帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化方法的研究

楊慧 劉宏運 卞志剛

摘 要：帶式輸送機目前在社會生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，重點的應(yīng)用領(lǐng)域包括煤炭、電力等行業(yè)，是物料長距離輸送的有效手段。但是由于各方面的原因，能耗問題一直是帶式輸送機運轉(zhuǎn)中的一大難題。本文概述了帶式輸送機和能耗問題，并對其節(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；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。在上個世紀(jì)九十年代以來，我國帶式輸送機在借鑒國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上逐步的進(jìn)行了自主研發(fā)，截止到目前我國的帶式輸送機在輸送量和輸送距離上都有了很大的提升。但是在運行過程中，由于各方面原因，帶式輸送機在能耗上普遍存在浪費的情況，這與我國綠色發(fā)展的理念是不符的，因此針對帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化方法的研究具有十分重要的意義。

1 帶式輸送機能耗概述

工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機的組成部分包括輸送帶、驅(qū)動電動機及滾筒、減速器、托輥、張緊結(jié)構(gòu)、制動結(jié)構(gòu)等。輸送帶以閉合的方式分別繞過驅(qū)動滾筒和換向滾筒，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)動電動機轉(zhuǎn)動將扭矩傳遞給輸送帶，牽引輸送帶運動，完成物料的運輸。

通常情況下帶式輸送機的運送量都相對較多，因而在生產(chǎn)的成本構(gòu)成中能源消耗就成為了一個重要方面。通常帶式輸送機都是利用電動機來作為動力輸出的，設(shè)備的各個部位都存在著阻力，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；附加阻力則是來自于物料落在皮帶上，因為自身沒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)過程中產(chǎn)生的阻力；特殊阻力一般都是在對設(shè)備進(jìn)行維修、改造、升級過程中產(chǎn)生的各類阻力。有研究表明，在保證一定輸送距離的前提下，帶式輸送機的阻力主要是來自于基本阻力和傾斜阻力。

現(xiàn)階段，我國各類生產(chǎn)中帶式輸送機的運轉(zhuǎn)通常都是保持勻速狀態(tài)，無法依據(jù)裝載量的大小進(jìn)行變化，這時如果因為外界條件引起生產(chǎn)計劃的變化，導(dǎo)致裝載量少，甚至是空載的情況下就會造成大量能源的浪費。因此，實現(xiàn)帶式輸送機輸送速度與裝載量之間的動態(tài)調(diào)整是實現(xiàn)帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵一環(huán)。

2 帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化方法分析

要實現(xiàn)帶式輸送機的節(jié)能優(yōu)化，實現(xiàn)輸送速度與裝載量之間的動態(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的能耗主要是來自于各類阻力，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，通常都會進(jìn)行最大化的峰值設(shè)計，而在實際生產(chǎn)過程中，帶式輸送機并不是要時刻都保持在峰值狀態(tài)運轉(zhuǎn)，因而就導(dǎo)致了在生產(chǎn)中帶式輸送機帶速超過需求，浪費能源。

2.2 運用模糊控制理論調(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)原理和機器語言來建立一種模糊的、非具體的邏輯關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)實物的控制。帶式輸送機速度對于能耗有著較為顯著的影響，所以依據(jù)生產(chǎn)情況對帶式輸送機的速度進(jìn)行調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的降低。而要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要通過模糊控制理論，在帶式輸送機的功率、怠速、帶速和運量之間建立模糊關(guān)系，并利用模糊控制器實現(xiàn)上述參數(shù)之間的協(xié)調(diào)一致，讓帶速在滿足生產(chǎn)需要的前提下，最大可能的降低對能源的消耗。模糊控制是基于計算機理論的，具體應(yīng)用時需要相關(guān)計算機程序，如 PLC技術(shù)，通過該技術(shù)進(jìn)行在線程序編寫，實現(xiàn)輸送機的自動化控制。

3 帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化的具體措施

3.1 裝載量控制

裝載量控制是實現(xiàn)帶式輸送機節(jié)能優(yōu)化的重要途徑。在帶式輸送機生產(chǎn)設(shè)計階段，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際優(yōu)化器最佳裝載量，并在使用說明中明確，保證操作人員在操作過程中都夠準(zhǔn)確掌握最佳裝載量。同時，在生產(chǎn)過程中，帶式輸送機的使用也要按照說明對裝載量進(jìn)行控制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸送帶裝載量過高時要適當(dāng)減少，當(dāng)裝載量較少時可以考慮運輸類似物料，但要保證人員監(jiān)管，確保裝載量適中。通過對運量的控制，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調(diào)控輸送速度，實現(xiàn)裝載量與速度的最佳匹配。在對帶式輸送機速度進(jìn)行調(diào)整時，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)公式和實驗，不能隨意進(jìn)行，且對于速度的調(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)一般包括三個結(jié)構(gòu)，分別是檢測結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，通過該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機帶速的在線監(jiān)控。

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作者簡介：楊慧（1988-），女，山東曲阜人，研究生，助理工程師，研究方向：機械設(shè)計。