摘要：本文主要介紹皮帶運(yùn)輸機(jī)各種工況下的張力分布，以及變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置對(duì)于外部張力變化的快速調(diào)節(jié)能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)張緊裝置 張力控制 變頻器

在采礦行業(yè)，皮帶輸送機(jī)已經(jīng)成為一種主要的運(yùn)輸機(jī)械，幾乎裝備于每一個(gè)自動(dòng)化礦井。伴隨著煤礦產(chǎn)量的不斷提高，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)加長(zhǎng)、加寬的要求也越來(lái)越高，尤其是可伸縮帶輸送機(jī)運(yùn)行中的過(guò)大張力波動(dòng)成為制約其遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)恼系K。這就需要對(duì)可伸縮帶輸送機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等狀態(tài)下的張力變化進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)一種反應(yīng)速度塊、調(diào)節(jié)精度高、變化范圍大的全自動(dòng)張力調(diào)節(jié)設(shè)備。

常規(guī)皮帶張緊裝置，由于自身性能限制，主要適用于距離短、低運(yùn)輸量的可伸縮帶輸送機(jī)上，本文便是基于對(duì)可伸縮帶輸送機(jī)的各種狀態(tài)運(yùn)輸時(shí)張力波動(dòng)的研究，設(shè)計(jì)出變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置，該裝置以張力傳感器為監(jiān)測(cè)元件、以變頻器為控制元件,通過(guò)改變PLC輸出的模擬信號(hào)，來(lái)改變變頻器精確控制的電機(jī)速度,從而實(shí)現(xiàn)張緊力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，解決了遠(yuǎn)距離可伸縮帶輸送機(jī)張力突變?cè)斐傻陌踩�生產(chǎn)事故。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)張力變化分析

由于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力波動(dòng)會(huì)與其的長(zhǎng)度、寬度、厚度、材質(zhì)、負(fù)載、阻力等等許多因素有關(guān)。要設(shè)計(jì)出適用于遠(yuǎn)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)張緊裝置，必須先要了解各種條件下皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力變化(未調(diào)節(jié))，以及經(jīng)過(guò)自動(dòng)張緊裝置精確調(diào)節(jié)以后的張力情況(調(diào)節(jié)后)。

1.1皮帶啟動(dòng)階段

皮帶啟動(dòng)階段由于負(fù)載不同，可分為滿載和空載兩種情況，T2為皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)張力，T2min為皮帶運(yùn)輸機(jī)最小啟動(dòng)張力。

1.2 穩(wěn)定運(yùn)行階段

隨著出煤量的變化和自移機(jī)尾的前移，皮帶上的張力也隨著波動(dòng)，波動(dòng)范圍超出限定范圍必須進(jìn)行調(diào)整。張力過(guò)大增加設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷和損壞風(fēng)險(xiǎn)，張力過(guò)小會(huì)造成皮帶打滑、冒煙，必須保持張力的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的良好運(yùn)行。

負(fù)載影響下的張力波動(dòng) 自移機(jī)尾前移下的張力波動(dòng)

1.3 停機(jī)階段

對(duì)于遠(yuǎn)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)，不應(yīng)過(guò)頻地啟停，因?yàn)榇笃�帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)比較繁瑣，過(guò)程較長(zhǎng)，影響出煤效率，而且停車過(guò)程中產(chǎn)生的巨大張力，對(duì)各個(gè)設(shè)備的使用壽命造成一定影響。停機(jī)階段會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)，一種是正常運(yùn)行中的減速停車，出現(xiàn)的張力變化比較平穩(wěn)，另一種是在危險(xiǎn)時(shí)刻的急停狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)很大的張力峰值，使得所用設(shè)備承受相當(dāng)大的作用力，不應(yīng)作為常用的停機(jī)方式。

2 自動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)原理及系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

皮帶自動(dòng)張緊裝置是一種用來(lái)隨時(shí)控制和調(diào)節(jié)皮帶張力,使得皮帶運(yùn)輸機(jī)時(shí)刻處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)工作設(shè)備。它通過(guò)可編程控制器PLC來(lái)精確控制張緊電機(jī)的運(yùn)行速度，使輸出張力產(chǎn)生變化，同時(shí)與外部張力監(jiān)測(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和補(bǔ)償，使得實(shí)際張力與給出張力相互一致，從而實(shí)現(xiàn)皮帶張力適時(shí)給定的目的。

當(dāng)給定張緊拉力大于皮帶張力時(shí)，張緊電機(jī)正向纏進(jìn)(緊帶);當(dāng)張緊拉力小于皮帶拉力時(shí)，張緊電機(jī)反向運(yùn)行(松帶)，直至皮帶張力達(dá)到需求張力為止，電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小取決與要求調(diào)節(jié)的張力大小。下圖為整個(gè)張緊裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論：

張力傳感器采集張力F1與控制器設(shè)定張力F2比較得到ΔF，然后針對(duì)包含大慣性、大滯后及非線性摩擦的系統(tǒng)特點(diǎn)，通過(guò)PLC采用張力補(bǔ)償技術(shù)，設(shè)計(jì)了控制規(guī)律，對(duì)采集的張力進(jìn)行運(yùn)算處理后，以模擬量的形式把速度信號(hào)傳給ABB變頻器，變頻器控制電機(jī)速度和方向，再通過(guò)減速器傳給張緊絞車，使得外部負(fù)載張力發(fā)生變化，負(fù)載張力最后又會(huì)通過(guò)張力傳感器反饋回控制器，由此形成一個(gè)閉合控制回路。

2.2 系統(tǒng)的組成

自動(dòng)張緊裝置主要由變頻調(diào)速系統(tǒng)、操作顯示系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)，以及若干監(jiān)測(cè)傳感器組成。

變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)置ABB的ACS800系列四象限變頻器，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，同時(shí)采用三菱FX-2N可編程控制器實(shí)現(xiàn)全部的順序控制、保護(hù)監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集;操作箱主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的基本操作和顯示;液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供制動(dòng)器工作壓力;緩沖系統(tǒng)可為瞬時(shí)出現(xiàn)的超大張力提供緩沖釋放作用，用于快速減小停機(jī)峰值張力，釋放彈性變形量，在低張力區(qū)，絞車工作，高張力區(qū)，絞車與緩沖該機(jī)構(gòu)同時(shí)工作;外置多個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)張力和壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制分析。

3.自動(dòng)張緊裝置的特點(diǎn)

3.1可實(shí)現(xiàn)張力的全自動(dòng)調(diào)節(jié)

自動(dòng)張緊裝置可自動(dòng)判斷皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的張力調(diào)節(jié)。對(duì)于不同工況、性能的皮帶運(yùn)輸機(jī)，能夠按要求設(shè)定出合適的運(yùn)行張力，使得皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，一直處于最佳的張力范圍，減小皮帶運(yùn)輸機(jī)的功耗，降低設(shè)備承受強(qiáng)度的等級(jí)，減少投資和維護(hù)的費(fèi)用。

3.2精度高、響應(yīng)快

在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)較大張力波動(dòng)，自動(dòng)張緊裝置立即進(jìn)行張力微調(diào)，直至皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力達(dá)到要求張力的±1kN范圍以內(nèi)。

皮帶運(yùn)輸機(jī)在緊急停止信號(hào)發(fā)出幾秒后，會(huì)出現(xiàn)很大張力峰值，不能及時(shí)釋放出這部分沖擊張力，就有可能造成設(shè)備的損壞或人員安全的事故。自動(dòng)張緊裝置可判斷出是正常停止還是緊急停車，從而做出不同的應(yīng)急方案，在出現(xiàn)緊急停止情況下，立即以最大速度放松皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力，同時(shí)在配備的緩沖系統(tǒng)配合下，安全平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的緊急停車。

3.3控制簡(jiǎn)易方便

自動(dòng)張緊裝置可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)兩種模式切換工作，在手動(dòng)模式下，工作人員只需操作松帶、緊帶兩個(gè)按鈕，觀察顯示系統(tǒng)的張力值，即可實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力調(diào)節(jié)。在自動(dòng)模式下，自動(dòng)張緊裝置為無(wú)人職守狀態(tài)，只需接收皮帶運(yùn)輸機(jī)的啟�？刂菩盘�(hào)，即可進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4.應(yīng)用

自動(dòng)張緊裝置目前已應(yīng)用于晉興公司斜溝礦05、02工作面、晉神公司沙坪礦、平煤安家?guī)X一號(hào)井等煤礦，證明該自動(dòng)張緊裝置能夠適應(yīng)不同工況、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)進(jìn)度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足了煤礦的生產(chǎn)需求。

5.結(jié)論

自動(dòng)張緊裝置能有效地改善皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)、停止、急停，以及運(yùn)行過(guò)程中的張力平穩(wěn)調(diào)節(jié)，提高了整機(jī)運(yùn)行的可靠性;電控系統(tǒng)控制前景大，易于與主機(jī)控制系統(tǒng)無(wú)縫連接，容易維護(hù)，控制簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng);響應(yīng)快、精度高，可降低膠帶的強(qiáng)度，減少膠帶投資。因此，該變頻調(diào)速下的自動(dòng)張緊裝置，非常適用于長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)的張力調(diào)節(jié)，其工作性能遠(yuǎn)比其他類型張緊裝置更可靠、更安全。

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