皮带输送机变频技术调节输送带张紧力

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      皮带输送机是输送连续物料的重要输送机械，其稳定可靠的运行直接影响到企业的生产效益。而输送带张紧装置作为皮带输送机的重要组成部分，是保证输送机正常启动、运行、制动以及停止的关键，因此必须要保证其张紧能力和制动能力，满足皮带输送机有足够的张力并且能够补偿输送带的弹性伸长。随着工况环境和运输能力的要求不断提高，长距离大功率皮带输送机的应用对张紧装置有了更高的要求，重锤式、固定式、液压油缸式等装置已经不能满足张力调节实时响应性的性能。因此，本文设计的采用变频拖动技术来控制张紧力，从而达到了张紧力的可测可感可控，确保皮带输送机运行的可靠性和稳定性。
      对于皮带输送机张紧力装置的性能要求：
      (1)张力方向张紧力应该通过滚筒中心，输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，保证张力在不同位置而不发生变化；
      (2)安装位置张紧装置的位置对性能影响很大，张紧装置尽量安装在靠近传动滚筒的空载支路上，杜绝输送机动作时产生的打滑；张力装置安装在输送带张力最小处，对输送带的受力起到一定的积极作用；
      (3)消除死区主要指当输送机接收到方向运动指令后，不至于产生张力的陡变；
      (4)多组协同根据具体的工况，当一组张紧装置不能满足张力要求时，可以在输送带线路上安装多组张紧装置进行协同工作；
      (5)其他指标实时响应性和高可靠性等要求。在满足以上张紧装置的性能要求下，研究者已经开发了多种类型的皮带输送机张紧装置，主要是融合机械、液压和电子设计的机电液一体化的产品。但是通过比较分析，现有的皮带输送机存在张紧力不足或者响应慢等多种缺陷。为此，本文研究了一种采用变频拖动技术来自动调节输送带张紧力的装置，能够对输送带的张紧力进行实时控制，实现了对于长距离输送带的张紧需求，提高张紧力相应速度，对输送带的冲击力较小，并且延长了皮带输送机的使用寿命，整个系统的设计为带式输送机的正常运行起到了一定的保护作用。
      本文设计的张紧装置保证了在输送带启动时能够有足够的张紧力，一旦完成启动过程，再通过张力传感器获取的张力实时值准确地进行变频控制，调节张力大小。系统结构如图1所示。

1.变频电动机；2.减速器；3.卷筒；4.固定绳轮；5.钢丝绳；6.稳车滑轮；7.张力传感器；8.大齿轮；9.中间齿轮；10.小齿轮
图1  皮带输送机张紧装置结构设计图

      (1)动力源采用交流调频电机来作为输入源；
      (2)减速装置采用二级变速方案，来降低交流电机的高速，从而满足滚筒的低速要求。一级减速器为单头蜗轮蜗杆副，解决了齿轮的降速比不能太大的矛盾；二级减速器为齿轮减速，齿轮副的大齿和小齿分别与滚筒和蜗轮轴相联，来传递电机动力；
      (3)张力反馈在钢丝绳上安装张力传感器测量绳上张力，作为反馈实时调节电机的频率，达到张力最佳控制。
      在皮带输送机运行过程中，主要会出现几种情况：启动阶段、张力超限、张力不足等几种情况，其整个调节工作原理流程图如图2所示。

图2  张紧装置调节工作原理流程图

      (1)启动过程时，电机根据规定的启动频率带动涡轮蜗杆以及卷筒动作，继而钢丝绳拉紧；
      (2)钢丝绳张力被检测到超限时，主电机停止后反向工作，蜗轮蜗杆反转，卷筒逆转从而起到松带的作用。一旦压力回归到正常值后，蜗轮蜗杆处于自锁；
      (3)张力不足时，则张紧装置进行启动，输送带被拉紧直到正常。但是当张力为零时，则有可能输送带断裂或者张紧装置出现问题，此时对设备进行检修。
      输送带采用变频电机控制后具有的优点：
      (1)采用主流变频技术，减少常规张紧装置启停时对输送带造成的振动与冲击；
      (2)设计具有较好的鲁棒性，能够根据现场工况自动调节张紧力的大小，能够保证在启制动时有加大的张力，也能在较小的张力下运行。因此，张紧装置适应在复杂多变的煤炭输送工作面上工作；
      (3)具有较快速的响应能力。因为张力在输送带上需要传播，因此张紧装置的反应速度需要满足要求；
      (4)与常规的张力设计装置采用机电液一体化设计相比，本设计摒弃了液压与电子技术，优化了系统的结构，达到了相同的功能；
      (5)提高了系统可靠性。通常系统复杂度对可靠性有很大的影响，零部件越多，系统的故障率也相应增加。
      本文在研究机械或者液压式的输送带张紧装置系统构成复杂，实时性差等缺点的基础上，探讨了采用将变频拖动技术运用到输送带张紧力控制上，达到了很好的效果。该装置的设计使力传递过程趋于缓变，很好地解决了起、制动等操作对输送带的冲击，满足长距离输送机的张紧要求，延长了皮带输送机及相关组件的使用寿命。整个装置设计结构简单、使用维护方便，能够为生产企业带来一定的经济效益和社会效益，具有很好的效果。