帶式輸送機節(jié)能技術(shù)研究

邢 輝

（晉能控股煤業(yè)集團朔州朔煤王坪煤電公司，山西 朔州 038300）

引言

我國煤礦企業(yè)正處于智能化高速發(fā)展時期，礦井設(shè)備也正朝著高性能、高可靠性、高智能化等多方向高速更新[1]。井下運輸系統(tǒng)的高效運行決定著煤礦的開采速度。帶式輸送機屬于遠程輸送設(shè)備，其特殊的結(jié)構(gòu)決定了其需要使用多電機驅(qū)動，多電機之間協(xié)調(diào)節(jié)能是帶式輸送機的主要節(jié)能環(huán)節(jié)。多電機驅(qū)動就會造成功率負載分配不均勻，同時造成功率浪費以及安全性降低。三相異步電動機相互協(xié)調(diào)能否高效工作是決定帶式輸送機高效工作的關(guān)鍵[2]。對電機采用有效的節(jié)能措施具有一定的經(jīng)濟及社會價值。

1 帶式輸送機的動態(tài)特性分析

帶式輸送機的膠帶通常是由外層橡膠和內(nèi)部鋼繩芯共同組成的，由于橡膠的特殊性使得帶式輸送機有一定的彈塑性。電機的不穩(wěn)定運行使得膠帶收到的張力不斷變化，所以研究膠帶的動態(tài)特性對電機的運行有很大的影響。膠帶在運行過程中會受到很多的應(yīng)力，通過查閱相關(guān)文獻，帶式輸送機的膠帶可以等效成為黏彈性模型[3]。

黏彈性模型固有的五種特性為：

1）應(yīng)變非線性特性。帶式輸送機的膠帶在分析受力應(yīng)變時，其規(guī)律是非線性特性。

2）滯后特性。帶式輸送機在運行過程中由于受到力的變化，從而會發(fā)生膠帶的伸縮與恢復(fù)，由于膠帶的的磨損程度不同，皮帶的恢復(fù)速度就會發(fā)生變化，恢復(fù)到原狀的時間不同，就說明膠帶的滯后特性不同。

3）蠕變特性。輸送帶在空載到負載再到卸載是一個緩慢變化的過程，完全符合蠕變特性。

4）松弛特性。帶式輸送機膠帶在卸載后，會逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，慢慢收縮的過程是一個緩慢的過程，遵循松弛特性。

5）頻率特性。帶式輸送機的膠帶在受載荷時會隨著加載頻率的變化而變化，這種特性稱為頻率特性。

本文選用Kelvin-Voigt模型作為帶式輸送機輸送帶的等效模型。

Kelvin-Voigt的數(shù)學(xué)模型表示為：

式中，σ為膠帶應(yīng)力；ε為膠帶應(yīng)變；E為彈性體單位寬度彈性模量；ξ為黏性體黏滯系數(shù)。

2 帶式輸送機電機功率控制研究

帶式輸送機的運行帶速直接影響著電機的輸出功率，而電機功率控制技術(shù)是指通過減少電機的輸出功率來使負載大小與驅(qū)動功率相匹配的技術(shù)。帶式輸送機的運行架構(gòu)將電機總阻力劃分為四種：基本阻力（中間段阻力）、傾斜阻力、附加阻力和特殊阻力[4]。當(dāng)長距離輸送時，忽略特殊阻力及附加阻力，可得帶式輸送機客服阻力做功所需的牽引力為：

式中：C為系數(shù)；f為模擬磨擦系數(shù)；L為輸送機長度（頭、尾滾筒中心距）；g為重力加速度；qR0、qRu為承載、回程分支托輥每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；qB為每米長輸送帶的質(zhì)量；qG為每米長輸送物料的質(zhì)量。傳動功率計算公式：

傳動功率計算：

式中：PA為傳動滾筒軸所需功率；vp為帶速。

驅(qū)動電機軸所需功率PM，即帶式輸送機所需正功率：

式中：η1為減速器運行效率，由減速器相關(guān)數(shù)據(jù)手冊查得，一般取0.78～0.95，η2為變頻器驅(qū)動效率，一般取0.95～1。

帶式輸送機要充分考慮到電流的影響，還要同時保證電機的運行速度，這就需要保證多電機之間的功率分配均勻，通過加設(shè)變頻器和PLC的內(nèi)部PI調(diào)節(jié)器來保證對變頻調(diào)速裝置進行有效的控制，應(yīng)用環(huán)形交叉耦合的方式來保證轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

3 帶速與運量的優(yōu)化匹配

運量Q和帶速vp是影響傳動功率的主要參數(shù)，調(diào)整兩參數(shù)的匹配程度起到節(jié)能降耗的作用。

帶式輸送機帶速vp與運量Q的確定關(guān)系可用下式表示：

式中：vp為帶式輸送機帶速；Q為運量；qm為最大物料線密度。

帶式輸送機的運量Q發(fā)生變化的時候，在滿足帶強度的情況下也隨之改變。盡量減少帶式輸送機的輕載或空載長時間運行。

煤流量Q的確定成為電機功率控制節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵，Q的確定可使用皮帶煤量稱重傳感器-皮帶秤完成。煤流量Q通過皮帶煤量稱重傳感器進行測量，保證煤流量控制在一定范圍內(nèi)，就能夠保證電機功率在節(jié)能范圍內(nèi)。該節(jié)能技術(shù)的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)或調(diào)速液力偶合器實現(xiàn)帶式輸送機帶速與運量匹配運行，能夠減少空轉(zhuǎn)電能、機械損耗，提高運輸效率，提高開機率，減少故障率。同時在變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)，可實現(xiàn)對帶式輸送機的集中控制，具有操作簡單，可靠性高，便于維護等優(yōu)點。