带式输送机“永磁张紧+自移机尾”改造研究与应用

带式输送机是工矿企业中重要的物料输送设备，其稳定性和高效性对生产线至关重要。永磁张紧和自移机尾是提升输送机性能的关键技术。通过研究“永磁张紧+自移机尾”技术能够提高输送机稳定性、可靠性和效率。此技术可减少故障，降低维修成本，提高输送负荷和连续运行时间。同时，适应不同物料流量和工作环境，提高生产线灵活性和适应性。因此，研究此配置对改善输送机性能和生产线效益具有重要意义。

1.技术路线

永磁张紧利用永磁体替代传统张紧装置，使张紧力更稳定可靠，降低维护成本。自移机尾通过自动调节机构，根据物料流量调整尾部位置，保持输送带张紧和位置，减少故障和维修工作。

2.可行性分析方案

（1）永磁张紧系统分析：以某矿顺槽可伸缩带式输送机DSJ140/250/3x400采用的张紧系统为例，说明永磁张紧系统的优势及其可行性；

（2）悬挂伸缩式皮带架自移机尾分析：研究分析悬挂伸缩式皮带架自移机尾，分析其技术及其工作效率上的可行性；

（3）“永磁张紧+自移机尾”可行性分析：研究分析永磁张紧装置响应速度与控制精度优势，分析自移机尾系统与张紧装置之间协调控制，分析带式输送机“永磁张紧+自移机尾”的工作方式从技术、工作效率及生产效率等方面的可行性。

3.“永磁张紧+自移机尾”配置方案与改造

研究带式输送机“永磁张紧+自移机尾”配置方案，针对于永磁驱动的特性，设计人性化的综合控制软件，操作简单实现设备良好运行。解决张力控制、自动推移、数据采集和综合保护等应用问题。具有良好的兼容性能，既可以和现有设备配套使用，又能够独立完成工作。具有良好的网络扩展性能，既可以实现就地数据记录传输、本地自动化控制，还可以接入网络实现数据共享与远程远控。

4.研究方案实施

（1）“永磁张紧+自移机尾”可行性分析

1）永磁张紧系统可行性分析

以某矿顺槽可伸缩带式输送机DSJ140/250/3x400采用的张紧系统为例，说明永磁张紧系统的优势及其可行性。

原系统张紧系统采用“变频+异步+减速机+液压制动”绞车装置。

“变频+异步+减速机+液压制动”张紧绞车布置图

“变频+异步+减速机+液压制动”张紧绞车接线图

张紧系统参数：

通过永磁直驱电机驱动方式，使用简单直接的“永磁张紧系统”替换原“变频+异步+减速机+液压制动”的复杂设备结构。永磁张紧设备占地面积小、降低故障率、降低胶带磨损、大量减少使用成本和维护费用。

智能永磁驱动单元——永磁张紧系统布置图

智能永磁驱动单元——永磁张紧系统连线图

永磁张紧系统参数：

永磁张紧技术已经比较成熟，已成功在煤矿的顺槽带式输送机以及集运、主运皮带机上使用。从技术应用、结构、控制原理等方面来分析，采用永磁张紧技术是可行的。

2）滑靴伸缩式皮带架自移机尾可行性分析

从机构布局角度，可分为自移机尾和滑靴式伸缩式皮带架两部分组成。

滑靴伸缩式皮带架自移机尾

自移机尾由机械、液压和电控三部分组成。机械部分包括头端架、中间基架、尾端架和小车等。液压部分以乳化液泵站为动力源，提供25~31.5MPa的液压力，包含推移油缸、升降油缸、小车支承油缸、调偏油缸、电液控操纵控制阀组和高压胶管系统。推移油缸行程为2700mm，控制系统检测到行程到达后，驱动推移油缸使机尾向前移动2700mm。自移机尾还具备升降、调平、调偏及机身横向移动功能。通过控制升降油缸可调节机尾高度和水平度。调偏油缸使滑橇与机尾间可相对移动，纠偏传感器测试到机尾偏移后，控制系统通过横向移动机尾的前端或后端进行调偏。横向移动机身时，小车上的支承油缸伸出后支承在底板上，挂起机尾，即可横向移动滑橇，收回支承油缸后，可在滑橇上横移机身，重复这两个过程，实现横移机尾机身的目的。

自移机尾机械结构

为适应巷道底板未硬化、地质软的情况，在自移机尾的底部可增设垫板结构，垫板是滑橇的扩展，随机身同步向前推移。

自移机尾下垫板结构

具有3个自由度机构，允许转载机的姿态在一定范围内变化，增强适应性，小车上还设有4个支承油缸，在机尾自移时可起到辅助支撑的作用。

转载机支撑小车结构

自移机尾还采用模块化的设计方案，便于机身的运输和安装调试。

自移机尾头端架结构

自移机尾中间基架结构

自移机尾尾端架结构

自移机尾的模块化设计

滑靴伸缩式皮带架在机尾的推动下缩短。滑靴式伸缩式皮带架的伸缩行程可根据用户要求设计。目前设计的4级伸缩机构，行程为6100mm，每级的行程为1500mm。滑靴式伸缩式皮带架内安装有剪叉机构，保证4级伸缩机构动作同步。

悬挂伸缩式皮带架全伸状态

悬挂伸缩式皮带架全缩状态

在滑靴式伸缩式皮带架前端高有过渡架，过渡架上安装有电动卷绳机构，滑靴式伸缩式皮带架全缩后，拆除相应长度的主皮带架后，电动卷绳机构的钢丝绳末端与前方主皮带架搭接后，借助电动机可方便地使滑靴式伸缩式皮带架由全缩状态转换到全伸状态，为下一生产过程做好准备。

过渡架及电动卷绳机构

自移机尾由头端架、中间架和尾端架组成，头尾架下安装的调偏支腿可调节位置，避免皮带跑偏。转载机支撑小车置于中间架上，确保转载机与自移机尾灵活相对运动。伸缩皮带架随自移机尾前移自动收缩，最短后拆除一段输送机皮带架，驱动装置将其拉伸至最长。配合滑靴伸缩式皮带架和自动张紧系统，机尾自动推进，实现胶带输送机自动收缩，以适应综采工作面移动。机尾自动推进过程中，滑靴伸缩式皮带架可跟随机尾缩短，例如每次推移1.5米，每班推移4次，最小预留6米伸缩量，第二天检修时拆除6米固定皮带机中间架子，再把伸缩段向前抻6米留用。皮带槽两侧设有偏移传感器，转向滚筒根据偏移信号自动调整偏转角度，保证皮带运行不偏移。

悬挂伸缩式皮带架自移机尾的主要特点：

①在主控系统的监控下实现自动推移

通过自移机尾的电控单元与主控系统交互，接受安全监控。得到许可后，电控单元检测转载机机头位置，启动自移。小车支承油缸伸出，固定小车和转载机机头，直线推进。到达指定位置后，自移结束。整个过程自动化，根据皮带架伸缩量，实现所需自动推移距离。

②机尾模块化与结构紧凑设计

机尾设计采用三段式模块化思路，每段长约3米，便于转移和安装。利用两层皮带间的空间，安装两个推移油缸，降低高度并减小宽度。1.4米宽皮带对应机尾宽约2米，与原机尾相当，易于替换。现有自移机尾如马蹄尔机尾，结构复杂且尺寸大，尤其是宽度，如1米宽皮带机尾实际宽度超过2.2米。

③滑靴伸缩式皮带架

滑靴伸缩式皮带架为剪叉式伸缩结构，伸缩量可配置。皮带架通过滑靴支承在底板上，与固定皮带架尾端及机尾前端相连。机尾前移时，皮带架缩短，无需人工拆架。检修时，拆除固定架子，拉长伸缩架即可。在底板条件恶劣时，可采用悬挂结构。现有自移机尾需配合人工拆架才能自移，增加采煤班组人员，拆架工作量大。自移机尾电控技术成熟，如马蹄尔自移机尾应用广泛。滑靴伸缩式皮带架自移机尾结构改进基于原有设计，技术上可行，提高工作效率。

3）永磁张紧+自移机尾可行性分析

永磁张紧装置使用“电制动+电驱动”，响应和控制精度高，远超过机尾移动速度。张紧绞车通过传感器监测胶带张紧力，并与带式输送机主控系统协调。当张力低时，系统减速并增加张力；张力达到规定值后，系统加速。这种协调控制防止胶带打滑，提高生产效率，减少胶带损伤，已在煤矿成功应用。从技术、工作效率及生产效率等方面看，这种工作方式可行。

（2）“永磁张紧+自移机尾”配置方案研究

本方案含智能张紧驱动与自移机尾两套系统。智能张紧系统含变频控制系统与永磁同步电机，推荐660V供电，体积小、重量轻、经济性好。自移机尾系统含电控箱与操纵控制阀组。综合设计确保设备一致性、兼容性与可靠性。针对永磁驱动特性，设计人性化控制软件，操作简单，实现设备良好运行，解决张力控制、自动推移、数据采集与保护等问题。兼容现有设备，可独立工作，具网络扩展性能，实现数据记录、本地控制、数据共享与远程远控。

皮带输送机“永磁张紧+自移机尾”配置方案示意图

1）永磁张紧系统

主要技术参数：

①装置型号：JZB-10P

②输入电压：660V

③配套永磁电机功率：75kW

④单绳额定张力100kN（3组动滑轮6x100=600kN）

⑤永磁张紧装置由张紧变频器、永磁电机及绞车装置、张力传感器、制动器组成。

⑥永磁张紧装置系统通过变频驱动控制输出扭矩能，使用人机界面调整张力，满足带式输送机运行需求；能设定正常运行时所需张力的上下限值，并能自动张紧运行；张力控制精确度高，灵敏、精确；张紧时钢丝绳卷筒的转速无级调速。可双向运转，方便更换钢丝绳。

永磁张紧外形图

永磁张紧系统设备外形

永磁张紧装置的控制要求：

①皮带机初次预起动阶段，张紧装置按照设定值F1张紧并维持。

②皮带机起动升速阶段，张紧装置同样按照设定值F1张紧并维持。

③皮带机满速运行阶段，张紧装置按照设定值F2张紧并维持。

④机尾移动阶段，张紧装置按照设定值F2张紧并维持。

⑤皮带机降速阶段，张紧装置按照设定值F3张紧并维持。

⑥皮带机停止阶段，张紧装置按照设定值F1张紧并维持。

永磁张紧装置的控制接口：

皮带机主控系统与张紧装置变频器连接，信号含有：数字量控制信号（张紧起动、故障复位、皮带机运行指示、皮带机满速指示、机尾移动指示），数字量反馈信号（张紧故障、张力ok），通讯接口RS485（ModbusRTU）。

永磁张紧装置的控制策略：

①“张紧与驱动”协同

带式输送机启动前：张紧设备准备就绪，主控系统发送张紧启动信号，通过张力传感器闭环控制，将张力调至启动值。张紧设备向主控系统发送就绪信号。

启动状态：张紧系统自动维持启动张力。

运行状态：输送机达到运行速度，处于稳态，启动时间60-600s可调。主控系统发送满速信号，张紧系统自动降低并维持运行张力。

停车状态：主控系统控制输送机停车，发送停车信号。张紧系统自动调整张力至停车值。

“多机驱动+张紧”的控制曲线

②张紧与自移机尾的协同控制

永磁张紧装置采用“电制动+电驱动”，速度快，控制精度高。张紧绞车通过张力传感器实时监测胶带张紧力。自移机尾控制箱控制机尾移动并将信号上传至主控系统，永磁张紧装置根据工况自动调整胶带张力，实现自动张紧与机尾移动的协调控制。张力低时，自移机尾系统减小行进速度并增加张力。张力达规定值以上时，自移机尾系统增加行进速度，防止胶带打滑。此控制方式的优点是避免过张力和打滑，提高生产效率，减少对胶带的损害，有效防止环境因素、负荷因素等导致的胶带打滑。

智能永磁张紧装置的特点：

张紧装置由一体化永磁驱动滚筒（含制动）和智能变频柜构成。

采用电制动装置，张力响应速度显著提升；

采用永磁电机驱动，张力控制更加精准、迅速；

具有良好的控制接口和电气保护性能；

智能执行装置，具有感知、预判与自执行特性；

自适应张力快速调节跟随功能（张力反馈控制）；

智能防滑预判张力调整功能（张力前馈）、快速收绳功能；

张紧与驱动设备配合的智能随动控制；

断电极端工况的带张力泄压松带功能。

智能永磁张紧装置的主要性能及参数：

张紧装置参考型号：JZB-10P。永磁电机75kW、张紧变频器，张紧制动器、卷筒、张力传感器等，张紧变频器具有控制张紧驱动电机启停、近控/远控等功能及设置有手动/自动等转换模式；变频器和永磁电机冷却方式为自然冷却；

张紧装置单绳额定张力100kN；

绳速0.5-1m/s（被动释放张力时，绳速可以更快满足张力浪涌峰值）；

响应时间1-3s（实时检测，电气制动动作时间小于400ms），张力精度正负1kN；

带电运行时，允许最大峰值张力小于250KN；

断电极端工况，带1.4-2倍额定张力松带；

最大卷筒容绳量：200m；

电机额定电压：1140V；

过载能力：2.0倍；

张紧变频器输入电压：1140V；

张紧变频器额定功率：90kW；

张紧变频器通过张力传感器来读取胶带的张力，控制所有的动作逻辑，通过时间和顺序，启动张紧永磁电机，通过调整使张力到合理的运行数值，以适应胶带的影响和负荷变化；

控制方式采用闭环矢量控制方式，可以满足带式输送机的张力调节要求；

装置配置液晶彩色显示器，用以实现系统的状态参数显示、参数设置和故障状态显示。

2）滑靴伸缩式皮带架自移机尾

YZD1400/3500型皮带机自移机尾是顺槽转载机与带式输送机的中间衔接装置，它适用于高产高效工作面，满足快速推进的需要。同时具有胶带跑偏调整、皮带架伸缩、手动前移和自行前移等功能，保证顺槽转载的通畅和衔接。

主要技术参数：

1.功能优势

（1）提高运输效率：永磁张紧能精确控制输送带紧固力，减少带滑现象，提高输送效率；自移机尾可自动调整机尾与输送带距离，减少带滑和物料泄漏，进一步提升输送效率。

（2）提高系统可靠性：永磁张紧机构相比传统机械张紧机构，具有结构简单、无需维护等优点，降低设备故障风险，提升系统可靠性；自移机尾则能根据输送带运行状态，自动调整与输送带间距离，减少摩擦磨损，降低故障风险。

（3）降低能耗与维护成本：永磁张紧机构与传统机械张紧机构相比，能耗更低，无需定期维护和更换零部件，显著降低设备能耗与维护成本；自移机尾可自动调整机尾与输送带距离，减少摩擦与磨损，延长设备寿命，进一步降低维护成本。

（4）能够实现不停机推移皮带机尾，不停机张紧到位，推广应用前景广阔。

2.应用效果

系统设备占地面积小、降低故障率、降低胶带磨损、大量减少使用成本和维护费用。该研究成果为带式输送机自动推移机尾系统和永磁张紧系统提供理论依据，协调控制可实现不停机推移皮带机尾，不停机张紧到位，提高了生产效率，很好地保护胶带张力，防止运行过程中打滑和张紧力过大对胶带的损伤，保障安全高效生产等将产生积极的影响，并带来显著的技术经济效益。