皮带输送机液压张紧装置应用研究

武潭午

（汾西矿业集团设备修造厂， 山西 介休 032000）

引言

皮带输送机具有运输距离长、效率高以及后期维护成本低等优点，在煤矿井下应用较为普遍[1-2]。由于皮带输送机布置长度一般在几千米甚至十几千米，输送带在运输物料以及自身重力作用下会出现一定延伸，从而使得输送带与滚筒间摩擦力有所降低，出现打滑问题[3-5]。为了避皮带输送机出现打滑，提高输送带与滚筒间摩擦力，一般采用张紧装置给输送带一定张紧力[6]。文中就矿井常用的液压张紧装置结构以及应用情况进行分析，以期能在一定程度上提升矿井皮带输送机应用效果。

1 皮带输送机液压张紧装置结构

液压张紧装置结构包括有液压部分、机械部分以及电控部分等构成，液压部分有截止阀、蓄能器、溢流阀、继电器以及定量泵等；机械部分有滑轮、道轨、绞车以及张紧油缸等；电控部分有电控箱、传感器等。输送带张力依靠张力传感器实时获取，并对张力传感器监测获取到的张力与设定张力值进行比对，并将比对结果实时传输给PLC 控制器。控制器对张力监测值以及皮带输送机工作状态进行实时分析，并向继电器、磁力启动器发出控制信号，控制电机运转，电机正向转动则液压张紧装置液压油缸收缩，张紧力增加；反之电机反转则液压张紧装置张紧力降低。

输送机上布置的液压张紧装置综合集成有液压技术、机械技术以及自动化控制技术。张紧装置现场安装时应综合考虑下述几个因素：张紧装置应靠近驱动装置（驱动滚筒）位置，从而减少张紧力损失量；张紧装置易安装在输送带松弛或者张紧力最小位置；确定张紧力时应考虑输送带接头长度，同时考虑输送机各种运行工况。特别是井下布置的输送机运输距离长、负载较大时，张紧装置安装位置会显著影响带式输送机运行效果。如驱动电机在启动、制动过程中输送带理想状态为平缓、缓慢的变化，若张紧装置不能配合驱动电机运行调整张紧力，极可能会影响带式输送机运行稳定性。具体矿井液压张紧装置常见安装位置见图1 所示。当输送机运输距离超过300 m、坡度超过5%时可将张紧装置置于主动带乱空载侧（输送带回程侧），通过与主动轮配合可给输送带较好的张紧力作用效果。

图1 矿井液压张紧装置常见安装位置示意图

2 张紧装置液压系统及电控系统分析

2.1 液压系统结构及工作原理

张紧装置液压系统工作原理见图2 所示。皮带输送机在启动、正常运行以及停止运行阶段张紧力控制方式各有差异。在带式输送机启动阶段，电磁阀开启、油泵中进入液压油，电控箱向电机发出启动信号；定量泵在电机作用下向张紧油缸前腔内充入液压油并给活塞上施加一定压力，给输送带施加一定量的张紧力。液压系统中溢流阀的作用是控制活塞上张力上限，蓄能器作用是避免输送带张紧力出现较大波动。正常运行阶段液压油泵电机不运行，液压张紧装置张紧力通过电控系统控制张紧力，电控系统对张紧传感器获取到的数据进行分析并对输送带需要张紧力进行判定，通过控制液压系统实现张紧力调节；压力继电器可将张力力控制在一定范围内。具体控制过程为：张紧力超过设定上限时压力继电器向电机发出停机指令，降低张紧力，当压力低于设定下限时压力继电器向电机发出启动指令，增大张紧力。

图2 张紧装置液压系统工作原理图

液压系统一般使用高压软管连接。液压泵站通过长、短高压软管分别与蓄能站、油缸无杆腔及有杆腔连接，通过软管实现液压系统各位置连接。

2.2 液压系统主要元件

液压系统主要元件包括有液压缸、各类阀组、电动、张力传感器以及液压泵等。其中液压缸是实现液压能与机械能转换的主要元件，液压缸质量优劣直接影响张紧装置质量及使用寿命。液压系统中有单向阀、溢流阀、换向阀等各类阀组，各阀组选型应依据工作需要确定，具体液压系统主要元件类型见表1 所示。

表1 液压系统主要元件型类型

2.3 电控系统分析

液压张紧装置电控部分结构主要为电控箱，主要电气元件有PLC、断路器、继电器以及电源模块等。具体工作原理为：启动等上位机控制信号首先发送给PLC 控制器，控制器依据张力传感器监测结果以及控制信号判定电机正转或反转，从而实现对张紧量调节。电控系统选择的PLC 控制器型号为S7-200 系列，核心处理器为CPU224XP。

电控系统中PLC 控制器运行程序是基于STEP7 编制，具体步骤为：首先划分程序功能模块，具体包括有手/自动模块、主控制模块、各控制型模块等；随后依据输入、输出量编制张紧装置变量表、依据流程图编制控制程序梯形图；随后编制硬件以及通信组态网络。

3 液压张紧装置应用效果分析

在皮带输送机上使用液压张紧装置具体效果表现为：

1）具有较好的启动特性。皮带输送机输送带、张力传感器以及液压油缸等有机整体，皮带输送机张力可依据现场需要进行调节，特别是输送机在启动初期，张紧装置可给输送机较高的张紧力，从而避免出现打滑问题。

2）可实现远程控制。液压张紧装置中的电控系统有丰富的通信接口，将通信接口与皮带输送机集控系统连接，可实现远程监控皮带输送机运行。

3）可实现快速响应。在皮带输送机上布置的张紧装置可根据输送机运行工况对张紧力进行快速调节，从而降低输送带出现打滑、撕裂、断裂故障的发生率。

4）增加了皮带输送机零部件使用寿命。皮带输送机在正常运行时液压张紧装置可给输送带提供一定的张紧力，从而可在一定程度上延缓输送带老化，并减少托辊故障发生率。

4 结语

张紧装置用以给皮带输送机输送带一定的张紧力，从而实现皮带输送机重载启动，避免出现打滑并降低输送带跑偏发生率。文中对矿井现阶段最为常用的液压张紧装置结构进行阐述，分析了液压张紧装置中液压系统、电控系统结构及原理，对液压张紧装置现场应用效果进行总结分析。

矿井使用的液压张紧装置具有启动特性好、可远程控制、响应速度快等优点，在皮带输送机上应用可在一定程度上增加设备运行效率。