基于轉矩平衡的帶式輸送機均衡驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究

張敏敏

（晉城藍焰煤業(yè)股份有限公司鳳凰山礦通風區(qū)， 山西 晉城 048000）

引言

隨著煤礦井下綜采設備自動化水平的不斷提升，綜采作業(yè)效率迅速增加，為了滿足日益增長的綜采效率的需求，各種類型的大運量、高帶速、長距離帶式輸送機被不斷投入應用。由于在長距離運輸過程中物料分布不均、落料沖擊等對黏彈性體的輸送帶的影響，導致各驅(qū)動電機經(jīng)常出現(xiàn)功率不均衡現(xiàn)象，使部分驅(qū)動電機長期處于高負載工況[1]，不僅導致輸送過程中經(jīng)常出現(xiàn)輸送帶的受力不均而出現(xiàn)的縱向振動現(xiàn)象，同時嚴重影響了帶式輸送機的使用壽命，給煤礦的物料運輸經(jīng)濟性造成了極大的影響。因此為了提升帶式輸送運行時的穩(wěn)定性和使用壽命，本文在對多電機驅(qū)動帶式輸送機工作特性進行分析的基礎上提出了一種新的基于轉矩平衡的帶式輸送機均衡驅(qū)動控制系統(tǒng)，對帶式輸送機各驅(qū)動電機輸出功率進行跟蹤并采用閉環(huán)控制，通過實際驗證表明該驅(qū)動控制系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性，能夠有效降低輸送機運行過程中各電機的不均衡性，極大地提升了輸送機運行過程中的穩(wěn)定性，具有極大的應用推廣價值。

1 轉矩平衡原理及控制方案

在帶式輸送機的驅(qū)動控制系統(tǒng)中，主驅(qū)動電機和輔助驅(qū)動電機之間是通過各個電機的工作負載關系進行耦合控制的，用于確保各驅(qū)動電機的工作轉速，而各個電機的實際工作負載則直接表現(xiàn)為各個驅(qū)動電機工作時輸出的轉矩，通過輸出轉矩信號來實現(xiàn)對各個電機的輸出功率的控制，其實際工作原理即為通過對帶式輸送機運行過程中各個驅(qū)動電機的負載工作轉矩的監(jiān)控來對輸送帶的負載進行合理分配，實現(xiàn)作用在各電機上的負載的平衡性[2]。

為了有效地將轉矩平衡原理用于對驅(qū)動電機的有效控制，實現(xiàn)從動電機有效跟隨主控電機的工作轉矩對自身工作輸出轉矩的靈活調(diào)整，本文根據(jù)驅(qū)動電機的主動和從動動態(tài)控制原理，建立了基于轉矩平衡的電機工作平衡控制回路。在該控制回路中共有2 臺控制電機，一臺為主動電機另一臺為從動電機，輸送機工作時首先由主動電機根據(jù)輸送機的控制要求對整個輸送機的運行狀態(tài)進行動態(tài)變頻調(diào)節(jié)控制，在該階段，主動電機輸出的轉矩調(diào)節(jié)信號為速度監(jiān)控調(diào)節(jié)器的速度監(jiān)控值，然后由轉矩平衡控制[3]系統(tǒng)計算出兩個電機之間的負載比例系數(shù)，根據(jù)系數(shù)來實現(xiàn)對從動電機工作速度的動態(tài)調(diào)整，從而滿足在整個工作過程中輸送機系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動電機所輸出負載的一致性，該控制系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

圖1 基于轉矩平衡的均衡驅(qū)動控制系統(tǒng)結構示意圖

2 均衡驅(qū)動控制系統(tǒng)的仿真分析

根據(jù)該驅(qū)動系統(tǒng)的結構及工作原理，利用仿真分析軟件建立該驅(qū)動控制系統(tǒng)的仿真分析模型[4]，對帶式輸送機在不同工況下的均衡驅(qū)動控制效果進行仿真分析。輸送機在啟動過程中的主從電機的工作轉速和轉矩的變化情況分別如下頁圖2、圖3 所示。

圖2 輸送機啟動時主動電機和從動電機的速度變化曲線

圖3 輸送機啟動時主動電機和從動電機的轉矩變化曲線

由下頁圖2 可知，當帶式輸送機開始工作時，其設定的電機轉速為120 rad/s，啟動后主動電機的轉速按照線性速度變化曲線，在2 s 內(nèi)從0 上升到120 rad/s。在轉矩平衡控制系統(tǒng)的作用下，從動電機的速度變化曲線沿著主動電機的速度變化曲線波動，其波動量在0.8%以內(nèi)，整個過程中表現(xiàn)出了較高的均衡性和穩(wěn)定性，未出現(xiàn)速度突變情況，有利于提升帶式輸送機工作時的穩(wěn)定性。

由圖3 可知，隨著帶式輸送機的逐漸啟動，輸送機主驅(qū)動電機的輸出轉矩逐漸增加，當輸送機驅(qū)動電機的轉速達到穩(wěn)定轉速后，其驅(qū)動轉矩逐漸下降到62 N·m，隨著輸送機上物料其輸出轉矩不斷變化，在4.5 s 時達到120 N·m，在整個變化過程中從動電機的轉矩均稍微滯后于主動電機的轉矩變化情況，這主要時由于從動電機的轉矩需要根據(jù)主動電機的轉矩變化情況進行調(diào)節(jié)，從傳真分析結果可知，從動電機的轉矩變化能夠緊跟主動電機轉矩變化情況，從動穩(wěn)定性極高，表明了該基于轉矩平衡的帶式輸送機均衡控制驅(qū)動系統(tǒng)對輸送機不同驅(qū)動電機調(diào)節(jié)的有效性。

3 結論

1）轉矩平衡工作原理即為通過對帶式輸送機運行過程中各個驅(qū)動電機的負載工作轉矩的監(jiān)控來對輸送帶的負載進行合理分配，實現(xiàn)作用在各電機上的負載的平衡性；

2）在轉矩平衡控制系統(tǒng)的作用下，從動電機的速度變化曲線沿著主動電機的速度變化曲線波動，其波動量在0.8%以內(nèi)，整個過程中表現(xiàn)出了較高的均衡性和穩(wěn)定性；

3）從動電機的轉矩變化能夠緊跟主動電機轉矩變化情況，從動穩(wěn)定性極高，表明了該基于轉矩平衡的帶式輸送機均衡控制驅(qū)動系統(tǒng)對輸送機不同驅(qū)動電機調(diào)節(jié)的有效性。