综采工作面管板输送机的作用主要有三点：一是运输采煤机采掘出的煤料；二是作为采煤机的行进轨道；三是作为液压支架推溜的支点。刮板输送机运输煤料时，由刮板链条完成运动。刮板运输机链条在使用过程中会出现链条过松或者过紧的现象，并导致卡链、断链等故障，影响煤矿安全生产^[1]。因此，保持刮板输送机链条张紧力在适合范围，是保证刮板输送机安全、稳定、连续运行的前提。国外对刮板输送机链条张紧力的检测研究较早，并逐渐形成了基于张紧力与功率或油缸压力关系的链条张紧检测技术为主，从以基于悬垂量、微应变力、滑模控制、电流法的链条张紧检测技术为辅的检测方案^[2,3]。如德国WBK研究院研制的可伸缩式自移机尾装置，利用传感器检测链条的悬垂度控制伸缩式自移机尾的张紧油缸，达到自动松链、紧链的目的。国内也开发出多种链条张紧力控制系统，如基于悬垂度控制的链条张紧力自动控制系统，基于微应变力的链条张紧检测装置等^[4]。刮板输送机工作环境恶劣，现有张紧力自动控制装置以及检测实际值还存在较大误差，控制精度不高。因此对综采工作面刮板输送机链条张紧及检测技术进行研究和分析具有较大的意义。

基于链条弹性体的特征，为保证刮板输送机正常工作，刮板输送机运行前，需要对其链条施加合适的预张紧力。刮板输送机链条张紧力模型如图1所示^[5],S₃和S₄为刮板输送机额定负载时机头链轮啮合点与分离点的张紧力，S₁和S₂为刮板输送机额定负载时机尾链轮啮合点与分离点的张紧力。刮板输送机的预张紧力过大，会导致链条的摩擦力增大，加剧链条、链轮以及刮板的磨损；预张紧力过小，链条容易堆积，造成卡链故障。因此，预张紧力需要根据刮板输送机的实际工况进行计算。

刮板输送机处于工作状态时，根据胡可定律链条的变化ΔL可表示为：

其中，S(x）为刮板输送机链条在某一点所受到的张紧力，E₁为弹性模量，A₁为横截面积，2L为刮板输送机链条的长度。

根据积分定义，式（1）可转换为：

即在额定负载下，刮板输送机链条的弹性伸量为ΔL。为保证刮板输送机正常工作，必须对刮板输送机链条施加预张紧力S_Y，消除该弹性伸量ΔL。根据式（2）可知，预张紧力S_Y，可抵消额定负载下的刮板输送机的弹性伸量ΔL。

假设对长度为2L的链条施加大小为S_Y的预张紧力，则链条的伸长量可表示为：

为保证刮板输送机链条稳定运行，则ΔL₁=ΔL，即：

基于张紧力与功率或油缸压力的张紧力实时控制系统中，安装于机尾部的机尾油缸可对机尾链轮支架进行移动控制，即PLC控制器驱动电磁阀，进而控制油缸对机尾链轮支架进行伸长或缩短，达到对刮板输送机链条自动张紧的目的^[6]。机尾链轮的受力分析如图2所示，其中S_Q为重载链条张紧力，S_Z为轻载链条张紧力，S_T为油缸受到的推力，V为刮板运输机运行的速度。

可推算出：

在式（5）以及式（6）中，Q为刮板输送机功率，kW；η₁为传送效率，%；P为机尾油缸压力，Pa;A₂为机尾油缸有效面积，m²；η₂为机尾油缸机械效率，%。对式（5）以及式（6）联立求解，可得：

根据刮板输送机实际运行工况，链条张紧力S_Z较大，S_Q较小，即电机功率Q以及压力P受链条张紧力S_Z影响较大。如果有一个变化量，S_Q的变化量ΔS_Q，引起的ΔP和ΔQ可忽略不计。

根据对刮板输送机链条预张紧力、张紧力的分析，设计并实现基于张紧力与电机功率或机尾油缸压力的链条张紧力自动控制方案。该控制方案的设计框图如图3所示，主要由刮板输送机机尾油缸伸缩装置、预张紧力/张紧力控制单元以及液压系统单元三部分组成。

刮板输送机机尾油缸伸缩装置由固定架体与活动架体两部分组成，由机尾油缸将上述两部分进行物理连接。机尾油缸运动时，活动架体相对于固定架体做相对运动，达到改变链条张紧力的目的。张紧力控制与分析单元主要由油缸行程传感器、油缸压力传感器、PLC控制器以及隔离栅、电源等辅助电气元器件组成。压力传感器主要监测油缸内压力值，并实时将监测值传送给PLC控制器进行逻辑处理；行程传感器用于监测油缸的伸缩量，并由PLC控制器控制油缸每动作一次，伸长或缩短一个步距。机尾液压单元主要由电磁阀、油缸以及高压管路组成。PLC控制器对接收到的数据进行逻辑处理后，控制电磁阀通断，进而控制油缸的伸长或缩短，达到对刮板输送机链条张紧力实时控制的目的。

所设计的刮板输送机链条张紧控制方案在某工作面的JOY3*1000型刮板输送机进行为期6个月的工业试验，该工作面累计推进1 630m，过煤量达455万吨。刮板输送机链条工作正常，没有发生卡链、断链等故障，达到了设计要求。

为保证刮板输送机正常、连续、稳定地工作，必须对链条预张紧力以及张紧力进行分析、研究，并进行实时控制。与传统手动张紧链条相比，链条张紧力自动控制方案极大地降低了工人的劳动强度，改善了工人的劳动环境。同时，有效降低了刮板输送机链条卡链、断链等故障的发生，延长了链条的使用寿命。为综采工作面高效、安全、自动化生产提供有力保障。在后续的研究中，需要对该方案的控制精度、控制的可靠性进行进一步的研究。