帶式輸送機節能技術研究

邢 輝

（晉能控股煤業集團朔州朔煤王坪煤電公司，山西 朔州 038300）

引言

我國煤礦企業正處于智能化高速發展時期，礦井設備也正朝著高性能、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備，其特殊的結構決定了其需要使用多電機驅動，多電機之間協調節能是帶式輸送機的主要節能環節。多電機驅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調能否高效工作是決定帶式輸送機高效工作的關鍵[2]。對電機采用有效的節能措施具有一定的經濟及社會價值。

1 帶式輸送機的動態特性分析

帶式輸送機的膠帶通常是由外層橡膠和內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力，通過查閱相關文獻，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）應變非線性特性。帶式輸送機的膠帶在分析受力應變時，其規律是非線性特性。

2）滯后特性。帶式輸送機在運行過程中由于受到力的變化，從而會發生膠帶的伸縮與恢復，由于膠帶的的磨損程度不同，皮帶的恢復速度就會發生變化，恢復到原狀的時間不同，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，會逐漸恢復到穩定狀態，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的數學模型表示為：

式中，σ為膠帶應力；ε為膠帶應變；E為彈性體單位寬度彈性模量；ξ為黏性體黏滯系數。

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是指通過減少電機的輸出功率來使負載大小與驅動功率相匹配的技術。帶式輸送機的運行架構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；f為模擬磨擦系數；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部分質量；qB為每米長輸送帶的質量；qG為每米長輸送物料的質量。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，由減速器相關數據手冊查得，一般取0.78～0.95，η2為變頻器驅動效率，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，通過加設變頻器和PLC的內部PI調節器來保證對變頻調速裝置進行有效的控制，應用環形交叉耦合的方式來保證轉速調節的穩定性。

3 帶速與運量的優化匹配

運量Q和帶速vp是影響傳動功率的主要參數，調整兩參數的匹配程度起到節能降耗的作用。

帶式輸送機帶速vp與運量Q的確定關系可用下式表示：

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能技術的關鍵，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，就能夠保證電機功率在節能范圍內。該節能技術的控制結構如圖1所示。

圖1 控制結構圖

4 結語

應用變頻調速系統或調速液力偶合器實現帶式輸送機帶速與運量匹配運行，能夠減少空轉電能、機械損耗，提高運輸效率，提高開機率，減少故障率。同時在變頻調速系統中應用自動化技術、計算機技術、通訊技術和監控技術，可實現對帶式輸送機的集中控制，具有操作簡單，可靠性高，便于維護等優點。