帶式輸送機多點驅動的控制與監測

王紀東

（山西陽煤寺家莊煤業有限責任公司運輸隊， 山西 昔陽 045300）

引言

近年來，隨著工作面綜采設備自動化水平和采煤技術的進步，綜采工作面的生產能力也隨之增大。帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，為適應工作面的生產能力朝著大運量、長距離以及高功率的方向發展[1]。傳統單電機驅動方式已經不能滿足當前的生產需求，帶式輸送機的多點驅動隨之產生。本文著重對帶式輸送機多點驅動的控制系統進行研究，并對其運行狀態進行監測。

1 帶式輸送機多點驅動控制系統設計要求

隨著帶式輸送機朝著大運量、長距離以及大功率的方向發展，對帶式輸送機驅動裝置和強度的要求越來越高。為此，帶輸送機驅動系統由傳統單電機驅動發展為多電機驅動。目前，多點驅動系統以中間驅動為主。中間多點驅動帶式輸送機的結構如圖1所示。

圖1 中間多點驅動帶式輸送機結構示意圖

為保證帶式輸送機多點驅動系統的可靠性，為帶式輸送機多點驅動系統配置自動監測系統，實現對帶式輸送機運行的數據采集、處理以及故障查詢等。

由于帶式輸送機輸送帶主要由橡膠、尼龍等材料組成，在實際應用中存在有黏彈性變形、彈性變形和塑形變形。為避免由于輸送帶的變形導致輸送帶與滾筒之間出現打滑的現象，為帶式輸送機配置了對應的張緊系統[2]。

對于多點驅動帶式輸送機而言，需著重解決對輸送帶張緊力的控制并保證各點驅動功率平衡。

2 多點驅動帶式輸送機電機選型

為解決由于輸送帶黏彈性變形以及塑形變形所導致的輸送帶與滾筒之間的打滑事故，要求多點驅動帶式輸送機張緊系統滿足如下要求：為避免輸送帶與滾筒之間不打滑，確保驅動滾筒的摩擦力均作用于滾筒上，保證輸送帶與滾筒之間具有足夠的摩擦力；要求相鄰托輥之間輸送帶的垂度滿足相關標準要求。

驅動滾筒的軸功率如式（1）所示：

式中：Fu為驅動滾筒的驅動力，經核算Fu=1 054 668.7 N；v 為輸送帶的運行速度，4.5 m/s。則，驅動滾筒的軸功率P 為4 746 kW。

多點驅動電機功率如式（2）所示：

式中：P 為驅動滾筒的軸功率；η1為聯軸器的效率，其中機械聯軸器為0.98，液力耦合聯軸器為0.96；η2為減速器傳動效率，其中一級減速器傳動效率為0.98，二級減速傳動效率為0.96，三級減速傳動效率為0.94；η3為電壓降系數，一般取η3=0.90～0.95；η4為多電機驅動功率不平衡系數，當為單電機驅動時，η4=1，當為多電機驅動時，η4=0.90～0.95。

經計算可得，多點驅動帶式輸送機所需電機的總功率為6 233.25 kW。因此，選用額定功率為1 000 kW 的7 臺電機實現帶式輸送機的多點驅動。而且，在帶式輸送機頭部安裝四臺電機，在中間位置安裝三臺電機。

3 多點驅動帶式輸送機的驅動控制

3.1 變頻控制

多點驅動帶式輸送機控制的關鍵環節為帶式輸送機的啟動控制。根據驅動位置的不同可分為頭部驅動裝置、中間驅動裝置以及尾部驅動裝置；根據驅動滾筒的數量可分為單滾筒驅動、雙滾筒驅動以及多滾筒驅動[3]。目前，可應用于帶式輸送機的驅動方式有變頻器驅動、液力耦合器驅動以及可控驅動等。

根據我礦當前帶式輸送機的運輸能力為4 000 t/h，輸送帶的額定速度為4 m/s，輸送帶的寬度為1 500 mm。結合帶式輸送機的實際驅動方案，初步為多點驅動帶式輸送機擬定電動機+CST 和變頻驅動兩種驅動方案。兩種驅動方案的優缺點對比如下：

對于電動機+CST 驅動方案而言，其具有良好的軟啟動功能，可提升電動機的使用壽命，能夠實現多電機驅動的功率平衡問題[4]。對于變頻驅動而言，可根據輸送機工況對其運速進行實時控制，具有節能的功能。

綜合分析，多點驅動帶式輸送機采用變頻驅動方案進行控制。變頻器為該驅動方案的核心部件，由于所選型電動機的額定功率為1 000 kW，則對應變頻器的額定功率為1 000 kW。多點驅動帶式輸送機的關鍵參數如表1 所示。

表1 多點驅動帶式輸送機的關鍵參數

3.2 張緊裝置的連接

張緊裝置的主要功能是為輸送帶提供張緊力，防止輸送帶變形后無法正常工作。為保證張緊裝置功能的實現，將張緊裝置安裝于帶式輸送機的尾部，并確保張緊裝置與滾筒的位移線平行[5]。張緊裝置管路的連接示意圖如圖2 所示。

圖2 張緊裝置連接示意圖

4 多點驅動帶式輸送機的監測

為保證多點驅動帶式輸送機的穩定運行，用戶需對設備的運行狀態進行實時監測和控制。結合多點驅動帶式輸送機的控制系統，將其對應的監測系統分為數據采集模塊、顯示模塊、控制模塊以及人機交互模塊，各個模塊對應的功能如圖3 所示。

圖3 多點驅動帶式輸送機監控系統

如圖3 所示，控制系統是帶式輸送機監測系統的核心，基于人機交互界面可實現對帶式輸送機的啟停控制；可根據帶式輸送機的工況對其速度進行實時控制，同時實現輸送帶的節能運行；通過控制饋電開關實現對帶式輸送機的手動控制和自動控制功能。基于上述功能控制框圖，設計如4 所示的多點驅動帶式輸送機監測系統界面。

如圖4 所示，監測系統根據帶式輸送機的運輸狀態得出實時曲線、報表畫面、報警畫面、PID 控制畫面等。此外，還能夠實時顯示各個電機的電流值、轉速以及對應的輸送帶的速度等參數。

5 結語

為適應帶式輸送機朝著大運量、長距離以及大功率方向發展的需求，實現帶式輸送機的多點驅動方式勢在必行。對帶式輸送機多點驅動控制具體總結如下：

1）采用中間驅動的多點驅動方式，并以變頻驅動方式為主，根據帶式輸送機的實時運行參數對帶速進行實時控制，并達到節能運行的目的。

2）多點驅動對應電機的臺數為7 臺，與其相匹配的變頻器型號為西門子MM440。

3）設計多點驅動帶式輸送機的監測系統，可實時顯示設備的運行參數及電機的電流、轉速等參數，并對發生故障的問題進行報警。