港口皮帶輸送機的節能優化

施剛

摘 要：文章介紹了一種港口皮帶輸送機節能優化控制系統，該系統通過對前級皮帶輸送機運行電流和斷面流量的測量，從而實現后級皮帶輸送機運行速度的動態調整，實現“有料高速，無料低速”，大幅降低皮帶輸送機空載能耗。

關鍵詞：皮帶輸送機；空載能耗；斷面流量

1 概述

港口皮帶輸送機是現代化干散貨碼頭重要的水平運輸裝備，它全由電力驅動，相比采用水平運輸車輛進行運輸大幅提高了港口的裝卸運輸效率，同時大幅降低能源消耗。在皮帶輸送機設計時，驅動裝置一般都按照所需承載的最大運輸量來考慮配置，因為配置過低會嚴重影響皮帶輸送機的使用壽命，因此大多皮帶輸送機采用電動機+液力偶合器+減速器的驅動配置方式。

由于皮帶輸送機是慣性力矩較大的機械設備，其托輥多且皮帶長，啟動時需要較大的輸入功率。在電動機選型時需要選擇額定功率較大的電動機，而當啟動完成后，正常運行時負荷功率一般都小于啟動功率，使電動機大部分時間處于輕載狀態，輸出效率較低；此外，港口皮帶輸送機作業環境環境較差，當堆料機、取料機處于不同位置時，皮帶輸送機上有料段長度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，導致皮帶機運行負載變化很大。以上這些因素，都使皮帶輸送機存在著較為嚴重的“大馬拉小車”現象。

2 當前現狀

針對皮帶輸送機空載或輕載能耗較大的現狀，國內很多港口都進行了這方面的研究。港口裝卸作業時皮帶輸送機上的料流連續性越強、物料分布越均勻、平均流量越穩定，系統的單噸耗電量就越少；反之則越大。皮帶輸送機流量自動控制技術就是基于這一原理，其控制流量的方式是通過采取皮帶輸送機料流檢測裝置測出的瞬時流量值，隨時對上料設備的數量以及作業速率進行調整。這種自動調節裝置可以及時、準確地調整物料流量，增強料流的穩定性，提高輸送機作業效率，降低系統的能耗。

對于多電機驅動的皮帶輸送機采用超越離合器實現重載時多電機驅動，輕載時減電機運行，即對于雙電機的皮帶輸送機啟動時，雙電動機同時啟動，再根據電動機電流的變化，采用超越離合器和智能檢測器及時甩掉或投入另一臺電動機，達到減少電動機及減速箱的損耗，節約能源。

上述方案對于上料設備可控的應用環境均具有良好的節能效果，但對于某些鐵水聯運的煤炭碼頭，尤其是前端上料設備由人工操作的如螺旋機，翻車機等卸車設備，皮帶輸送機的上料狀態往往無規律可循，也不具備自動控制條件。針對這種情況，只能通過對下游皮帶輸送機的動態控制實現能源節約。

為此，江蘇交科能源科技發展有限公司設計了基于電流反饋、斷面流量反饋、變頻調速技術和模糊控制算法的節能型皮帶輸送機智能控制系統。

3 系統原理

針對上料設備以人工操作為主的應用環境，前級皮帶機采用工頻運行，其運行電流作為第二級皮帶輸送機的調速依據，第二級皮帶前端安裝有斷面流量檢測裝置，其斷面流量和運行速度作為第三級皮帶輸送機的調速依據，由于系統實時控制除前端皮帶輸送機外每一級皮帶輸送機的運行速度，因此可以根據第二級皮帶輸送機的斷面荷載以及各級帶速描述每一級皮帶上的料流位置，通過這種物料檢測方式，自第三級皮帶輸送機開始就可以通過調整帶速使得料流逐步趨于平穩、連續，分布均勻，直至最末一級，往往最末級是具有計量功能的電子皮帶秤，采用工頻運行，連續平穩的料流對于計量準確性的提高也有很大幫助。

4 應用案例

以某鐵水聯運的煤炭港口為例，在其卸車環節某條皮帶輸送線由7臺皮帶輸送機組成，分布如圖1。

圖1中3-1，3-2，3-3皮帶輸送機布設在鐵路線軌邊廊道內料斗下方，3-4，3-5，3-6為軌邊到堆場皮帶輸送線，3-7為電子皮帶秤。

項目中對3-4，3-5，3-6三臺皮帶輸送機進行變頻改造，分別配置與其各自電機相匹配的變頻器及控制柜，變頻器選擇某國產品牌，工作在V-F模式，速度開環控制，三臺皮帶輸送機50Hz下帶速均為2m/s。

系統架構如圖2：

圖2

在3-1，3-2，3-3皮帶輸送機驅動電路中各增加一套電流互感器，3-4及3-5皮帶輸送機中段安裝斷面流量檢測裝置，斷面流量檢測裝置由安裝支架、荷載傳感器、皮帶托輥構成，荷載傳感器量程為0～2.5kN，皮帶托輥直徑100mm，額定運行速度下皮帶托輥旋轉速度為382RPM，托輥軸承選用SKF全封閉自潤滑軸承，由于應用環境煤粉污染嚴重，托輥與輥軸間采用高速骨架軸封密閉，保證軸承部位清潔。

主控制器采用西門子S7系列可編程序邏輯控制器，STEP 7編程。當3-1，3-2，3-3運行電流疊加至滿負荷時，對應3-4皮帶輸送機以50Hz工頻運行，3-4皮帶輸送機中段安裝的荷載傳感器實時測量斷面荷載，由于3-4皮帶輸送機的運行速度由主控制器控制，結合斷面荷載測量，主控制器可以計算出3-4皮帶輸送機上各有煤段位置以及大致煤量。根據上述信息，動態調整3-5皮帶輸送機運行速度，使得3-4皮帶輸送機送來的煤落下到3-5皮帶輸送機上后，有煤段相對更連續，煤量分布相對更均勻。同理，以相同的方法對3-6皮帶輸送機的運行速度進行動態調整，進一步提高料流在皮帶輸送機上的連續性和均勻性，減少皮帶輸送機空載時間，降低空載能耗。

5 結束語

該皮帶輸送機節能系統將動態物料稱重技術、變頻調速技術和模糊控制技術三項技術同時應用于港口的皮帶輸送設備，取得了良好的節能效果。經過實際運行測試，改造后的皮帶運輸機在重載情況下的工作線電流為12.4A，輕載情況下的工作線電流為8.8A，而在未改造時，同等工作負荷下，重載情況下的工作線電流為20.3A，輕載情況下的工作線電流達到了15.2A，綜合測算，皮帶輸送機節能系統的節電率達到20%左右，節電效果明顯。