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摘要：基于对皮带机固定式张紧装置、恒力式张紧装置、自动张紧装置等不同张紧系统的工作原理的分析，分析了输送机对张紧系统的性能要求，并在此基础上设计了基于PLC控制的自动张紧系统，该系统响应速度快，可远程控制，可对张力进行实时监测并能根据不同的工况实时调整张紧力。
关键词：皮带机;自动张紧系统;PLC;调整张紧力
引言
带式输送机通过驱动装置带动驱动滚筒旋转，利用驱动滚筒与输送带之间的摩擦力带动输送带沿缠绕回路运行来实现物料的运输，因此皮带机上的输送带需要张紧装置来张紧。张紧装置能在驱动滚筒的奔离点提供适当的张力，防止输送带打滑。张紧装置输出的张紧力不仅能满足输送带下分支垂度及上分支成槽性的要求，还可以补偿输送带的弹性伸长。张紧装置的性能直接关系到皮带机的使用效果及输送带的使用寿命，只有对张紧装置不断优化设计才能满足煤矿复杂的工况要求，保证皮带机的安全稳定运行[1]。
1张紧装置类型
根据不同的工况需要及张紧力的提供方式，目前常用的张紧装置包括固定式张紧装置、恒力式张紧装置及自动式张紧装置。
1.1固定式张紧装置
固定式张紧装置的张紧滚筒在皮带机的整体运行过程及停机时的空间位置一直不变，不能根据输送带的松紧度进行位置调整[2]。常见的固定式张紧装置有尾部螺旋张紧装置和固定式电动绞车张紧装置。螺旋拉紧特点是结构简单、布置紧凑，节省一个张紧滚筒，常应用在小型带式输送机上。但是螺旋拉紧装置提供的张紧力及张紧行程较小，张紧力的控制完全靠工作人员的经验。比较而言固定式电动绞车拉紧装置拉紧力大，同时可满足较大的拉紧行程。但是由于拉紧装置位置固定，对复杂工况适应性差。
1.2恒力式张紧装置
恒力式张紧装置提供的张紧力不随皮带机的工况发生改变。恒力式张紧装置可以响应皮带机松紧度的变化[3]。常见的恒力张紧装置有重锤式拉紧装置、尾部车式拉紧装置及塔架式拉紧装置。重锤式拉紧装置结构简单、维护方便。张紧滚筒与重锤拉紧装置连接，张紧力靠重力提供，布置在输送机下部空间。常应用在长度50m以上有足够下部空间的带式输送机。如果下部空间不足可考虑使用塔架式重锤拉紧装置。另外，在井下空间有限制的情况下可采用尾部车式拉紧装置。
1.3自动张紧装置
自动张紧装置能根据不同的工况自动调整拉紧力，并能响应皮带机松紧度的变化。按照张力输出设备的不同可分为：电动绞车自动拉紧装置、液力绞车自动拉紧装置及液压自动拉紧装置[4]。自动拉紧装置一般包括执行设备（电动绞车、液力绞车、液压缸），钢丝绳，滑轮组，张紧小车，传感器及电气控制系统等部分。自动拉紧装置可根据皮带机运行状态（启动、运行、制动）的不同设定所需的拉紧力[5]，并可实现对拉紧系统的自动控制。其中电动绞车自动拉紧装置和液力绞车自动拉紧装置可适用于张紧形成较大复杂工况的带式输送机。与电动绞车自动拉紧装置相比液力绞车自动拉紧装置可提供更大的张紧力，应用广泛。液压自动拉紧装置一般应用在张紧力大、张紧行程小并且采用钢丝绳输送带的带式皮带机上。
2张紧系统性能要求
张紧系统的主要作用是为带式输送机的正常运行提供必要的张力，属于带式输送机的关键部分之一。由于输送带的主要成份就有橡胶，且具有粘弹性的特点，输送机的各种工作状态（启动、制动、速度变化、上料、卸料）都会引起输送带的张力变化，张力并非定值。张紧力的变化在距离长、功率大的带式输送机中的波动更明显，因此张紧系统应根据不同的工况实现调节皮带机张力并迅速抵消输送带张力波动，保证带式输送机安全平稳运行。
2.1快速响应
张紧装置要克服张紧小车惯性、张紧车运行阻力及张紧滚筒惯性带来的滞后因素,具有快速响应能力，随着张力变化对张紧力作出调整。
2.2及时响应皮带松紧度的变化
由于输送带的物理属性，张力的变化会造成输送带不同程度的伸长和缩短。皮带机输送距离越长松紧变化越明显。张紧系统要具有及时补偿输送带的弹性伸长量变化的能力，保证输送带的张力在合理范围内。
2.3安全
带式输送机的故障概率一般不大，但是如果操作不当或检修不及时也存在一些故障，例如当皮带突然卡住无法运行等，这时张紧系统需要对张紧力的剧升作出判断，及时控制张力的输出,减小对输送带的张力冲击。
3PLC自动张紧控制系统
对于输送距离长、功率大的带式输送机，不同的工况会使皮带机的张力发生复杂变化。因此需要配置可靠的张力控制系统，对张力进行实时监测并及时调节张力的输出，保证带式输送机的安全性及稳定性。PLC通过可编制程序的存储器来实现对执行逻辑运算、顺序运算、算术运算、计时及计数等指令的内部存储，并利用信号（数字式、模拟式）的输入和输出实现对设备的控制，具有性能可靠、功能强大、操作简单及价格低廉的特点。因此本文基于PLC来设计自动张紧控制系统。
3.1系统控制原理
控制系统包括张力显示器、张力传感器、变送器、传动机构、张紧电机及控制器等。张紧力调节时，张力传感器安装在钢丝绳上，对钢丝绳的力值进行实时采样，变送器将采样值转换为电信号传输到控制器，控制器通过把采样值与给定值进行比较，发出信号控制电机的转向，使绞车实现绕绳或者松绳动作，对输送带张力进行调节。调节完成后，控制器给张紧抱闸发送信号将电机抱死，保证特定工作状态的张力值恒定。带式输送机开机时，变送器将张力传感器采集到的输送带张力的变化值转换为电信号并传输给控制器，对张紧力进行调节，当张紧力达到启动所需要的大小时皮带机开始启动。当带式输送机停机时，张紧系统控制张紧力调整至停机所需张力。
3.2控制系统硬件
硬件系统是控制系统的基础设备，本次设计的硬件系统主要包括控制柜（PLC控制系统和低压控制系统）、按钮箱（布置在输送机机头位置）、张力采集系统及网络线路等部分。PLC控制系统包括控制器、编程软件及输入、输出、通信等模块。可实现带式输送机的动态控制。张力采集系统包括张力传感器（数据采集）、变送器（信号转换）及张力数显表等部分。集中控制系统组成示意图如图2所示。集中控制系统由张紧远程站、PLC主站、中央控制室、以太网及ControlNet等部分网络组成。控制系统将张力控制系统作为远程站，PLC主站和张紧远程站之间利用ControlNet实现通信。PLC主站通过以太网与中央控制系统连接可实现远程控制。张紧的系统的控制可单机进行也可多机集中控制。
4结论
本文设计的基于PLC控制的张紧自动控制系统，可实现输送带张力的自动调节及远程控制。通过多个煤矿的现场应用，该自动张紧装置使得皮带机在启动、制动、满载及空载运行切换的过程中运行平稳，提高了皮带运行效率及使用寿命。
参考文献
[1]莫彦飞，路文娟.皮带机拉紧装置的优化设计[J].价值工程，2014，33（33）：43-44.
[2]马哲，庞培彦.一种皮带机自动液压张紧装置[J].建筑机械化，2015，36（3）：82-83.
[3]仇卫建.皮带机液压自动张紧系统的设计[J].机床与液压，2015，43（10）：105-106.
[4]张立勋，孙伟.连续皮带机控制系统的设计及应用[J].隧道建设，2017，37（6）：768-774.
[5]朱育林.一种张紧装置液压系统的设计[J].科技创新与生产力，2016（11）：66-67；72.
[6]李修良，陆永耕.煤矿井下皮带运输机自动张紧装置的设计与应用[J].机械制造与自动化，2001（6）：39-40.
作者:顾锐 单位:同煤集团马道头煤业有限公司