基于直接驅(qū)動的刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)的研究

成 杰

（晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號井， 山西 晉城 048000）

引言

作為煤礦井下“三機(jī)配套”設(shè)備的核心，刮板輸送機(jī)主要承擔(dān)著井下煤炭的裝載、運(yùn)輸和卸載的任務(wù)，因此刮板輸送機(jī)工作時的穩(wěn)定性和可靠性是保證井下煤炭綜采作業(yè)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要是采用了異步電機(jī)配合減速器進(jìn)行傳動的方案，但由于減速器的存在極大增加了驅(qū)動系統(tǒng)的總體能耗，同時增加了驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行時的噪聲，影響了刮板輸送機(jī)傳動系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性[1-2]。本文提出了一種新的基于直接驅(qū)動的刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)，以永磁電機(jī)直接驅(qū)動的方式控制刮板輸送機(jī)的運(yùn)行，同時輔以速度控制系統(tǒng)，合理調(diào)整刮板輸送機(jī)在不同工況下的速度特性，研究表明該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。

1 空載工況下直接驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)的仿真分析

為了對基于直接驅(qū)動的刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，本文搭建了刮板輸送機(jī)速度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的試驗驗證平臺[3]，對新的直接驅(qū)動控制的效果進(jìn)行了分析。在刮板輸送機(jī)空載啟動情況下，在距離刮板輸送機(jī)端部分別為0、100 m、200 m、300 m 位置處的鏈條速度變化和鏈條張力變化曲線如圖1 所示。

由仿真分析結(jié)果可知，當(dāng)在刮板輸送機(jī)空載運(yùn)行的狀態(tài)下，不同位置處的刮板鏈的速度在前1 s的情況下會出現(xiàn)波動，從1.2 s 處整個刮板輸送機(jī)系統(tǒng)的鏈速均能達(dá)到穩(wěn)定的1.35 m/s，速度調(diào)整時間短，且最大速度波動僅為1.6 m/s 與穩(wěn)定時的1.35 m/s 相比，超調(diào)量僅18.5%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)控制方式中70%以上的超調(diào)量。在空載啟動前期出現(xiàn)速度波動主要是由于刮板輸送機(jī)的鏈傳動系統(tǒng)的多邊形效應(yīng)導(dǎo)致的。從刮板輸送機(jī)刮板鏈的張力變化曲線可知，在前1 s 的時候，刮板鏈不同位置的張力同樣會有一定的波動，1.2 s 以后各處鏈條的張力逐漸趨于穩(wěn)定，其中最大的張力發(fā)生在刮板輸送機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的端部，最大張力約為160 kN，比優(yōu)化前降低了約為17.9%，隨著距離刮板輸送機(jī)驅(qū)動端部越遠(yuǎn)，其穩(wěn)定運(yùn)行過程中的張力越小。

圖1 空載工況下刮板輸送機(jī)鏈條速度和張力變化曲線

2 非定常落煤工況下直接驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)的仿真分析

煤礦井下在進(jìn)行綜采作業(yè)時，采煤機(jī)的工作進(jìn)給速度和截割轉(zhuǎn)速會隨著井下煤層的地質(zhì)條件的改變而逐漸改變，因此綜采作業(yè)時的落煤速度和落煤量也是不斷變化的，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)在工作時絕大部分處在非定常落煤工況[4]，刮板輸送機(jī)在該工況下工作時載荷的不均勻性變化會對其運(yùn)行速度產(chǎn)生較大的沖擊，影響調(diào)速系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此本文對刮板輸送機(jī)在非定常工況下的調(diào)速特性進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 非定常工況下刮板輸送機(jī)鏈條速度和張力變化曲線

由仿真分析結(jié)果可知，在非定常工況下刮板輸送機(jī)的鏈條速度先隨著距離的增大而增加，然后再逐漸降低，在距離刮板輸送機(jī)端部約200 m 處時的速度波動最大，達(dá)到了0.77 m/s，其運(yùn)行時的速度波動比優(yōu)化前降低了約43.7%，確保在整個運(yùn)輸過程中鏈傳動系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中刮板鏈的最大張力同樣出現(xiàn)在刮板輸送機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的端部，且沿著刮板輸送機(jī)方向的張力變化呈時大時小的趨勢，這主要是在落煤過程中，由刮板輸送機(jī)上各處的落煤量不同而導(dǎo)致的，其最大張力約為520 kN，比優(yōu)化前降低了約為21.4%。

由以上分析可知，在采用基于直接驅(qū)動的刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)的情況下，能夠有效降低刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，減少速度波動導(dǎo)致的散料等情況，提升了煤炭運(yùn)輸效率。同時，降低了刮板鏈運(yùn)行過程中的張力，也有效提升了刮板輸送機(jī)的實(shí)際使用壽命。

3 結(jié)論

1）當(dāng)在刮板輸送機(jī)空載運(yùn)行的狀態(tài)下，不同位置處的刮板鏈的速度在前1 s 的情況下會出現(xiàn)波動，最大速度波動僅為1.6 m/s 與穩(wěn)定時的1.35 m/s 相比，超調(diào)量僅18.5%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)控制方式中70%以上的超調(diào)量。最大張力約為160 kN，比優(yōu)化前降低了約為17.9%。

2）在非定常工況下，在距離刮板輸送機(jī)端部約200 m 處時速度波動最大，達(dá)到了0.77 m/s，其運(yùn)行時的速度波動比優(yōu)化前降低了約43.7%，其最大張力約為520 kN，比優(yōu)化前降低了約為21.4%，能夠有效降低刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，減少速度波動導(dǎo)致的散料等情況，提升了煤炭運(yùn)輸效率。