帶式輸送機變頻驅動系統技術改造

帶式輸送機依靠大運量、長距離、連續輸送的顯著優勢，在采礦、港口、電力等行業廣泛應用。然而，傳統帶式輸送機采用直接啟動或星一三角降壓啟動方式，存在啟動沖擊大、制動性能差、能耗高等問題，已難以滿足現代工業對設備高效、節能、可靠運行的要求[1]。隨著變頻調速技術發展成熟，將其應用于帶式輸送機驅動系統改造，能實現軟啟動、變速運行、能量回饋制動等功能，成為解決上述問題的有效途徑。

1.技術改造背景與方案

1.1原有驅動系統運行狀況與問題

煤礦生產線用的帶式輸送機傳統驅動系統，采用直接啟動或星一三角降壓啟動方式，長期運行過程中表現出啟動電流過大導致電網沖擊嚴重、定速運行不能根據物料裝載量調整轉速造成能源浪費、機械制動方式使制動距離過長且易引發設備損耗等諸多技術缺陷[2。經過現場測試分析，原系統啟動電流峰值達到額定值的7.2倍，啟動過程中皮帶最大應力達68.4kN，對設備造成累積性的損傷。同時，系統采用全速運行模式，低負載工況下功率因數僅為0.65，能源利用率較低，年能耗28.4萬kWh超出行業標準。缺乏有效制動控制策略使得緊急停車時制動距離達到37.6米，存在一定的安全隱患

1.2變頻驅動改造方案設計

針對原有驅動系統存在的問題，設計出基于矢量控制型變頻器的閉環控制系統改造方案，通過采用ACS880系列高性能變頻器和西門子1LG6系列變頻專用電機相結合的驅動方式，實現帶式輸送機的軟啟動與變速運行[3。該方案的核心技術在于直接轉矩控制原理，通過實時計算負載特性建立精確的輸送機動力學模型，采用PLC控制器實現轉速閉環反饋控制，設計包含軟啟動模式、恒速運行模式、變速運行模式和能量回饋制動模式四種工作狀態。系統引入PROFIBUS-DP現場總線通信技術，構建設備層與控制層之間的高速數據交換通道，采用電抗器與電容濾波器組合降低諧波干擾，并通過多重保護功能實現設備的安全可靠運行，整體方案設計符合礦用設備技術規范與電氣安全標準要求。

1.3關鍵設備選型與參數確定

依據輸送機負載特性和工藝方面要求，系統關鍵設備選型過程綜合考量技術指標與經濟性因素，變頻器選用ACS880系列產品，其額定功率為185kW，具備直接轉矩控制功能與能量回饋能力，內置制動單元能把制動過程產生電能回饋到電網，提高能源利用效率[4]。電機選用西門子1LG6系列變頻專用異步電動機，額定功率180kW、轉速980rpm，絕緣等級F級、防護等級IP55，耐受潮濕與粉塵環境，能滿足礦山惡劣工況要求。控制系統采用西門子S7-300系列PLC和威綸通MT8071iP觸摸屏構成的組合控制方式，實現系統自動控制與人機交互相關功能，傳感裝置包含歐姆龍E6B2-CWZ6C型編碼器和科力達KLDZ-5防偏開關，為系統提供精確速度反饋與皮帶位置信息，并通過電磁兼容性設計確保系統在強干擾環境下穩定運行。

2.改造實施與調試

2.1變頻控制策略實施與參數整定

系統硬件改造實施時，首先對原有驅動裝置進行拆除，將定速電機與降壓啟動柜替換為變頻調速系統。改造過程中著重強化電磁兼容性設計，通過增設濾波器、合理布線和可靠接地措施，確保系統在強干擾環境下穩定運行[5]。

變頻控制策略采用負載扭矩自適應的轉速控制方法，通過實時計算輸送帶負載情況自動調整電機輸出轉矩，使系統始終工作在最佳效率區間。控制算法實現主要依靠變頻器內置的PLC功能與上位機控制系統配合完成，其核心轉矩計算公式為：

公式中，T為電機輸出轉矩（N·m）;F₁ 為提升阻力（N）； F₂ 為摩擦阻力 （N）;F₃ 為物料加速阻力 （N） ；D為驅動滾筒直徑 （m） ： n 為傳動效率。參數整定過程采用先離線仿真后現場微調的方法，重點調整了PID控制器參數、加減速時間、轉矩限制值等，最終確定滿足系統動態響應與穩定性要求的最優參數組合。

2.2系統聯調與試運行

系統聯調工作采取分步驟遞進式的方法，先進行各單元模塊獨立調試，驗證各模塊功能正常后進行系統聯合調試，聯調過程重點測試變頻器空載運行特性、加減速性能以及各保護功能可靠性，并通過模擬不同負載情況驗證系統在各種工況下的適應能力。試運行階段對系統進行為期30天的持續運行測試，測試內容涵蓋無負載啟動、額定負載運行、過載運行以及緊急停車等多種工況。同時，對關鍵運行參數如電機溫升、振動值、電流波動等進行實時監測與記錄，通過分析運行數據對控制參數進行最終優化調整，確保系統在全工況范圍內穩定可靠運行。

3.改造效果評估

3.1性能測試方法與指標

性能測試采用國標GB/T10595-2017《帶式輸送機》規定的測試流程與方法，通過搭建規范化測試平臺對改造前后系統性能進行全面評估，測試指標主要包括啟動特性、能耗特性與制動特性三大類。其中啟動特性測試著重關注啟動電流峰值、啟動時間以及啟動過程中皮帶應力變化情況。能耗特性測試使用Fluke1735三相電能質量分析儀，監測系統在不同負載下的能耗水平，測量周期設定為連續7天的生產過程，記錄滿載率分別為 30% 1 60% ，90% 條件下的平均功率與總能耗。制動特性測試主要考察緊急停車過程中的制動距離、制動時間以及制動過程的沖擊應力大小，通過高速攝像與應變測量相結合的方式采集相關數據，確保測試結果的準確性與可靠性。

3.2改造前后對比實驗結果

對比實驗結果顯示，變頻驅動系統在各項性能指標均顯著優于傳統驅動系統。在啟動特性方面，變頻驅動將啟動電流峰值從原來額定電流的7.2倍降低至1.5倍，啟動時間延長至15秒，雖然延長了啟動過程，但有效降低了皮帶應力，減少了沖擊載荷，啟動過程中最大皮帶應力下降了46.3% 。在能耗特性方面，系統總體能耗降低了 32.7% ，尤其是在低負載運行時節能效果更加顯著， 30% 負載條件下能耗降低幅度達到 52.4% ，這主要得益于變頻系統能夠根據負載情況自動調整電機轉速與輸出功率。制動特性測試結果表明，采用能量回饋制動技術后，緊急停車時的制動距離從原來的37.6米縮短到21.2米，制動時間縮短 43.7% 。同時，制動過程中的沖擊應力降低了 58.2% ，大幅提高了系統安全性能，相關測試數據如表1所示。

4.結束語

變頻驅動技術應用于帶式輸送機系統，從根本上改變了傳統驅動方式的諸多問題，研究證實，變頻驅動系統不僅顯著提高了設備的能源利用效率，降低了啟動沖擊，改善了制動性能，還延長了關鍵部件的使用壽命，通過對煤礦輸送系統改造實踐，驗證該技術具有可行性與經濟性。隨著工業自動化水平不斷提高，將變頻驅動技術與人工智能、大數據分析等先進技術相結合，構建智能化輸送系統，將是未來發展方向。能

參考文獻：

[1]劉飛。長距離帶式輸送機變頻驅動控制技術[J].現代制造技術與裝備，2024，60（11）：186-188.

[2]李強。變頻技術在選煤廠帶式輸送機技術改造中的應用[J].礦業裝備，2024，（06）：180-182.

[3]趙星。變頻調速永磁電機在正旺煤業膠帶大巷帶式輸送機上的應用[J].能源技術與管理，2023，48（05）：155-158.

[4]張建。礦井帶式輸送機調速系統變頻改造研究[J].機械管理開發，2023，38（02）：148-149+152.

[5]張宇。煤礦帶式輸送機變頻器節能問題的探究[J].礦業裝備，2025，（02）：156-158.作者單位：伊型新礦煤業有限責任公司