刮板输送机张力检测系统研究

摘 要：通过刮板输送机张力检测系统研究，分析了刮板输送机张力检测系统的原理及设计方法，并对刮板输送机张力检测系统运行过程进行了检测研究，得出刮板输送机张力检测系统运行状态良好，可以有效检测刮板输送机张力，为刮板输送机张力智能控制实现奠定坚实的基础。

关键词：刮板输送机;张力检测系统;链条

0 前言

刮板输送机是综合机械化采煤关键装备，承担着为煤料运输提供运行轨道、为液压支架提供推移支点的责任。在我国煤矿向大型化、深部化不断发展进程中，对刮板输送机运输距离、驱动能力、智能化水平提出了更高的要求，而刮板输送机链条张力是刮板输送机运输状态的直接反映模块，张力过大会增加刮板输送机运行阻力，张力过小则会造成刮板链脱落，影响刮板输送机正常运行。基于此，对刮板输送机链条张力检测系统进行适当分析就具有至关重要的意义。

1 刮板输送机张力检测系统运行原理

刮板输送机张力检测系统主要是通过在与刮板连接位置链环上、刮板两侧分别进行张力应变片（将检测到信号经无线信号发射模块传输至数据采集系统）、电源模块（为无线信号发射模块、张力应变片供电）及无线信号发射模块的安装，经刮板链轮产生瞬时张力，进行张力检测[1]。

2 刮板输送机张力检测系统设计

2.1 需求分析

从刮板输送机的实际工况来看，其负载始终处于动态变化，再加上刮板输送机链条为弹性体，在运行时动态应拉力影响下会产生弹性伸长，而伸长量的存在，会促使刮板链于驱动链轮分离点位置松弛、堆积或断裂。为避免上述问题出现，在初次安装刮板输送机链条或者运转一定时间后给予其一定张力（刮板输送机静止时封闭链条内张力），促使其产生预加弹性伸长。刮板输送机静止时封闭链条内张力的形成主要依赖拉紧装置实现，虽然现阶段液压缸紧链器、盘闸紧链器均可以反映拉紧力大小，但是并无法获得特定刮板输送机静止时封闭链条内张力。此时，就需要设计专门的刮板输送机静止时封闭链条内张力检测系统，获得与要求相符合的张力大小。

2.2 系统设计

由于刮板输送机链条张力检测系统主要目的为检测刮板输送机运行阶段链条张力变化，因此，在系统设计过程中应围绕刮板输送机链条运转，设计一含传感器及放大电路部分、数据采集系统及存储、数据传输及分析装置等几个模块的固定式特殊装置，开始实时数据采集。

其中传感器系统及放大电路部分主要包括数据转换、链条张力变化采集两个部分，可以将刮板输送机运行过程中链条张力变化全部转换为电信号波动。压力传感器主要安装在刮板输送机链条上，经电阻应变片（链条上设置的部分直径小于以往圆环链直径的应变片，可以实现数据的测量），将链条张力值通过电路电桥，并按照特定规律变化为与之成线性关系的电信号输出[2]。由于输出电信号较为微弱，为满足模数转换要求，可以在信号转换前设置一个放大电路及滤波处理电路，为A/D转换器（模拟数字转换器，将模拟信号转变为数字信号）顺利运行提供依据。整个压力传感器封盖与链条、内部电路板与外界接口通道、封闭电路板盖与刮板密封垫间均设置有密封圈，可以保证系统密封性。

数据转换、采集及存储主要是在放大电路输出电信号进入单片机后，经A/D转换器进行数据采集，获得与各对应点链条张力一一对应的离散数值，并将其存储在数据芯片内。存储数据經一段时间后可由串行口输出至上位机开展模态分析，更加全面的获得刮板输送机运行情况，为整个上产过程顺利进行提供引导。同时在电桥桥臂上，可以采用四个一样的应变片连接成单臂，达到一定应变片温度补偿目标。

在数据传输及分析装置运行过程中，考虑到刮板输送机链条主要承受拉力变形，桥路输出微弱电信号、刮板输送机链条张力变化间存在线性关系，且存在较大干扰成分，再加上电量为模拟信号，无法直接传输、分析。因此，可以在放大电路放大微弱电信号后，在信号传入单片机内部模拟转换器时进行再次滤波处理，保障存入数据存储器的采集数据的有效应用。

3 刮板输送机张力检测系统应用效果测试

3.1 测试准备

为确定刮板输送机链条张力检测系统应用效果，可以在对刮板输送机张力应变片进行张力标定的基础上，选择实验室加载方式，对刮板输送机张力检测系统应用效果进行测试[3]。

依据实际工况位置、角度，在加载实验台上固定安装有张力应变片的刮板、链环，选择逐级加载的方法，以50.0kN为每次加载增幅，通过9次加载对应变片进行张力标定。同一加载力反复5次加载计算微量应变均值，最终获得加载力200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN、550kN、600kN所对应微应变值为1855με、2074με、2299με、2541με、2796με、3105με、2451με、3816με、4238με。

3.2 测试过程

在现场测试时，采用SGZ1000/170型双驱动刮板输送机，该型号刮板输送机为42.0mm*146.0mm紧凑型中双链，链条运行速度为每秒

1.58m。SGZ1000/170型双驱动刮板输送机在运行过程中主要采用人为方法，随机向供应载荷重量一定原煤。通过对多个时段变载条件下系统张力值进行计算，可以获得SGZ1000/170型双驱动刮板输送机实时张力变化。

3.3 测试结果分析

由于每一次张力峰值变化均表示装有张力应变片刮板过一次链轮，而每两次过链轮时间间隔在53s左右，由此可计算SGZ1000/170型双驱动刮板输送机运行一个周期时间。在SGZ1000/170型双驱动刮板输送机一个周期运行过程中，由于上端链实时载荷差异，张力峰值会发生一定变化[4]。根据前期张力标定值，对刮板张力--微应变进行拟合处理后可知：右链轮啮入点（微应变值为1550με）所对应张力为119.5541kN;右链轮啮出点（微应变值为1492με）所对应张力为103.5121kN;左链轮啮入点（微应变值为1628με）所对应张力为141.1412kN;左链轮啮出点（微应变值为1504με）所对应张力为106.5841kN;左右链轮峰值点微应变分别为2234με、2498με所对应张力为286.1425kN、345.6895kN。由上述数据可得出，该刮板输送机张力检测系统可以实时检测链条张力变化，且精准度较高。同时经检测得出的上端链运行阻力随载荷的实时变化而出现正方向变化。

4 总结

综上所述，刮板输送机张力的实时在线检测，对于保证刮板输送机实时维护质量、延长刮板输送机使用寿命具有重要意义。因此，相关技术人员应立足张力检测与传输技术领域，从数据测试采集、数据传输、数据分析处理三个层面入手，构建完整的刮板输送机张力检测系统框架。通过刮板输送机张力检测系统在井下刮板输送机运作时对链条上张力进行实时精准检测及储存，可以保证数据时效性，为刮板输送机安全、平稳运行提供保障。

参考文献：

[1]赵悦，屈贤，兰英.刮板输送机链条张力控制系统的设计与仿真[J].煤炭技术，2018，037（012）：293-295.

[2]李海锋.基于微应变的刮板输送机张力测试系统及特性分析研究[J].中国金属通报，2018，000（003）：207-208.

[3]赵芹.刮板输送机链条张紧力检测及控制系统[J].现代机械，2019，209（01）：73-75.

[4]翟岩，武兵，牛蔺楷，等.低功耗刮板输送机张力无线监测系统设计[J].工矿自动化，2019，45（04）：86-91.

作者简介：

徐国栋（1991- ），男，汉族，河南虞城县人，大专，毕业于运城市职业技术学院机械制造自动化专业。