带式输送机自动张紧装置的现状及研究

　　摘　要：介绍国内外带式输送机张紧装置的功能及各自的特点，以及在煤矿井下应用中存在的问题。通过分析提出动态自动张紧的控制策略，基于电机电流与负载有一一对应的关系，利用变频技术作为技术关键达到动态控制的目标。
　　关键词：带式输送机；自动张紧装置；动态张紧
　　0　前言
　　目前带式输送机已成为煤矿、冶金和港口等诸多领域物流运输系统的主要输送设备。随着国民经济的快速发展以及煤炭产量的进一步加大，长距离、高带速、大运量带式输送机已成为发展方向，特别是长距离整芯带带式输送机的不断应用。由于输送带伸长量急剧增加，就需要动态性能好、适应长距离带式输送机发展需要的自动张紧装置。
　　1　张紧装置功能
　　张紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分，它的性能好坏直接影响带式输送机整体的性能，张紧装置的功能主要有以下几点：
　　（1）保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力和驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机的正常运转，防止输送带打滑；
　　（2）保证承载分支Z小张力点的必须张力，限制输送带在托辊之间的垂度，保证带式输送机正常运行；
　　（3）补偿塑性变形与过渡工况时输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，张紧力有变小趋势，需要张紧装置来吸收由蠕变产生的伸长，维持输送机正常运行所需的Z小张紧力；
　　（4）为输送带重新接头做必要的行程准备。每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间接头会出现问题，必须截头重做，张紧装置为带式输送机准备了负荷以外的输送带，这样接头故障就可以通过放松张紧装置重新接头来解决。
　　2　国内外现状
　　国内常见的带式输送机张紧装置有重锤张紧和固定绞车张紧，近几年又出现了液压油缸式张紧装置。
　　（1）重锤式张紧装置结构Z简单，应用Z广泛，由于重锤的作用，它能保证张紧力在各种工况下保持不变，其力学特点是张紧力不变，张紧位移可变。但重锤张紧需要在煤矿井下专门开拓硐室，有的矿井为了安装张紧重锤，还需专门开拓暗井，其张紧力的大小只能凭人工来增加或减少。
　　（2）固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机启动前或停机后可改变张紧力。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中；电动绞车和手动绞车固定式张紧装置适用于水平运输和小倾角运输的大型输送机。但当输送带产生塑性变形后，引起输送带张力变小，悬垂度增大，就必须重新调整张紧位移。因此只能定期调整输送带的张紧程度，一般开始处于过张紧状态，使带式输送机的输送带承受额外的附加载荷，在运行过程中张紧力随输送带永久变形增加而逐渐减小，经常出现打滑现象。
　　（3）油缸式张紧装置可根据输送机的不同工况及输送带张力的不同要求调节输送机启动时和稳定运行时的张紧力，带式输送机启动时，输送带的松边突然松弛伸长，此时张紧油缸在蓄能站的作用下立即收缩活塞杆，补偿输送带的伸长量，使输送机启动平稳，有效地保护了输送带。但液压油缸式张紧装置的张紧行程在很大程度上受油缸长度的限制，而且其液压系统始终处于超高压状态，造成液压系统的内泄漏很大，各种阀件的寿命也较低，液压系统的密封经常会出现被冲坏的现象，直接导致系统压力急剧下降，张紧力随之急剧降低，致使输送带打滑被迫停机检查。故障率高，也给维护带来很多不便。
　　（4）液压绞车式张紧装置可根据带式输送机不同布置线路的需要自动调整输送带张力，使输送机更经济、安全地运行。对大运量、长距离带式输送机，液压绞车张紧装置可根据输送机张力的变化实现自动控制，能够在输送机起、制动时迅速产生足够的拉力，自动地把张力调节到额定张力的1.3～1.5倍，允许波动±10％，以减少输送带的波涌现象，从而有效地防止输送带在起、制动过程中可能引起的打滑现象，使整机的起、制动性能得以改善。而在正常运行时，又能自动降低张力，使张力值为额定工作压力的0.9～1.1倍，以满足带式输送机正常运行的要求。
　　从目前国内较流行的自动张紧装置的结构特点来看，是将油缸式和液压绞车式结合起来：即通过液压绞车实现带式输送机长距离的快速调整和预拉紧，再通过张力调节油缸实现短距离的行程调整，一般将系统张力调为3个阶段：启动张力、运行张力和卷带张力（顺槽输送机用）。
　　（5）徐州矿务集团进口英国气动一液压恒张力自动张紧装置，由于体积庞大，不适应我国较小断面的巷道，加之性能上存在大量的缺陷，未能应用。兖矿集团引进法国A型带式输送机张紧装置，采用液压系统，通过执行元件油缸内活塞的往复运动，来承受输送机运行所产生的塑性伸长和过度工况下弹性伸长的变化。此种张紧装置在运行中液压系统经常出现压力失调和调定压力突然下降，低于稳压保护开关迫使输送机停止运转，对生产造成影响。
　　APW是澳大利亚Aec输送机公司生产的专利绞车，专为调节与控制带式输送机的输送带张力而设计的张紧装置。APW张紧装置通过控制湿式盘型离合器和防反转湿式制动闸调节输送机输送带张力，即通过激励离合器张紧输送带，通过激励制动闸释放输送带。我国的神华集团、兖州矿务局和晋城矿务局等现代化矿井的大型输送机均使用这种张紧装置，国内矿井Z长的6000m、运量2500t/h顺[槽输送机长6762m、运量2500t/h固定输送机的张紧技术便采用了该装置。
　　该自动张紧装置可在大范围内调节和控制输送带张力，具有较高的动态性能，其特点如下：
　　①响应速度快，系统稳定性高　带式输送机起/制动时，处于非稳定状态，要求及时补偿输送带的弹性振荡，减少起/制动过程中的冲击动张力。
　　②适应性强　通过PLC程序可以任意调节输送机启动和稳定运行时所需的张力，完全满足启动时的张力为正常运行时1.3～1.5倍的要求。
　　③保护功能完善　由于自动张紧装置由传感器来实现的，而传感器都不能避免存在死区。由于利用PID对张力的精确控制，调节时电液系统滞后现象降低了系统的稳定性，因此要求系统内部具有自诊断调节功能。
　　④系统兼容性好　随着全矿井自动化程度的不断提高以及动态分析技术的不断应用，就要求张紧装置的控制系统具有多种通讯协议可选，以便与主系统衔接实现网络通讯。带式输送机张紧装置的性能比较见表1。 　　动态张紧装置的控制策略国内YZLA系列或DYL系列的产品设计都只是在静态特性基础上实现各阶段独立的控制。即把整个张紧过程分成起动和运行2个阶段，在每个阶段设置固定张力的限定范围，只有当输送带产生的张力超出限定范围时，张紧系统才进行调整，而不能对输送带张力的变化及时调整，因此产生调节的不合理性。有时张力余量过度，有时张力余量不足。
　　本文提出的方案一基于电机电流输入控制的力反馈动态张紧装置。由于驱动电机电流与负载之间存在一一对应的比例关系，利用识别电流变化来直接识别输送带上载荷量的变化，以电机电流为闭环回路的控制信号，通过电流与负载对应关系计算出理论张紧力的值，与力传感器所测的实际张紧力的值比较后，经过PID调节张紧力（可根据不同输送带建立相应模型计算出K_p、K_i、K_d参数，调定系统响应频率），适应输送机各阶段张力的需要。它的特点是将变频技术作为调速离合机构，一方面克服了液黏调速方案滞后补偿等问题；另一方面要实现动态控制，液压系统将一直处于工作状态，这对设备泄漏和维护都带来麻烦。其系统结构如图1所示。 　　4　结语
　　目前的张紧装置都是基于静态设计观念而设计的，无法从根本上解决因张紧力变化而产生的不协调问题。动态张紧具有响应速度快、张紧效果好等特点，随着输送机运距、运量的不断增加以及动态分析技术不断成熟，实时控制的动态张紧将成为一种发展方向，并将产生巨大的经济效益。
　　参考文献：
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　　[2]宗勇，宗敏，法国A型胶带输送机液压张紧装置分析[J].煤炭科学技术，1997（3）.
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