皮帶輸送機(jī)非定常調(diào)速控制系統(tǒng)

張 勝

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦，山西陽(yáng)泉 045008）

0 引言

隨著綜采設(shè)備自動(dòng)化水平和智能化控制水平的提升，對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)量及運(yùn)送距離提出了更高的要求。對(duì)于此類大型機(jī)電設(shè)備而言，其啟動(dòng)特性是當(dāng)前研究的關(guān)鍵課題。尤其是針對(duì)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)階段在慣性載荷的影響下容易造成啟動(dòng)困難、加速度突變等問(wèn)題，對(duì)設(shè)備造成較大的沖擊力[1-2]。各煤炭生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)采用高度自動(dòng)化的綜采設(shè)備，極大地提升了煤炭資源的生產(chǎn)效率，同時(shí)為了滿足煤炭資源的輸送需求，各種類型的大功率、高帶速、長(zhǎng)距離的皮帶輸送機(jī)設(shè)備不斷投入應(yīng)用，在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電能的消耗極大。以陽(yáng)煤一礦SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)而言，其工作時(shí)為勻速運(yùn)行，由于井下綜采作業(yè)速度的波動(dòng)，導(dǎo)致輸送帶常常處于低負(fù)載運(yùn)行工況，造成了極大的電能浪費(fèi)，因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況提出了一種非定常調(diào)速控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明了其具有良好的調(diào)速及節(jié)能效果，目前已得到了推廣[3]。

1 非定常調(diào)速控制方法

皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的速度控制前提是確保物料輸送的安全性，因此，皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)盡量降低速度調(diào)整的次數(shù)，減少調(diào)整過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)，確保輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提升輸送機(jī)的使用壽命。皮帶輸送機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)在速度調(diào)節(jié)的過(guò)程中，速度變化時(shí)的臨界點(diǎn)稱之為速度調(diào)整點(diǎn)，兩個(gè)相鄰的調(diào)整點(diǎn)間的間隔可稱為調(diào)速間隔，間隔越小說(shuō)明輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的調(diào)節(jié)次數(shù)越多，越不利于輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了解決傳統(tǒng)控制方案中喂料量不受控、模糊邊界調(diào)整困難、參考速度無(wú)法精確匹配輸送機(jī)喂料量的缺陷。在傳統(tǒng)的固定間隔調(diào)速控制基礎(chǔ)上，將其模糊邊界設(shè)置為調(diào)速點(diǎn)的25%，由此可獲得輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的參考速度，該調(diào)整方式稱之為非定常調(diào)速[4]，該方案能夠在滿足匹配喂料量的基礎(chǔ)上最大限度地確保輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，非定常調(diào)速控制方法原理如圖1所示。

圖1 非定常調(diào)速控制原理

2 不同調(diào)速方案下的輸送帶運(yùn)行效果

圖2 不同控制方案下輸送機(jī)系統(tǒng)特性變化曲線

為了對(duì)非定常調(diào)速控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析，搭建了皮帶輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)模擬平臺(tái)[5-8]，分別利用不同的控制方案對(duì)其控制效果進(jìn)行對(duì)比。則相同工況下輸送帶的節(jié)能率和皮帶填充率變化的對(duì)比分析結(jié)果如圖2所示。從圖中可知，在不同的控制方式下，非定常調(diào)速控制情況下，輸送機(jī)的節(jié)能率和皮帶填充率均高于采用固定間隔控制系統(tǒng)，且輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的調(diào)速間隔越小，則各種控制方案下輸送機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效率均呈現(xiàn)了整體降低的趨勢(shì)[9-10]。當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)的最小調(diào)速間隔為38.2 s時(shí)，采用非定常調(diào)速控制的方案輸送機(jī)具有最大的節(jié)能效率，此時(shí)的節(jié)能效率約為19.9%，其填充率約為93.1%。當(dāng)最小調(diào)速間隔為36.1 s時(shí)，采用固定間隔調(diào)速控制的方案輸送機(jī)具有最大的節(jié)能效率和填充率，此時(shí)的節(jié)能效率約為18.3%，其填充率約為90.7%。

在最小調(diào)速間隔情況下，輸送機(jī)系統(tǒng)在工作過(guò)程中的皮帶填充率和運(yùn)行功率變化曲線如圖3所示。

圖3 在最小間隔情況下不同調(diào)速方案輸送機(jī)的功率和填充率變化曲線

從圖中可知，當(dāng)采用傳統(tǒng)的固定間隔調(diào)速控制方案時(shí)，輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的平均皮帶填充率約為64.8%，輸送機(jī)的平均運(yùn)行功率約為3.7 kW。在非定常調(diào)速系統(tǒng)的控制作用下，輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的平均皮帶填充率約為93.2%，比固定間隔調(diào)速情況下提升了28.4%，輸送機(jī)的平均運(yùn)行功率約為3.1 kW，比固定間隔調(diào)速情況下降低了約16.2%。由此可知，采用非定常調(diào)速控制方案能夠在大幅提升輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的填充率的情況下，有效地降低輸送機(jī)的運(yùn)行功率，起到節(jié)能的效果。

3 非定常調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)度為5 728 m，額定輸送量為1 400 t/d，在采用非定常調(diào)速控制系統(tǒng)之前，煤炭運(yùn)輸過(guò)程中每天的耗電量約為34 760 kW/d，采用非定常調(diào)速控制系統(tǒng)以來(lái)，通過(guò)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的皮帶填充率的優(yōu)化，輸送機(jī)的運(yùn)行功率得到了有效的降低，自優(yōu)化后在確保煤炭運(yùn)輸量不變情況下，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的耗電量降低到了30 627 kW/d，比優(yōu)化前降低了約11.9%，極大地提升了SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)的物料運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)在工作過(guò)程中存在的耗電量大、調(diào)速性能差的缺陷，提出一種新的變間隔調(diào)速控制方案，在傳統(tǒng)的固定間隔調(diào)速控制的基礎(chǔ)上，將其模糊邊界設(shè)置為調(diào)速點(diǎn)的25%，由此可獲得輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的參考速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的皮帶填充量和運(yùn)行功率的優(yōu)化，通過(guò)在SSJ1000-2×160型皮帶輸送機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)的最小調(diào)速間隔為38.2 s時(shí)，采用非定常調(diào)速控制的方案輸送機(jī)具有最大的節(jié)能效率，此時(shí)的節(jié)能效率約為19.9%，其填充率約為93.1%；

（2）在非定常調(diào)速系統(tǒng)的控制作用下，輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的平均皮帶填充率比固定間隔調(diào)速情況下提升了28.4%，輸送機(jī)的平均運(yùn)行功率約比固定間隔調(diào)速情況下降低了約16.2%；

（3）采用非定常調(diào)速控制方案能夠在大幅提升輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的填充率的情況下，有效降低輸送機(jī)的運(yùn)行功率，起到節(jié)能的效果。