刮板輸送機(jī)自動調(diào)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張 錳

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)處， 山西 太原 030053）

引言

隨著以刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架為代表的自動化綜采技術(shù)的應(yīng)用，煤礦井下綜采作業(yè)自動化已經(jīng)提升到了一個非常高的層次。刮板輸送機(jī)在井下運輸過程中不僅是采煤機(jī)前進(jìn)的支撐而且還能實現(xiàn)煤炭的運輸，因此其運行時的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到煤礦井下綜采作業(yè)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。隨著綜采作業(yè)效率的不斷提升，刮板輸送機(jī)在運行過程中所面臨的重載啟動穩(wěn)定性差、振動沖擊大、卡鏈保護(hù)穩(wěn)定性差的難題，嚴(yán)重影響了刮板輸送機(jī)運行時的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命[1]。因此本文提出了一種新的刮板輸送機(jī)自動調(diào)控系統(tǒng)。

1 刮板輸送機(jī)柔性啟動特性

刮板輸送機(jī)在啟動過程中存在著巨大振動和沖擊的主要原因在于，傳動系統(tǒng)以額定的加速度進(jìn)行啟動，速度在鏈條內(nèi)傳遞的過程中存在著較大的滯后性，進(jìn)而導(dǎo)致了鏈條和鏈輪之間產(chǎn)生巨大的慣性沖擊，進(jìn)而影響到了刮板輸送機(jī)在啟動工況下的穩(wěn)定性，且啟動時的負(fù)載越重產(chǎn)生的振動和沖擊就越大。經(jīng)過對刮板輸送機(jī)傳動系統(tǒng)啟動過程的分析，要降低啟動過程中的沖擊，就必須對啟動時的速度特性進(jìn)行優(yōu)化，降低在啟動過程中加速度特性，從而實現(xiàn)降低沖擊、提高啟動速度的目的。

目前常用的刮板輸送機(jī)啟動特性曲線主要包括反“S”啟動特性曲線、恒定加速度啟動特性曲線（直線形啟動）、正弦形啟動特性曲線以及拋物線形啟動特性曲線，各啟動特性曲線的啟動特性如圖1 所示[2]。

圖1 不同啟動特性曲線結(jié)構(gòu)示意圖

由于刮板輸送機(jī)在啟動過程中的啟動加速度越大，其對供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電穩(wěn)定性的影響就越大，因此在啟動初期需要盡量降低啟動加速度，滿足低沖擊啟動的需求，由于恒定加速度啟動特性曲線（直線形啟動）和正弦形啟動特性曲線在啟動過程中的啟動加速度均是正向增加的趨勢，因此不滿足低沖擊啟動的需求。刮板輸送機(jī)在啟動期間，各刮板鏈慢慢地由靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)換為運動狀態(tài)，參與運動的刮板鏈越多，需要的啟動功率就越大，對速度持續(xù)性的需求就越強(qiáng)，而且為了滿足快速啟動的要求，在啟動期間需要不斷增加啟動加速度，當(dāng)所有刮板鏈均由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動狀態(tài)后，需要進(jìn)一步降低啟動加速度，以使各刮板鏈快速實現(xiàn)勻速運行，因此拋物線形啟動特性曲線由于啟動周期長、啟動后無緩沖等，無法滿足刮板輸送機(jī)快速、穩(wěn)定、柔合的啟動特性要求。綜上分析，當(dāng)刮板輸送機(jī)采用反“S”形特性曲線后，能夠顯著提升刮板輸送機(jī)的啟動穩(wěn)定性和啟動效率。

2 雙閉環(huán)速度調(diào)控策略

傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)在運行過程中的速度調(diào)控主要是依靠對實際運行速度檢測結(jié)果來對刮板輸送機(jī)的速度調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，但實際運行過程中該調(diào)速方式極易受到物料載重變化和卡鏈工況下的速度波動影響，實際運行調(diào)節(jié)精度差，無法滿足無人綜采作業(yè)條件下刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架的聯(lián)合匹配運行需求。根據(jù)刮板輸送機(jī)的運行特點，本文提出了基于速度和壓力的雙閉環(huán)反饋速度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)[3]，該控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機(jī)雙閉環(huán)速度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

由圖2 可知，當(dāng)刮板輸送機(jī)在運行過程中，以實際運行速度和柔性啟動控制系統(tǒng)中的伺服閥的工作壓力為實際的壓力反饋信號，將刮板輸送機(jī)的鏈板和鏈輪的速度差值作為一個運行速度偏差的轉(zhuǎn)速信號，該轉(zhuǎn)速信號作為轉(zhuǎn)速PID 控制器的實際輸入控制信號，作為對刮板輸送機(jī)實際運行速度調(diào)整的基礎(chǔ)值，該基礎(chǔ)值再和系統(tǒng)的壓力反饋信號進(jìn)行對比，獲取兩者之間的偏差，然后將該偏差值作為壓力PID 控制器的實際輸入控制信號，在經(jīng)過壓力偏差調(diào)整后將其作為伺服系統(tǒng)的控制信息進(jìn)行伺服控制，實現(xiàn)對柔性啟動控制系統(tǒng)實際輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，滿足在不同轉(zhuǎn)速情況下的雙閉環(huán)速度調(diào)節(jié)控制，顯著提升對刮板輸送機(jī)速度調(diào)整的精確性和調(diào)節(jié)效率。

3 刮板輸送機(jī)卡鏈過載保護(hù)

刮板輸送機(jī)在運行過程中極易出現(xiàn)煤矸石等異物導(dǎo)致的卡鏈現(xiàn)象，使刮板輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生過載運行，傳統(tǒng)的卡鏈過載保護(hù)系統(tǒng)無法實現(xiàn)刮板輸送機(jī)在卡鏈工況下及時停止運行，給其運行安全造成了巨大的隱患，因此本文提出了一種新的刮板輸送機(jī)卡鏈過載保護(hù)系，該系統(tǒng)整體控制流程如圖3 所示[4]。

在該刮板輸送機(jī)卡鏈保護(hù)系統(tǒng)中，柔性啟動裝置將實時對將刮板輸送機(jī)的實際運行速度變化情況和伺服控制系統(tǒng)內(nèi)的壓力變化情況進(jìn)行監(jiān)測，一旦系統(tǒng)的輸出壓力增加到峰值而刮板輸送機(jī)的運行速度低于理論運行速度要求的50%速度或者刮板輸送機(jī)未能起動，則同時對驅(qū)動電機(jī)的控制電流情況進(jìn)行監(jiān)測，對驅(qū)動電機(jī)的工作電流進(jìn)行判斷，當(dāng)電流也表現(xiàn)出迅速增大的趨勢后系統(tǒng)就會判定出現(xiàn)了卡鏈工況，將控制柔性啟動控制系統(tǒng)中伺服閥的工作壓力，將離合器內(nèi)的動摩擦片和靜摩擦片進(jìn)行脫離，切斷傳動電機(jī)和刮板輸送機(jī)之間的聯(lián)系，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)和刮板輸送機(jī)的運行安全性[5]。

圖3 刮板輸送機(jī)卡鏈過載保護(hù)系統(tǒng)

4 結(jié)論

1）采用反“S”形特性曲線情況下，能夠降低刮板輸送機(jī)啟動時對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，同時能夠?qū)崿F(xiàn)刮板輸送機(jī)的柔性啟動，提升啟動效率，滿足各種工況下安全啟動的需求。

2）基于速度和壓力的雙閉環(huán)反饋速度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，能夠以速度和伺服閥的壓力作為反饋調(diào)節(jié)信號，滿足在刮板輸送機(jī)運行過程中的連續(xù)速度調(diào)整需求，顯著提升對刮板輸送機(jī)速度調(diào)整的精確性和調(diào)節(jié)效率。

3）刮板輸送機(jī)卡鏈過載保護(hù)系統(tǒng)以刮板輸送機(jī)的實際運行速度變化情況和伺服控制系統(tǒng)內(nèi)的壓力、驅(qū)動電機(jī)的控制電流作為調(diào)整控制信號，及時將離合器內(nèi)的動摩擦片和靜摩擦片進(jìn)行脫離，切斷傳動電機(jī)和刮板輸送機(jī)之間的聯(lián)系，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)和刮板輸送機(jī)的運行安全性。