简述智能液体配重在胶带机中的应用

杨志明，邓 兵，谢选承

(水电九局西藏建设工程有限公司，西藏 拉萨 850000)

胶带机由改向滚筒，驱动装置，张紧装置、托辊、钢结构及输送带等设备组成，其中张紧装置使输送带有足够的张力，保证输送带有足够的摩擦力，在运行过程中使输送带不打滑，而配重是张紧装置中的重要部件，张紧装置的张紧力主要有由配重提供。

拉紧装置是胶带机安全运行的关键环节，张紧力过小胶带机运行容易打滑，出现输送带回转现象；张紧力过大输送带容易产生断裂出现安全事故。而配重重量是控制张紧力大小的重要参数。传统的胶带机张紧装置的配重主要有金属块配重、混凝土块配重、石块配重或者泥沙配重等，而这些传统的配重在胶带机运行维护过程中具有诸多不便。在安装、拆除时将会加大人力、物力及设备的投入，而且在安装、拆除过程中现场人员的安全无法得到保障；传统配重张紧力始终不变，而输送带长时间处在大的张紧力作用下，皮带接头处很容易断裂使皮带寿命减小等。

目前输送机常用的张紧装置主要分为固定张紧装置、重锤张紧装置、液压张紧装置3种。存在的优缺点如下：

固定张紧装置分为螺旋张紧装置和固定绞车张紧装置，固定张紧装置结构简单紧凑，操作维护方便，一般用于小型带式输送机[1]。

重锤张紧装置又分为重载车式张紧装置和重锤式张紧装置，重锤式张紧装置具有动态响应快，结构简单，安全可靠，应用较为广泛[1]。

液压张紧装置分为普通液压张紧装置和阶段式张紧装置，液压张紧装置对工作环境要求高，液压系统内部不能进入粉尘等，很难运用于矿业工程[1]。

随着科技的进步及社会的发展，为了提高生产效率，胶带机朝着大跨距、高速化发展，胶带机需要的张紧力也越来越大[1]。

本文拟研发一种智能可调节液体配重，液体采用一般用水，该设备安装简单、适用于各种复杂作业环境。

1 智能液体配重工艺

1.1 智能液体配重的组成

智能可调节型液体配重由控制柜、显示器、称重传感器、PLC控制系统、电磁液体两用截止阀、配重液体容器和管道等组成。其中称重传感器是控制系统的关键部分，它的性能很大程度上决定了控制系统的精度和稳定性[2]。

1.2 智能液体配重工作原理

智能可调节型液体配重属于重锤式张紧装置，利用称重传感器和PLC系统控制电磁液体两用截止阀来控制液体的流量，从而达到控制配重的重量，实现远距离控制配重重量。

智能可调节型液体配重的可调节性体现在液体具有流动性，将液体装入钢结构容器中，形成配重块，然后通过水用电磁截止阀控制液体的进液量及出液量，从而控制配重箱的重量，进而控制输送带的张紧力。

智能性体现在水用电磁截止阀可以通过电阻式应变称重传感器和PLC控制系统来控制，通过设定张紧力值的范围，利用电阻式应变称重传感器进行反馈，自动对进水及出水量进行控制，从而达到控制胶带机张紧力的作用。

1.3 智能液体配重制作

为保证智能液体配重箱体具备一定的稳定性及可靠性，配重制作采用钢结构形式，钢结构容器的制作材料均为工程常用普通钢材，利用角钢或方管作为箱体内骨架，钢板或不锈钢板作为箱体外表面材料，箱体顶部及底部安装水用电磁阀，为防止配重箱体在运行过程中锈蚀，制作完成后在配重箱体内侧及表面涂刷防锈底漆与面漆，充分考虑冬季水容易结冰，配重箱体和阀门使用保温材料进行保温处理。为防止胶带机在粉尘较大环境中运行中，如果无盖板会有一定量的杂质进入箱体，从而在底部沉积，堵塞阀门，所以智能液体配重箱体顶部需加装密封式盖板，箱体两侧使用钢管作为套管，在进行配重重量控制时方便配重体在有效行程内的上升与下降，智能液体配重简图如图1。

图1 智能液体配重简图

1.4 拉紧力计算

一般系统建安完成后，都需要经过单机调试、联动调试、满负荷调试及试运行等过程，而在单机调试及联动调试时均为空负荷运转，胶带机空负荷运转时需要保证皮带与托辊之间不打滑，又要降低调试过程中对电机产生的负荷，在满负荷及试运行过程中均为带负荷运转，此时就需要胶带机有足够的张力，使得承载托辊间的垂直度最小。

胶带机的张紧力在整个长度上是变化的，影响的因素较多，为保证胶带机的正常运行，胶带机的张力必须满足两个条件：

1)输送带的张力在任何负载情况下，作用到全部滚筒上的圆周力是通过摩擦传递到输送带上，而输送带与滚筒间应保证不打滑；

2)作用到输送带上的张力足够大，使输送带在两组承载托辊间保持垂度小于一定值；

在工程实际建安过程中，通过计算出胶带机负荷运转时所需的张紧力，参考DT II型固定式输送机设计选用手册及液体的密度，计算出液体配重的体积，然后绘制出设计图纸，进行现场制作，具体如下：

圆周驱动力FU通过摩擦传递到输送带上，为保证输送带工作时不打滑，需在回程带上保持最小张力

其中：Fumax为满载输送机启动或制动时出现的最大圆周驱动力；μ为传动滚筒与输送带间的摩擦系数；φ为传动滚筒的围包角，一般取2.8～4.2弧度；eμφ为尤拉系数[3]。

由于，重锤式拉紧装置是利用重锤的重力产生拉紧力，因此算出所需的张紧力后就可得到达到配重的质量，然后根据液体的密度算出容器的体积，再根据DT II型固定式输送机设计选用手册，算出配重箱的尺寸大小，进行绘图及现场制作。

1.5 智能液体配重控制流程

将称重传感器与模拟量模块输出的是毫伏级电压信号，需要将微信号通过滤波放大器放大，再通过A/D转换器进行数字信号的处理，最终通过PLC系统处理，重新反馈到称重传感器，以此来实现控制电磁阀的开合，从而控制进水量与出水量，从而控制胶带机配重的整体重量，使得胶带机张紧力一直处于设定的合理范围值内，其中控制核心为PLC系统，具体的张紧力的合理范围则需要通过对PLC编程来设定，具体控制过程流程如图2。

图2 流程框图

2 结 语

智能液体配重可对胶带机张紧力进行动态控制和自动调节，使得胶带机启、停具有足够的张紧力，使得设备运行具有一定的保障，而且使用的液体为一般用水，不会对周围环境造成污染，使用条件没有太大局限性。在使用过程中可以很好地解放出劳动力，减少安全事故的发生，节约运行成本及维护成本，在以后的工程中具有很大的应用潜力。

而随着社会的发展与科技的进步，我们应该利用现有的科技，将传统的工艺进行改进和升华，使得工艺更加趋于科学化、合理化。