带式输送机电气及液压控制系统的设计

梁尚文

（华阳集团机电设备管理中心，山西 阳泉 045008）

引言

张紧系统在带式输送机的构成中具有十分重要的作用，在正常启动和运行过程中，传送带可依靠自身的黏弹性起到缓冲效果。因此基于此进行分析，在启动与停止期间，传送带本身的张力变化很大；同时在长距离传输时，张力数据波动越大，对于传送带的运动影响越大。首先，如果传送带内部的张力比较大，这种情况下，传送带自身的摩擦系数也会变大，同时摩擦程度加深，其对应的工作寿命就会降低。其次，如果张力比较小，输送带自身的摩擦系数就会下降，如果摩擦力不足，这种情况下传送带就会出现滑动的情况，可能造成传输的材料滑动，进而造成其他安全事故。因此，设计分析了一种智能化的张紧装置，该装置不仅能手动调节皮带张力，同时可以根据自身的工况条件进行张力的自动调节，这可以有效地保障运输安全。

1 系统总体结构

针对自适应液压张紧装置的构成进行分析，其主要包括液压系统、电气控制系统等。利用机械，电气或者液压等形式进行转换，同时经过系统自身的PLC 控制程序完成控制，利用电控系统针对不同的张力数据进行检测，同时将对应的控制信号传输到系统中的控制部分，利用这种方式确保系统张力更加合理[1]。

张紧系统在构成的过程中包括多个不同的结构，其中主要涵盖了张紧绞车、液压泵站、储能器和张紧油缸等，其结构如图1 所示。液压装置内部的张力大多数情况下是利用张紧绞车进行调节，本次设计在此基础上增加了相应的液压装置。利用液压装置在张力调节的过程中可以更加准确，利用这种方式确保得到更加张力合理。

图1 自适应张紧装置的结构图

参考带式输送机本身的张紧系统，分析其对应的机械特性和驱动系统在运行过程中对应的特性，电气系统在系统张力控制的过程中属于关键的部件。笔者在研究的过程中，基于电气系统设计了相对应的防爆控制箱，同时选择可编程控制器S7-1200当作系统的控制核心[2]。从系统构成进行分析，其中控制箱内部主要涵盖了PLC、输入输出继电器、触摸屏、接触器和电源部分等，其中的关键元件为PLC，可以完成信号的采集与系统控制，其中涉及到的设备主要涵盖了电力变送器，压力变送器，温度变送器与液位变送器。根据测量得到的功率差异，针对控制元件进行调节，利用这种方式确保系统可以得到更加合理的皮带张紧力，同时可以接收皮带集控发出的控制命令，基于此进行控制调节。电气原理如下页图2 所示。

图2 张紧控制柜电气原理

2 液压系统设计原则

液压系统属于张紧系统的核心部件，在设计液压系统的过程中，必须考量液压系统在张紧系统整体运行中的相关要求，这同时也是液压系统在设计过程中非常关键的基础。

1）明确主机和整体布局。主机功能与其对应的工作原理，设备结构，设备布局，主机位置，操作方式等，基于此进行分析，更好地确定液压执行机构在运行过程中的运动模式，同时分析其相应的工作范围，同时也是液压执行机构在安装过程中必须考量的前提条件。

2）确定液压系统的操作方式与性能要求。这些要求主要涵盖了：哪些操作可以应用液压驱动器，同时哪些操作需要考量其对应的同步要求和联锁要求等，同时考量系统的行程与速度设计范围，负载情况和运动特性等也要确保稳定准确，设计周期需要多久，工作是否可以保证安全可靠等。

3）明确主机的工作环境。工作环境对应的温度，污染，湿度与振动条件等相关环境要素，这些因素会直接对液压元件与工作介质的选择造成影响。如果确有需要，在设计期间还必须考量系统本身的保护措施。

3 液压张紧自适应控制系统的工作流程

3.1 带式输送机起制动阶段流程

为了确保输送机在开始运行的过程中不会出现滑动的情况，带式输送机对应的起动张紧力与制动时张紧力必须满足一定的设计要求，这个数据大约是正常运行期间所需张紧力的1.3～1.5 倍[3]。在调试过程中，利用实验的方式确定带式运输机在制动过程中所需的张紧力，然后将对应的数据输入到触摸屏上，触摸屏和PLC 之间进行通信，程序直接控制张紧系统的动作，在设备启动以前将系统的张力调节到相应的给定值。控制箱在配备启动以前将信号传输给上位机，开始启动，此时主控系统也开始启动，同时延迟一段时间，以确保传输机已经平稳运行。在输送机停止前，也要进行停止信号的传输，张紧系统会直接控制系统内部的电磁比例安全阀，液压绞盘开始反转。皮带张力开始减小，直到达到相应的制动张力，液压绞盘被制动，此时液压系统停止，电机停止运行。如图3 为带式输送机在启动过程中的流程图。

图3 起动阶段流程图

3.2 带式输送机起动至正常运行阶段流程

带式输送机在运行的过程中，受到不同工况与运量的直接影响，这种情况下其对应的张力也存在差异。使用电流变送器，可以针对电机运行过程中的实时电流进行检测，然后将其传输到PLC；利用电流导出的形式得到带式输送机在运行过程中需要的张力大小，同时将公式输入到PLC 程序内部[4]。然后使用触摸屏将所需的参数传输到PLC，经过PLC 控制与计算得到的数据确定需要的张紧力，然后针对其进行转换得到比例溢流阀需要的电信号，将信号传输到系统中的比例溢流阀，参考比例溢流阀自身的调节情况，张紧系统也会动作，进而调节得到系统运行需要的张力。如图4 为带式输送机从启动到停止阶段的流程图。

图4 带式输送机起动至正常运行阶段流程

3.3 带式输送机负载起动阶段流程

如果皮带输送机在运行过程中出现停止或者负载制动的情况，其对应的张力数据也会变化。传统的处理方式只需要将物料清空以后再次启动即可，不能实现重载启动；但是伴随着科技的进步，启动方式也在不断优化，即便存在负载也可以正常启动，只需要利用张紧装置调节皮带的张力就可以实现。针对S7-1200的功能进行分析，其中包括寄存器功能，在带式输送机紧急停止时，PLC 内部的设定程序会将此时的信号寄存到PLC 内部，遇到带式输送机再次启动时，PLC 会自动使用寄存器中的数据，然后经过PLC 进行运算，得到启动需要的张力大小。如下页图5 为带式输送机在负载启动过程的流程图。

图5 带式输送机负载起动阶段流程

4 节能效果对比分析

在煤矿主斜井带式输送机应用了自适应液压控制系统后，运输安全性得到了明显的增强，实现了显著的综合效益，并且增强了系统运行过程中的可靠性与高效性，有效提高了企业创新能力，值得在煤矿单位大范围推广。针对系统改造以后，节能效果的对比数据如表1 所示：

表1 节能效果对比数据表