胶带输送机变频自动张紧系统的设计与应用

刘卫东

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西 兴县 033600）

引言

胶带输送机作为煤炭井下远距离输送的关键设备[1]，其工作的可靠性不仅关系煤炭掘进工作的安全，还与煤炭企业的经济效益息息相关，现已引起了煤炭行业的广泛关注[2-4]。传统的胶带输送机张紧工作依靠人工操作，不仅效率低下，而且效果不佳，经常出现张紧之后胶带跑偏的情况，影响整个煤炭输送工作的开展，限制煤炭企业产量的进一步提升[5]。因此针对某煤炭企业胶带输送机手动张紧效率低的问题，开展了变频自动张紧系统设计与应用研究工作。

1 胶带输送机存在的问题

胶带输送机作为一种长距离输送装置，在煤炭掘进工作过程中取得了较为广泛的应用，其结构原理如图1 所示，可以看出，胶带输送机结构涉及输送带、滚筒、拉紧装置等。输送带在传动滚筒和尾部滚筒的支撑下形成闭环，上下胶带的自动由托辊支撑抵消，减小其挠曲垂度，胶带张紧力由拉紧装置提供并可调整。胶带输送机运行时，驱动滚筒带动胶带连续转动，带动胶带表面的煤炭物料前移，实现煤炭物料的远距离输送。目前胶带输送机张紧调整方式多为手动，调整效率低，难以保证张紧辊轮两端的张紧量一致，经常出现张紧之后胶带跑偏问题。

图1 带式输送机结构原理

2 张紧装置的布置要求

张紧装置的设计首先要保证张紧装置布置的合理性，以便保证输送机的正常运转，包括输送机的启动、制动等，保证输送机中胶带在驱动滚筒上不能出现打滑。因此，结合笔者多年的工作经验及相关资料查询结果，确定了张紧装置布置的要求如下：第一是将拉紧装置尽量布置在胶带所受张力较小的位置；第二是对于输送距离大于300 m 的水平或坡度在5%以下的倾角输送机，张紧装置适宜布置在紧靠驱动滚筒的空载侧；第三是输送距离不大于300 米或坡度在5%以上的上倾输送机，拉紧装置适宜布置在输送机的尾部，通过拉紧尾部滚筒实现胶带的张紧；第四是双滚筒驱动输送机，张紧装置适宜布置在后一个传动滚筒分离点；第五是拉紧装置一定要布置于拉紧滚筒绕入和绕出胶带分支与滚筒位移线平行，而且施加的张紧力要通过滚筒中心。

3 变频调速自动张紧装置的设计

3.1 方案设计

根据胶带输送机对于自动张紧装置设计的需求，结合胶带输送机张紧装置的布置要求，选择变频调速技术进行变频调速自动张紧装置方案的设计。设计完成的变频调速自动张紧装置方案如下页图2所示，其组成主要包括防爆变频器、隔爆型三相异步电动机、电磁离合器、电磁制动器、行星减速机、卷筒、张紧辊筒、张力传感器及控制系统等。部分关键部件设计参数如下：防暴变频器的功率数值为55 kW、电压数值为660 V、输出频率数值为0～50 Hz；防爆电动机的性能参数为55 kW/1 480 r/min。行星减速机型号为EC3400，减速比为80.5。变频调速自动张紧装置的最大冲击张力为200 kN。

图2 变频调速自动张紧装置方案

3.2 工作原理

变频调速自动张紧装置启动时需要将主电动机的启动信号发送至控制系统3 方可实现变频调速自动张紧装置动作。如下页图2 所示，卷筒1 主要负责胶带张紧与放松动作，是胶带张紧的直接驱动力；行星减速机2 的作用是对隔爆电动机输出的高速低扭矩动力进行降速增扭，实现张紧力的稳定输出；电磁制动器4、联轴器5 和电磁离合器6 布置于卷筒和防暴电动机之间，主要负责张紧动力的输出与停止，联轴器还具有缓冲与过载保护的作用；防爆变频器8 主要接收控制系统3 的控制信号，实现电机频率的调节与控制，进而控制防暴电机的输出动力，调节自动张紧驱动力大小；张力传感器11 的作用主要负责采集胶带运行过程中的实时张力大小，反馈至控制系统3 进行逻辑分析，进一步确定是否需要改变变频器的控制信号，调节自动张紧装置的张力大小，实现胶带张紧力的闭环控制。

3.3 工作流程

变频调速自动张紧装置工作流程如图3 所示，系统运行方式包括自动、手动和急停三种模式，采用了PLC 逻辑控制器进行数据采集与反馈控制，张力传感器作为胶带张力大小实时采集的元件，达到变频调速自动张紧装置闭环控制的目的。变频调速自动张紧装置启动工作时，张力传感器采集得到的张紧力等于胶带输送机启动时张紧力设定初值时，一般为正常工作张紧力的1.5 倍，隔爆电动机立即停止运行，电磁制动器和离合器顺序断电，实现变频调速自动张紧装置的制动控制。胶带输送机启动工作完成，控制系统控制电磁制动器得电，电磁制动器中摩擦片受电磁力作用被松开，实现胶带的自动松带目的。当张力传感器反馈的数值达到设定的工作值时，电磁制动器断电，电磁制动器中制动摩擦片依靠内部弹簧力压紧并处于制动状态。

图3 变频调速自动张紧装置工作流程

胶带输送机工作过程中的胶带张紧力要求满足±10%以内的偏差，当胶带实时张紧力数值未达到规定数值时，启动自动张紧装置，增加胶带张紧力使其被拉紧，达到规定张紧力数值；当胶带实时张紧力数值超过规定数值时，电磁制动器得电，制动器内摩擦片被松开，减小胶带张紧力使其被松开，达到规定张紧力数值；当胶带输送机运行时，出现张紧力突然消失，说明胶带出现了断裂或卡死等故障，控制系统会立即断电，停止变频调速自动张紧装置工作。

3.4 功能特点

变频调速自动张紧装置使用了较为先进的变频调速控制技术，能够有效降低胶带输送机启、停时胶带所受的冲击，延长胶带的使用寿命。胶带输送机运行时，变频调速自动张紧装置具有自动调节张紧力的功能，实现胶带输送机较大张紧力条件下的启动、制动，较小张紧力条件下的运行，避免输送带波涌现象，提高胶带输送机的运行可靠性。变频调速自动张紧装置结构组成较为简单，仅涉及电器与机械部分，减少了复杂的机械和液压部件，增强了装置维护便捷性。

4 应用效果评价

为了验证胶带输送机变频自动张紧系统设计的合理性和可行性，将其应用于某型号胶带输送机进行试运行，对其进行为期半年的跟踪记录，结果表明，胶带输送机变频自动张紧系统运行稳定可靠，实现了胶带张紧自动控制的功能。统计结果显示，胶带输送机变频自动张紧系统的应用，减少了胶带张紧工作人员1～2 名，胶带未出现因张紧出现跑偏的问题，提高了胶带输送机近15%的有效利用时间，保证了煤炭综采工作的顺利开展，预计为煤炭企业新增经济效益近40 万元/年，取得了很好的应用效果。