带式输送机液压拉紧装置的设计分析

刘志刚

（霍州煤电集团河津杜家沟煤业有限责任公司，山西 运城 043300）

引言

当前，长距离大功率带式输送机被矿山与港口行业广泛应用，通常其投资成本与维护成本相对较低。通过分析国外长距离大功率带式输送机，我国在设计与生产方面存在的一定的缺陷。由于在工作的过程中往往出现皮带打滑的现象，因此为了能够有效地提高输送机滚筒的摩擦力，从而在带式输送机位上设置拉紧装置。由于我国在拉紧装置方面起步较晚，因此理论和实践都存在一定的差距，因此对带式输送机拉紧装置与控制系统进行研究。

1 带式输送机拉紧装置结构分析

带式输送机拉紧装置包括：机械技术、液压技术、自动控制技术。因此设计人员在进行设计的过程中，必须优化其结构、工作原理、布置以及相应的安装等[1]。

1.1 布置原则

通过查阅有关带式输送机的相关文献，通常情况下布置拉紧装置的过程中需要依据如下几个方面的原则：拉紧装置预主动轮一段靠近，这样可以有效地保证驱动装置皮带张紧力处于平衡状态；制定相应的拉紧行程，必须考虑拉头长度，这样在相应的张紧力情况下，可以充分考虑输送机的运输工况条件。

1.2 安装位置

当需要实现长距离以及大运量运输时，必须高度重视拉紧装置的位置。假如出现电机启动以及制动的过程中，其正常的加速过程为平缓而缓慢的变化。假如拉紧装置不能与电机的速度配合，那么这时可以通过动态的形式对排皮带进行调整。图1为带式输送机拉紧装置安装位置示意图。经过调查发现带式输送机坡度超过了5%，为了保证运输的合理性，需要将拉紧装置设置在主动带轮的空载位置，能够起到优化主动带轮的张紧力[2]。

图1 带式输机拉紧装置安装位置示意图

1.3 结构划分

该带式输送机拉紧装置包括如下三个单元：机械单元、液压单元、电控单元。其中，机械单元包括绞车、道轨、拉紧油缸、钢丝绳、滑轮等。而液压单元包括蓄能器、压力继电器、定量泵、截止阀等。电控部分包括传感器和电控箱等。

1.4 工作原理

通过使用拉力传感器采集张紧力的大小，并将其与设定的张紧力进行比较，接着将得到数值转化成为电信号，最后将其传输给控制器。在控制器内部对带式输送机的工作状态进行判断，同时向外输出控制信号，进而可以控制电机的正反转以及制动状态。

2 拉紧装置液压系统分析

2.1 液压系统的结构和工作原理

如下页图2拉紧装置液压系统原理图所示，假如带式输送机处于稳定的工作带状态时，那么其拉进控制力方式不同。当处于开启状态时，这时电磁阀开启。当把油泵内部保留的液压油加入到液压装置中，这时电控箱就会向电机发出启动指令。当电动处于启动状态时，这时定量泵前腔将会充满油，与此同时在活塞的带动下可以产生压力，此外由于设置有溢流阀可以有效地控制张力变化。蓄能器能够对皮带产生的张力进行缓冲，同时可以将外部干扰量吸收。在运动的过程中，油泵电机处于停止状态，主要借助电控装置实现对装置的拉紧力控制。当处于张紧力的范围内，那么压力继电器对电磁阀进行有效地控制，进而对液压回路进行控制。假如压力数值超过了设定的数值，这时油泵电机在收到信号后将自动关闭油泵。这样使得张力变得更小。假如压力数值低于设定值时，油泵电机在压力继电器的作用下处于启动状态，因此张紧力将会增加。

图2 拉紧装置液压系统结构原理图

2.2 液压系统的连接方式

通常液力系统可以通过相应的高压油管进行连接，同时高压胶管可以借助输送温度油管实现工作，图3为相应的各部件连接方式。

图3 液压系统各部件连接示意图

2.3 液压系统的主要元件选型

液压缸作用是将液压能转化为机械能，通常质量可以决定拉紧装置的性能以及相应的使用寿命。液压控制阀的种类比较多，诸如如下几个方面：液控单向阀、电磁溢流阀、三位四通电磁换向阀等。因此，在选择液压控制阀时，往往需要依据不同的工作需要进行选。与此同时，电机、泵与拉力传感器都是重要的元件。表1表示相应的液压系统关键元件选型。

表1 液压系统主要原件选型情况表

3 拉紧装置电控系统分析

通常电控单元主要包括电控箱，在该装置中起到关键性的作用。包括如下几个电器元件：PLC、电源单元、继电器、断路器等等。具体工作过程如下所示：当上位机启动后，将控制信号出输给PLC。而PLC将对采集到的信号进行处理，进而可以判断绞车的所处的状态以及控制液压系统。对于拉紧装置而言，其电控的核心为PLC控制单元，一般需要依据信息采集输入量与控制信号选择合适的PLC类型。该PLC选用CPU224XP，该PLC设置有14路数字输入接口、2路模拟信号以及1路模拟信号通道。图4表示相应的CPU224XP的外部接线图。并选用电源为交流220 V、直流24 V[3]。

图4 CPU224XP的外部接线图

该控制程序以STEP7开发环境梯形图为基础，具体步骤如下所示：首先制定程序化等控制单元，主要包括主程序单元、手/自动单元、加热器与冷却器单元、各种类型控制单元等。接着，结合输入与输出量设置拉紧装置的变量。依据流程图编程梯形图。最后，构建硬件组态网络。

4 应用特点

1）启动特性好。一般可以调整皮带的张紧力，尤其当皮带机处于启动状态下，通常在拉紧装置的作用下，相应的拉紧状态将会变成1.4倍，从而能够有效地避免出现打滑的现象。

2）响应快。当皮带处于外部负载波动以及机尾出现移动时，那么皮带将会处于不断振荡的状态，从而可以有效地调整张紧力，这样能避免打带以及断带的现象。

3）远程控制。通过在拉进装置的作用下可以实现信息的交互，进而实现远程控制。

4）优化皮带的使用周期。假如皮带工作的过程中，借助皮带张紧力可以降低皮带与托辊的老化程度，因此可以降低皮带的故障率。

5 结语

由于我国应用的带式输送机液压绞车自动张紧装置存在问题，主要表现在皮带方面，比如不能及时的调整张紧力，引发皮带机过劲或者过松，从而导致皮带出现断裂的现象。经过对拉紧装置进行优化，能够及时调整皮拉紧力，从而可以避免皮带出现打滑。