带式输送机张紧装置设计研究

仝静萱

（晋能控股煤业集团晋华宫矿机电科，山西 大同 037003）

引言

随着科学技术的发展，带式输送机技术的不断提升，设备的动态特性也逐渐复杂，传统的静态分析已无法适应设备的发展，通过增大设备安全系数，提高滚筒圆周力虽可暂时提升设备的安全性能，但长期运行会使输送带长期处于偏紧状态，参数过大会提升设备使用成本，造成其他的安全隐患。针对这一现象，本文提出了基于动态特性研究的带式输送机张紧装置设计，以期稳定带式输送机使用性能，提高设备安全使用系数。

1 输送带动态特性分析

在运行过程中因外力作用而导致的输送带橡胶材料变形即为输送带的力学特性。当带式输送机距离较短、负载较小时，设备的力学特性对设备运行影响较小，可忽略不计。但当带式输送机运输距离较长、负载较大时，力学特性的影响就无法忽略，成为影响设备运行的重要因素之一。短距离低负载的带式输送机往往研究设备的静态特性，大距离高负载设备就需研究设备的动态特性，本文以研究动态特性为主[1-3]。

带式输送机输送带的动态特性研究主要可以包括蠕变特点、应力与应变特点、松弛特点、延迟特点以及频率相关特点。其中，应力与应变特点为当输送带受到外来的作用力时，应力、应变变化不满足胡可定律，呈现出非线性变化的特点，其变化特点如图1-1所示；蠕变特点是指输送带会随着设备的不断使用而逐渐变长且无限趋近于某一数值，其蠕变特点如图1-2所示；松弛特点是指输送带恒定应变所需的应力呈先增大后减小最终趋于稳定的特点，其变化特点如图1-3所示；延迟特点是指输送带的应力变化较施加的载荷具有延迟性，其变化特性如图1-4所示；频率相关特点是指输送带的变形与载荷变化频率相关，外力施加的频率越快，变形越大，外力施加的频率越慢，变形越小。

图1 输送带动态特性

2 带式输送机张紧装置设计

2.1 整体设计

带式输送机张紧装置主要由张紧绞车、电动机、滚筒、小车以及相关控制设备组成，张紧装置的结构示意图如下页图2所示。其中，滚筒是输送带张力大小调节的关键部件，滚筒与输送带直接接触，通过惯性以及摩擦系数对输送带张力进行调节；张紧绞车、电动机以及小车主要是通过调整滚筒位置进行输送带张力调节的；相关控制设备是张紧装置系统的控制核心，对张力输出以及相关的控制逻辑作出判断，对具体的张力大小以及相关算法进行控制。

2.2 控制系统设计

图2 带式输送机张紧装置结构示意图

由于长距离高负载带式输送机动态特性较为多变，简单的张紧、松弛控制设备已无法满足实际的使用要求，故本文采用PLC控制方法进行设计。张紧装置控制系统主要由PLC控制器、变送器、数显表、机旁控制装置、上位系统以及相关开关组成，控制系统结构示意图如图3所示。张紧装置是通过控制系统内的算法设置与传感器采集到的设备状态相结合进行输送带张力调节的。控制系统发出装置启动信号，传感器对输送带张力变化进行信号采集，变送器将传感器采集的信号转换为电信号并发送至PLC控制器，控制器依据内部算法与传感器的采集信息对张力进行实时调节。无论是设备启动还是停止，当张力达到所需张力数值时即可进入下一步操作。张紧装置张力的调节是通过控制电动机运转控制绞车松开与缠紧、小车前进或后退，从而控制输送带的张力大小的。张紧抱闸主要是起固定作用，当开始调节张力或张力调节完毕时，张紧抱闸需开启或者关闭[4-6]。

图3 控制系统结构示意图

2.3 软件系统设计

由于带式输送机的输送带具有弹性以及张力变换性，故传统的张力控制算法无法适应要求，会导致由于张力调节不协调使得输送带出现小车振动以及输送带打滑等现象，故需针对带式输送机张紧装置进行专门的控制逻辑设计。在带式输送机初始运行的过程中，输送带受到来自滚筒的作用力，使输送带本身具有一定的变形，张力呈减小趋势。依据过往经验，这时的张力设置约为1.2倍左右的额定张力即可保证输送带的正常运行，不发生打滑现象。当带式输送机停止运行时，需使输送带保持一定的张力防止输送带因张力过小而变形，通常为0.85倍左右的额定张力。在带式输送机运行过程中，输送带的张力会随着运行状态的不同而不断变化，张力数值的读取应具有一定的滞后性，当张力数值稳定后控制器才进行数据读取，进行下一步运算。同时，张力控制程序还设置了故障报警程序。当传感器读取的数值大于1.6倍的额定张力或者小于0.8倍的额定张力时，张力控制程序将判断带式输送机处于故障状态，从而触发报警。带式输送机张紧装置的张力控制程序流程示意图如图4所示。

图4 张紧装置张力控制程序流程示意图

3 张紧装置运行测试

将张紧装置的控制柜、按钮箱以及各类电缆按设计进行安装接线，同时对传感器进行调试处理。通电后，首先进行单机测试。单机测试没问题后进行手动张力调整测试，数据读取无误且装置无任何异常即可开始进行整体测试。

将带式输送机张紧装置的启动张力设定为额定张力的1.2倍，停止张力设定为额定张力的0.85倍。启动带式输送机观察输送带是否有打滑或者跑偏现象，如果发生上述现象则对启动张力进行适度调整，若未发生则进入下一个环节。手动将张力调整为1.6倍与0.8倍的额定张力，观察报警系统是否报警。完成上述测试后，将带式输送机系统调整为正常状态，启动输送机观察启动、运行以及停止三种状态下的张力变化曲线，如下页图5所示，图5-1为设备启动张力变化曲线，图5-2为设备正常运行张力变化曲线，图5-3为设备停止张力变化曲线。由图5可知，带式输送机张力变化正常，符合系统要求，无发现异常。

4 结论

随着带式输送机向长距离、大负载、智能化方向的不断发展，传统的基于静态分析的输送机张紧装置已无法满足生产的实际需求[7-10]。针对这一现象，本文提出了运用动态分析的方法进行带式输送机张紧装置设计研究，通过设计分析本文得出了以下结论：

1）运用PLC可编程控制技术可更好地实时控制带式输送机的张力，保持设备的最佳张力状态，有效防止输送带的打滑与跑偏现象。

2）依据上述设计进行张紧装置软硬件设计改造实现了张力的自动调节，完成了输送带的自动张紧，保证了设备的稳定运行，提高了企业生产效率。