的參數(shù)首先經(jīng)過PLC 控制器進行A/D 轉(zhuǎn)換（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換）后再進行邏輯控制處理；液壓控制系統(tǒng)依據(jù)PLC 處理結(jié)果控制液壓油缸伸出或收回，并再次對位移傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)進行確定，從而使得刮板鏈張緊力穩(wěn)定在設(shè)定區(qū)間內(nèi)。液壓控制單元通過PLC 控制器控制液壓油缸動作，組合開關(guān)為PLC 控制器運行提供220 V 交流電[1-2]。

2 自動張緊裝置硬件及軟件結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

自動張緊裝置控制核心為PLC 控制器，選用型號為FX2N 系列，具備穩(wěn)定性強、擴展性能好以及接口豐富等優(yōu)點，具體PLC 控制器各主要功能模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 PLC 控制器各主要功能模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用的壓力傳感器型號為CYB-36S-2-I，具有便于調(diào)試、精度高以及多量程等優(yōu)點，選用的位移傳感器型號為ZBT-24-2-I，具有測量精度高、安裝便捷以及使用方便等優(yōu)點。

2.2 自動張緊控制方案

具體刮板輸送機自動張緊裝置自動張緊方案控制流程如下頁圖2 所示，控制方案使用FB 語言編寫，可通過PLC 控制器中的單片機進行運行控制。自動張緊裝置運行有自動、手動兩種控制模式，一般情況下僅使用自動控制模式，手動控制模式僅為自動控制模式補充。控制程序運行時首先需要進行初始化處理，確保自動張緊裝置各按鈕均處于初始功能狀態(tài)，保護裝置處于未啟動狀態(tài)，同時，清理PLC 控制器內(nèi)各變量，確保PLC 控制器可平穩(wěn)運行。下文以自動控制模式為例對控制程序運行流程進行闡述：當(dāng)PLC控制器接收到啟動信號后，檢測液壓裝置匯總推移油缸底部壓力，若壓力小于設(shè)定值時則推移油缸小幅動作，并在動作過程中持續(xù)對推移油缸底部壓力進行測定，確保底部壓力達到設(shè)計值。若檢測到推移油缸底部液壓值在正常范圍內(nèi)，首先判定是否接收到刮板輸送機停機指令，若未接收到停機指令則循環(huán)檢測液壓油缸底部壓力；若接收到停機指令則液壓油缸緩慢收縮液壓活塞，使得刮板鏈張緊力處于允許范圍內(nèi)的最低值，即液壓油缸底部壓力為壓力下限值。同時延時T 時間，在此時間范圍內(nèi)若未接收到啟動指令則保持液壓油缸不動作；若接收到新的啟動指令后再次對液壓油缸底部壓力進行檢查，并調(diào)整液壓油缸動作情況，確保液壓油缸底部壓力在合理范圍內(nèi)。

圖2 自動張緊方案控制流程

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

西銘礦設(shè)計產(chǎn)能為360 萬t/年，主采的3 號煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.6 m、傾角5°，現(xiàn)井下有48705綜采工作面處于回采階段。采面采用MG700/1740-WD 型采煤機、SGZ730/320 型刮板輸送機進行煤炭運輸。工作面設(shè)計傾向長度200 m、走向推進長度1 580 m。為了提高刮板輸送機運行效率，將自動張緊裝置控制系統(tǒng)應(yīng)用到采面刮板輸送機上，具體使用的張緊裝置參數(shù)見表2。

表2 張緊裝置技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)場耗時1 d 即完成安裝調(diào)試工作，在后續(xù)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)隨著刮板輸送機使用時間增加，刮板鏈?zhǔn)艿降膹埩Τ尸F(xiàn)緩慢下降趨勢，當(dāng)PLC 控制器監(jiān)測到刮板鏈張緊力不在設(shè)定允許范圍內(nèi)，PLC 控制會向液壓控制單元發(fā)出指令，液壓油缸通過伸出或者收縮活塞來實現(xiàn)對鏈條張緊力調(diào)控的目的。在采面內(nèi)對自動張緊裝置控制系統(tǒng)運行監(jiān)測共計6 個月，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該控制系統(tǒng)可依據(jù)現(xiàn)場情況對刮板輸送機刮板鏈張緊情況進行調(diào)整，在監(jiān)測期間刮板鏈鏈條事故僅出現(xiàn)1 次，刮板鏈故障發(fā)生率平均為0.17 次/月，較使用前的0.5 次/月明顯降低。使用自動張緊裝置后基本避免了人工張緊刮板鏈操作，不僅降低了作業(yè)人員勞動強度，而且提高了刮板輸送機工作效率[3-5]。

4 結(jié)語

刮板輸送機是礦井采煤工作面重要的生產(chǎn)、運輸設(shè)備，隨著采煤工作面切眼斜長增加，刮板輸送機在運行過程中刮板鏈?zhǔn)艿降膹埩Σ粩嘣黾樱S著運行時間增加刮板鏈在載荷作業(yè)下會出現(xiàn)一定的彈性變形，從而導(dǎo)致刮板輸送機在后續(xù)使用過程中頻繁出現(xiàn)卡鏈等故障。本文提出使用刮板輸送機自動張緊控制系統(tǒng)，依據(jù)刮板輸送機使用情況自動調(diào)整刮板鏈張緊力，從而提高刮板輸送機工作效率并降低故障發(fā)生率。現(xiàn)場應(yīng)用后，刮板輸送機刮板鏈?zhǔn)冀K在張力設(shè)定范圍內(nèi)，故障發(fā)生率由平均0.5 次/月降低至0.17 次/月，不僅提高了刮板輸送機工作效率，而且在一定程度上降低了礦井作業(yè)人員的勞動強度。