带式输送机拉紧装置的设计与仿真研究

王跃锋

（阳煤一矿机电工区， 山西 阳泉 045000）

引言

带式输送机作为工作面应用最为广泛的运输设备之一，其朝着大运量、长距离的方向发展。拉紧装置作为带式输送机的关键部件，其不仅需满足在实际运输过程中满足伸长量变化的要求，还具备拉紧力可调的功能。但是，在实际应用中存在输送带伸长量变化较大的情况，传统电力驱动的拉紧装置和液压缸拉紧装置存在一定的缺陷[1]。因此，设计了一款新型带式输送机自动拉紧装置并展开分析。

1 带式输送机拉紧装置的理论分析

为确保所设计的拉紧装置能够解决传统电力和液压缸驱动拉紧装置的所存在的问题，对拉紧装置的相关理论进行分析。

1.1 拉紧装置的布置原则

1）应将拉紧装置布置安装于输送带张紧力最小的位置处；

2）为确保输送带张紧力不变，保证其响应特性，需将拉紧装置布置于靠近驱动滚筒奔离点的位置处；

3）针对短距离带式输送机和应用于具有一定坡度的工作面时，应将拉紧装置布置于带式输送机的尾部，且将尾部的驱动滚筒作为为拉紧装置提供驱动力的滚筒；

4）当带式输送机是靠两个滚筒进行传动时，将拉紧装置安装于后面滚筒的奔离点；考虑到输送带的制动，可将拉紧装置安装于两个滚筒之间。

1.2 拉紧装置的安装位置

基于1.1 所述的拉紧装置布置原则，在实际应用中常见拉紧装置布置于带式输送机的头部或者中部，针对拉紧装置在尾部的安装需采用特殊安装形式。拉紧装置安装于带式输送机头部和尾部的如图1 所示。

针对垃圾装置在尾部的安装可采用一般和特殊两种安装方式，具体如图2 所示：

图1 拉紧装置在头部和中部的安装形式

图2 拉紧装在置尾部的安装形式

2 带式输送机拉紧装置的设计

2.1 带式输送机拉紧装置的总体设计

对于传统带式输送机拉紧装置采用电驱动拉紧或者液压驱动拉紧时存在一定的缺陷。因此，针对带式输送机拉紧装置采用液压绞车联合驱动拉紧的方式，该拉紧装置由机械系统、液压系统以及电气控制系统三个分系统组成[2]。其中，机械系统主要由拉紧小车、拉紧绞车以及钢丝绳等机械部件组成；电气系统主要由拉紧装置拉紧力实时监测系统和电气控制站等组成；液压系统主要由液压泵站、马达、缓冲油缸、蓄能器以及制动等液压元器件组成。

拉紧装置基于电气控制系统中的拉紧力实时监测系统对张紧力就测量；并通过电液比例溢流阀的开口大小控制马达的输出扭矩；液压绞车为拉紧系统的执行部件，根据实时工况控制绞车从而实现对拉紧行程的调整和控制；缓冲油缸的主要作用是吸收带式输送机在非平稳工作状态下出现的输送带松弛和振动的现象[3]。

2.2 拉紧装置液压系统的设计

液压系统主要由液压泵站、马达、缓冲油缸、蓄能器以及制动等液压元器件组成。根据带式输送机的工况，其对应拉紧装置液压系统的工作阶段包括启动阶段、启动至正常运行阶段、拉紧力监测和保压阶段、制动阶段和断带保护阶段。本章节完成对带式输送机拉紧装置液压系统关键元器件的选型，基于相关理论及计算的结论，对应液压系统元器件的选型结果如表1 所示。

表1 拉紧装置液压系统元器件选型

2.3 拉紧装置电控系统的设计

拉紧装置电控系统的核心部件为PLC 控制器，基于PLC 控制器可以获取拉力传感器所采集到的输送带的实时张力，并结合当前带式输送机的运行工况得出相应的控制指令，对电液比例溢流阀的开口进行控制，从而达到对张紧力控制的目的[4]。

结合当前工业应用中PLC 选型，拟选用西门子的S7-200 系列PLC 控制器为其核心控制器。确定核心控制器后，为其配置相关部件，具体选型结果如表2 所示。

3 带式输送机拉紧装置的仿真分析

采用PID 算法对本文所设计带式输送机拉紧装置动作及运行状态进行控制。基于所搭建拉紧装置的整体数学模型、MATLAB 软件中的SIMULINK模块对拉紧装置的控制特性进行仿真分析[5]。

PID 控制算法最终的控制效果主要由该算法中的积分系数Kf、微分系数Kd和比例系数Kp的确定。经反复试验整定后，确定最终PID 控制器的参数如下：Kp=10，Kf=1，Kd=0.05。

表2 拉紧装置电控系统元器件选型

当仿真模型输入阶跃信号后，对应的带式输送机的工作状态为运行过程受到冲击后，拉紧装置缓冲油缸的活塞杆立即作出对应的动作，以减缓工作中的冲击对系统液压元器件及机械结构部件所造成的冲击。当系统受到类似的冲击时，系统能够及时作出反应，即说明拉紧装置具有良好的响应速度，能够实现对带式输送机张紧力根据其运行工况的平稳控制。

4 结语

通过采用液压绞车驱动的方式对带式输送机拉紧装置进行改进设计，并对其控制系统的参数进行分析，确保拉紧装置根据带式输送机的运行状态实时对输送带的张紧力进行控制，进而确保带式输送机的平稳运行，为进一步提升综采工作面的采煤效率奠定基础。