帶式輸送機運輸系統(tǒng)的安全控制研究

李 珂

（山西晉煤集團金明礦業(yè)有限責任公司， 山西 晉城 048006）

引言

帶式輸送機作為工作面的主要運輸設備，其在實際生產(chǎn)中存在運行效率低、能耗較大且運行故障多等問題。其中，運行故障包括有運輸帶部分、張緊裝置部分、驅(qū)動部分以及控制系統(tǒng)等部分的故障。因此，需加強帶式輸送機安全控制的研究，從根本上解決故障發(fā)生的問題[1]。本文將對帶式輸送機啟動方式進行優(yōu)化控制，以解決由于其啟動階段阻力不平衡的問題，從而提高帶式輸送機運行的可靠性，并為其設計可靠性的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

1 帶式輸送機故障原因分析

帶式輸送機是憑借托輥與輸送帶摩擦力而驅(qū)動的一種運輸設備，被廣泛應用于礦山、選煤廠等領域，主要由托輥、輸送帶、張緊裝置以及機架等組成，具有運輸距離長、運輸效率高等優(yōu)勢。根據(jù)其結(jié)構不同可將帶式輸送機分為平形帶式輸送機、夾帶式輸送機、波紋擋邊斗輸送機、管狀式輸送機等。

目前，煤礦生產(chǎn)中所采用的帶式輸送機以平形或槽形輸送機為主，本文以其中的可伸縮輸送機和大傾角輸送機為例展開研究，其對應實物如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機實物圖

對于可伸縮帶式輸送機而言，隨著運輸距離的不同其驅(qū)動方式可分為單滾筒驅(qū)動、雙滾筒驅(qū)動以及多滾筒驅(qū)動等。本文以某型長距離四段式帶式輸送機為例開展研究，為保證分析所得到的故障成因具有一定的代表性，本文對上述帶式輸送機對應不同傾角下帶式輸送機的動態(tài)特性進行仿真分析。（鑒于篇幅原因，此處不對具體仿真過程進行贅述，將重點放在對其安全控制內(nèi)容的研究上）經(jīng)仿真分析可知：造成帶式輸送機故障的主要原因為其運輸過程中阻力導致設備非正常位移所產(chǎn)生。因此，需對帶式輸送機進行控制以實現(xiàn)對其阻力的控制，從而避免阻力導致非正常位移現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終提高帶式輸送機的可靠性。本文將選取帶式輸送機的重載啟動導致阻力不平衡的問題進行研究。

2 帶式輸送機重載啟動的安全控制

2.1 帶式輸送機現(xiàn)狀分析

帶式輸送機重載啟動為煤炭運輸過程中常見的現(xiàn)象，由于重載啟動階段對應的啟動控制曲線不合理經(jīng)常會導致煤料灑落、膠帶抖動等問題。其中，煤料灑落會將煤炭卡入帶式輸送機設備及分系統(tǒng)的間隙內(nèi)；輸送帶抖動會加劇輸送帶的磨損，從而影響運輸效率。因此，針對帶式輸送機重載啟動一系列問題的解決旨在為其設計一套合理、科學的啟動曲線[2]。

綜合分析國內(nèi)外針對重載啟動一系列問題研究的現(xiàn)狀，本文擬采用基于決策樹所改進的隨機逼近智能群啟動算法對帶式輸送機重載控制曲線進行優(yōu)化，包括對減速段、減速段曲線的斜率控制等。為了便于研究，將本文所研究的長距離四段帶式輸送機簡化為如下頁圖2 所示的結(jié)構示意圖。

如圖2 所示，第一段輸送帶的長度為1 800 m，為其配置每臺電機的功率為400 kW，第一段位于工作面的運輸大巷中；第二段輸送帶的長度為1 200 m，為其配置每臺電機的功率為400 kW，位于主斜井；第三段輸送帶的長度為200 m，為其配置每臺電機的功率為100 kW，位于井口位置；第四段輸送帶的長度200 m，為其配置每臺電機的功率為100 kW，位于工作面落煤點。所研究帶式輸送機的運送速度為4 m/s，滾筒直徑為1 250 mm。

圖2 長距離四段帶式輸送機結(jié)構簡圖

2.2 帶式輸送機安全啟動控制方案設計

帶式輸送機重載控制策略的確定與該輸送機皮帶的長度、寬度相關。因此，根據(jù)實際運輸距離、輸送帶寬度對輸送帶的線速度進行控制，其對應的控制框圖設計如圖3 所示。

圖3 帶式輸送機重載啟動安全控制框圖

如圖3 所示，在實際控制過程中需根據(jù)每段輸送帶運量基于變頻器對每段運速進行控制。值得注意的是，第一段和第二段帶式輸送機的兩臺電動機必須實現(xiàn)同步控制。

經(jīng)驗表明，當帶式輸送機啟動速度過大不僅會引起輸送帶的擺動，從而導致撒料現(xiàn)象的發(fā)生；而且，啟動速度過大還會加劇輸送帶的磨損，從而影響整個運輸系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性[3]。因此，針對重載啟動的問題需對啟動策略進行優(yōu)化，著重對啟動曲線的加速斜率進行優(yōu)化。本節(jié)所采用優(yōu)化斜率的決策樹如圖4 所示。

基于如圖4 的決策樹初步確定第一段帶式輸送機啟動曲線斜率為0.05；第二段帶式輸送機啟動曲線斜率為0.073，第三段和第四段帶式輸送機啟動曲線斜率為0.16。

為驗證基于決策樹所得啟動曲線斜率的控制效果，本文對基于決策樹所得控制斜率與采用傳統(tǒng)PI控制所得斜率的控制誤差進行對比[4]。將每段帶式輸送機在不同斜率控制下的最大誤差進行對比，對比結(jié)果如表1 所示。

圖4 啟動曲線斜率優(yōu)化決策樹

表1 不同控制曲線對應斜率的控制誤差對比 %

如表1 所示，基于決策樹對帶式輸送機重載啟動進行控制，其對應控制誤差與基于PI 控制的控制誤差相比可降低10%。即，基于決策樹對帶式輸送機重載啟動控制，可大大提升帶式輸送機啟動的穩(wěn)定性，從而解決重載啟動階段輸送帶抖動的問題，直接降低了輸送帶的磨損量，間接提升了輸送帶的使用壽命[5]。

3 結(jié)語

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其運輸效率和穩(wěn)定性直接影響工作面的生產(chǎn)效率。因此，保障帶式輸送機高效運行，降低其故障率尤為重要。本文針對帶式輸送機在重載啟動階段輸送帶抖動加劇其磨損、煤料灑落情況影響輸送帶高效、安全運行的問題，基于決策樹得出重載啟動的最佳控制曲線斜率，并將其與基于傳統(tǒng)PI 控制的控制誤差進行對比可知，基于決策樹對帶式輸送機重載啟動控制可將其控制誤差降低10%，從而增加了其重載啟動的穩(wěn)定性，提高其運行可靠性。