长距离带式输送机液压张紧装置研究

孙 强(山西焦煤集团西山煤电屯兰煤矿，山西 太原 030024)

0 引言

带式输送机是煤矿井下的重要机电设备，承担着煤炭在井下巷道内转运和向地面输送的重任，因此其工作效率和稳定性对煤炭生产效率有较大影响。尤其对于长距离带式输送机，其输送距离长、运量大、负荷重，因此要求输送机各系统需具备长时间平稳运行的能力，且具有较高的自动化水平。对于长距离带式输送机，张紧装置是其重要组成部分，该装置可补偿输送带的拉伸变形，以保证输送带获得合适的张紧力和牵引力。另外，张紧装置也为输送带的接头操作提供必要的伸缩行程[1-2]。

1 传统输送机存在的问题

带式输送机常用的张紧方式包括重锤式、绞车式和油缸张紧式等。目前较常用的是自动油缸张紧式，利用压力传感器进行张力信号采集，然后对张紧设备进行调整，这种方式存在信号滞后、机械惯性等问题，调节不及时。另一种为液压绞车张紧式，这种方式张紧力恒定，不适用于长距离复杂工况的输送机。另外，在输送机带载启动时，当前的各种张紧调整装置无法及时做出调整，致使局部范围内的输送带张力会急剧增大，对输送带造成冲击，影响设备使用寿命[3-6]。

针对上述传统带式输送机存在的问题，本文对一种新型长距离带式输送机液压张紧装置进行了研究。

2 长距离带式输送机张紧装置的组成结构

如图1所示，该张紧装置主要由张紧小车、钢绳与滑轮组、张紧油缸、液压泵站、蓄能器、液压绞车、电控系统等组成。其中，张紧小车作为转向滚筒的安装支架，通过其前后移动改变驱动滚筒和转向滚筒之间的相对距离，从而改变输送带的张紧力；张紧油缸通过调整动滑轮的位置，张紧钢绳，并最终张紧输送带；液压泵站主要为液压绞车和张紧油缸提供设定的压力和流量，保证液压控制系统的稳定性；蓄能器主要是在液压系统发生压力波动时，吸收或释放部分压力，从而保证系统压力稳定；液压绞车的功能是通过液压马达驱动绞车运转，改变滑轮组间的钢绳长度，从而实现较大幅度的松绳和紧绳调节；电控系统主要由控制柜、压力和位移传感器等组成，作用是按设定的控制策略向液压系统各元件发送控制信号，并对各反馈信号进行收集和处理。

图1 长距离带式输送机张紧装置的组成结构

3 张紧装置工作原理

3.1 张紧控制流程设计

首先，根据生产需求，对启动状态、正常运行状态和制动状态下的张紧力值分别进行计算。在系统自动运行时，当控制台发出输送机启动信号后，当前的张紧力自动设定为启动张力(约为正常状态时的1.5倍)，液压系统相应动作，保证张紧力达到设定要求，然后输送机启动；当输送机匀速稳定运行后，张力设定值切换至正常状态值，液压系统动作，张紧力减小；当控制台发出停机信号时，张紧力设定值切换至制动张力值(约为正常状态时的0.9倍)，张紧力在液压控制系统下逐渐减小；另外，当输送机需进行停机维修时，张紧装置切换为手动控制模式，此时可人为控制输送带的张紧和松弛。

3.2 张紧装置液压系统控制原理

张紧装置液压控制原理图如图2所示。图中左半部分控制张紧油缸，右半部分控制液压绞车。

图2 张紧装置液压控制原理图

(1)张紧油缸控制原理

主泵组6启动后，经过滤器3，将油液从油箱1中吸出。当手动换向阀10处于中位时，液压泵空载运行；当换向阀10手动切换至左阀位时，泵组6出口与张紧缸无杆腔接通，有杆腔与油箱接通，此时活塞杆无负载缓慢伸出，松绳动作完成；当换向阀10切换至右阀位时，泵组6出口与张紧缸有杆腔接通，同时联通蓄能器15和溢流阀12等，此时活塞杆在张紧力作用下缓慢缩回，进行紧绳操作，当压力传感器13检测到的压力达到系统设定值时，泵组6停机，溢流阀12可维持当前设定压力。另外，蓄能器15可在载荷发生波动时，维持有杆腔油路的压力恒定，保证提供稳定的张紧力。

(2)液压绞车控制原理

为方便调速，液压绞车供油系统采用变量泵。变量泵20启动后，溢流阀模块17内的电磁换向阀1DT得电，溢流阀的先导口与油箱直接联通，此时变量泵空载运行；当变量泵达到额定转速后，1DT失电，此时变量泵与液压马达联通，当系统压力达到马达制动闸的松闸压力时，制动闸松开，然后通过控制电磁换向阀23的阀位，可相应实现绞车模块24内液压马达的正反转，从而实现较大幅度的松绳和紧绳操作。绞车模块24内有液压连锁装置，通过2个单向阀的互锁实现液压绞车的制动和回油，防止外载荷冲击对设备的损坏。

3.3 液压系统工作过程

实际生产中，液压系统可处于5种工作状态，具体如下：

(1)设备准备启动状态

发出启动信号后，溢流阀8和17自动设定为启动压力，电磁换向阀23左侧阀位得电，绞车松闸并在液压马达驱动下正转紧绳，同时，手动换向阀10置于右阀位，张紧油缸充液张紧。当系统检测张力达到设定要求时，液压马达停转，系统闭锁保持压力，然后向滚筒驱动电机发出启动信号。

(2)设备启动至稳定状态

输送机启动一段时间，当检测运行速度达到稳定状态后，相应溢流阀压力设定为正常压力，电磁换向阀23右侧阀位得电，绞车松闸，液压马达反转松绳，直至张紧力达到正常设定值，此时绞车抱闸制动，电磁阀置于中位，液压泵空载运行。

(3)稳定运行状态

输送机稳定运行过程中，理论上保持液压系统停止状态即可，但由于液压油泄漏、载煤量变化等因素，张紧力可能发生变化。当实际张紧力小于设定值的95%时，电磁换向阀23左侧阀位得电，绞车松闸并在液压马达驱动下正转紧绳，同时，张紧油缸也充液张紧，当张紧力达到设定值的105%时，绞车抱闸制动，电磁阀置于中位，液压泵空载运行。因此，在输送机正常工作状态下，输送带的张紧力始终保持动态平衡。

(4)制动停转状态

当控制器发出停机信号时，溢流阀8和17自动设定为停机压力，抱闸松开，电磁换向阀23置于右位，松绳操作直至达到停机张紧力设定值。然后抱闸制动，液压泵空载运行。

(5)断带保护状态

当发生断带时，为防止张紧机构发生冲击损坏，应及时进入保护状态，因此当检测到张紧力突变为0时，溢流阀8和17的压力应调整为断带压力，并关闭泵组，抱闸抱紧。同时，电磁换向阀11得电，张紧油缸缓慢泄压，防止快速反向运动对缸体造成的冲击。

4 系统应用优势

上述液压张紧装置有以下应用优势：

(1)张紧调节行程范围大。该装置兼具绞车张紧和油缸张紧的优势，可将张紧行程增大至15～20 m，保证有足够的维修调整距离。

(2)响应速度快，运行平稳。该装置的液压控制系统动态响应特性较好，应对各种工况时调节迅速，且能较快达到稳定状态，当输送机的载煤量等发生较大变化时，通过系统快速响应，可将张紧力维持在动态平衡状态，避免张紧力超调造成的破坏和冲击。

(3)降耗提效，延长设备寿命。通过对不同工作状态下张紧力的精确控制，在保证运输能力的同时，可有效降低输送带的张紧强度要求，减小输送带磨损，延长输送带的使用寿命。另外，该装置的断带保护功能，可防止断带工况下油缸的冲击损伤，从而有效降低设备的建设和运营成本。

(4)便于远程监控。张紧装置可对输送机张紧力和液压系统压力等进行实时监控，相应数据信号可与装置的集控系统连接，从而实现设备的远程状态监测与控制。

5 结论

(1)传统带式输送机存在张紧力调节不及时、无法缓解冲击载荷对设备的损害等问题，因此对于长距离带式输送机迫切需要一种更加安全稳定的张紧力调节机构；

(2)本文提出一种结合油缸张紧和绞车张紧的机构形式，通过对输送带张紧力和液压系统压力进行监测，可实现对启动、提速、匀速、制动和断带等不同工况下的张紧力的分段准确控制；

(3)该液压张紧装置具有调节行程大、响应速度快、设备寿命长、便于远程监控等优势。