帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化方法的研究

楊慧 劉宏運(yùn) 卞志剛

摘 要：帶式輸送機(jī)目前在社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，重點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域包括煤炭、電力等行業(yè)，是物料長(zhǎng)距離輸送的有效手段。但是由于各方面的原因，能耗問(wèn)題一直是帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的一大難題。本文概述了帶式輸送機(jī)和能耗問(wèn)題，并對(duì)其節(jié)能優(yōu)化方法進(jìn)行了分析，提出具體的節(jié)能優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；節(jié)能；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.050

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，通常是用于物料、物件的傳送，具有較高的輸送量和輸送距離，在電力、港口、煤炭等行業(yè)作用顯著，尤其是在煤炭領(lǐng)域，已經(jīng)成為了最為重要的傳輸設(shè)備。在上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)帶式輸送機(jī)在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步的進(jìn)行了自主研發(fā)，截止到目前我國(guó)的帶式輸送機(jī)在輸送量和輸送距離上都有了很大的提升。但是在運(yùn)行過(guò)程中，由于各方面原因，帶式輸送機(jī)在能耗上普遍存在浪費(fèi)的情況，這與我國(guó)綠色發(fā)展的理念是不符的，因此針對(duì)帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化方法的研究具有十分重要的意義。

1 帶式輸送機(jī)能耗概述

工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)的組成部分包括輸送帶、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及滾筒、減速器、托輥、張緊結(jié)構(gòu)、制動(dòng)結(jié)構(gòu)等。輸送帶以閉合的方式分別繞過(guò)驅(qū)動(dòng)滾筒和換向滾筒，托輥在上輸送帶和下輸送帶中起到支撐作用，拉緊結(jié)構(gòu)主要是提供拉力。生產(chǎn)中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將扭矩傳遞給輸送帶，牽引輸送帶運(yùn)動(dòng)，完成物料的運(yùn)輸。

通常情況下帶式輸送機(jī)的運(yùn)送量都相對(duì)較多，因而在生產(chǎn)的成本構(gòu)成中能源消耗就成為了一個(gè)重要方面。通常帶式輸送機(jī)都是利用電動(dòng)機(jī)來(lái)作為動(dòng)力輸出的，設(shè)備的各個(gè)部位都存在著阻力，包括基本阻力、傾斜阻力、附加阻力和特殊阻力4種。其中，基本阻力主要是存在于皮帶、托輥，以及物料之間的摩擦力；傾斜阻力則是來(lái)自于設(shè)備傾斜導(dǎo)致的物料的重力分量所產(chǎn)生的阻力；附加阻力則是來(lái)自于物料落在皮帶上，因?yàn)樽陨頉](méi)有速度同具有一定速度的皮帶產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生的阻力，以及皮帶被下落的物料壓彎產(chǎn)生變形恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的阻力；特殊阻力一般都是在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修、改造、升級(jí)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)阻力。有研究表明，在保證一定輸送距離的前提下，帶式輸送機(jī)的阻力主要是來(lái)自于基本阻力和傾斜阻力。

現(xiàn)階段，我國(guó)各類(lèi)生產(chǎn)中帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)通常都是保持勻速狀態(tài)，無(wú)法依據(jù)裝載量的大小進(jìn)行變化，這時(shí)如果因?yàn)橥饨鐥l件引起生產(chǎn)計(jì)劃的變化，導(dǎo)致裝載量少，甚至是空載的情況下就會(huì)造成大量能源的浪費(fèi)。因此，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輸送速度與裝載量之間的動(dòng)態(tài)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵一環(huán)。

2 帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化方法分析

要實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輸送速度與裝載量之間的動(dòng)態(tài)調(diào)整就首先要在方法論上進(jìn)行探索，找到基本的方向。

2.1 輸送速度、裝載量和功率的關(guān)系分析

上文介紹到帶式輸送機(jī)的能耗主要是來(lái)自于各類(lèi)阻力，尤其是基本阻力和傾斜阻力。正是由于阻力的存在，帶式輸送機(jī)在保持勻速的狀態(tài)下，隨著裝載量的增加，阻力不斷增加，功率也是逐步增加；而在保持裝載量不變的情況下，輸送速度越快，阻力和功率也就越大。在設(shè)備的最初設(shè)定上，通常都會(huì)進(jìn)行最大化的峰值設(shè)計(jì)，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，帶式輸送機(jī)并不是要時(shí)刻都保持在峰值狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，因而就導(dǎo)致了在生產(chǎn)中帶式輸送機(jī)帶速超過(guò)需求，浪費(fèi)能源。

2.2 運(yùn)用模糊控制理論調(diào)節(jié)速度和裝載量

所謂模糊控制理論，就是利用數(shù)學(xué)原理和機(jī)器語(yǔ)言來(lái)建立一種模糊的、非具體的邏輯關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)實(shí)物的控制。帶式輸送機(jī)速度對(duì)于能耗有著較為顯著的影響，所以依據(jù)生產(chǎn)情況對(duì)帶式輸送機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的降低。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要通過(guò)模糊控制理論，在帶式輸送機(jī)的功率、怠速、帶速和運(yùn)量之間建立模糊關(guān)系，并利用模糊控制器實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)之間的協(xié)調(diào)一致，讓帶速在滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的前提下，最大可能的降低對(duì)能源的消耗。模糊控制是基于計(jì)算機(jī)理論的，具體應(yīng)用時(shí)需要相關(guān)計(jì)算機(jī)程序，如 PLC技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行在線程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的自動(dòng)化控制。

3 帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化的具體措施

3.1 裝載量控制

裝載量控制是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化的重要途徑。在帶式輸送機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際優(yōu)化器最佳裝載量，并在使用說(shuō)明中明確，保證操作人員在操作過(guò)程中都?jí)驕?zhǔn)確掌握最佳裝載量。同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中，帶式輸送機(jī)的使用也要按照說(shuō)明對(duì)裝載量進(jìn)行控制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸送帶裝載量過(guò)高時(shí)要適當(dāng)減少，當(dāng)裝載量較少時(shí)可以考慮運(yùn)輸類(lèi)似物料，但要保證人員監(jiān)管，確保裝載量適中。通過(guò)對(duì)運(yùn)量的控制，達(dá)到阻力最小化，達(dá)到能源使用的最大化。

3.2 設(shè)置速度調(diào)節(jié)裝置

可以利用模糊理論來(lái)調(diào)控輸送速度，實(shí)現(xiàn)裝載量與速度的最佳匹配。在對(duì)帶式輸送機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，第一要明確裝載量，在此基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整速度，以達(dá)到裝載量與帶速的平衡。而在利用PLC進(jìn)行編程中，要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)公式和實(shí)驗(yàn)，不能隨意進(jìn)行，且對(duì)于速度的調(diào)整范圍應(yīng)當(dāng)有限定，逐步的進(jìn)行調(diào)整，切忌突然增大或者是減小皮帶速度。該系統(tǒng)一般包括三個(gè)結(jié)構(gòu)，分別是檢測(cè)結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)帶速的在線監(jiān)控。

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作者簡(jiǎn)介：楊慧（1988-），女，山東曲阜人，研究生，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。