礦用帶式輸送機自動張緊控制系統研究

魏振宇

摘? 要： 帶式輸送機是礦井常用運輸設備，具有結構簡單、維修方便、運輸距離長以及運量大等優點。近些年來，隨著礦井綜采、綜掘技術的不斷 發展，井下煤炭產量、生產效率等大幅提升，對帶式輸送機運輸系統的穩定性提出了更高的要求。本文對礦用帶式輸送機自動張緊控制系統進行研究。

關鍵詞： 帶式輸送機;控制系統;研究

1 張緊力自動控制系統的作用

（ 1 ）確保帶式輸送機驅動滾筒與膠帶分離點位置膠帶有足夠張緊力， 避免膠帶在分離點處的張緊力過小引起打滑。（ 2 ）確保膠帶在兩鄰近托 輥間有足夠的張緊力，避免膠帶在物料重力作用下出現過度松弛或者懸垂 量過大，導致膠帶上物料拋灑;同時給膠帶足夠的張緊力也可降低托輥對 膠帶的磨損。（ 3 ）通過調整作用到膠帶上的張緊力可及時補償載荷變化 引起的膠帶延長變形或者對膠帶長時間使用引起的蠕變進行補償。（ 4 ） 在帶式輸送機啟停過程中，在慣性影響下膠帶會受沖擊載荷影響，通過調 整張緊力可削弱沖擊載荷影響。（ 5 ）張緊力調節裝置可為膠帶接頭操作 提供一定的行程。

2 張緊控制系統結構

帶式輸送機自動張緊控制系統結構見圖1 ，組成部分包括支架、滾 筒、繩輪組、鋼絲繩以及永磁變頻同步電機等。永磁變頻同步電機是張緊 系統動力源以及核心部件，電機的運行穩定性直接影響張力控制系統的響 應速度以及精度。電氣控制系統結構包括隔爆操作箱、變頻調速控制器以 及張力傳感器等，用來對帶式輸送機運行各階段的張力數據進行分析并控 制張緊系統正常運行。

3 自動張緊控制系統張緊力控制分析

帶式輸送機在不同的工作階段對膠帶張緊力有不同的要求，根據帶 式輸送機工作狀態的差異可將張緊力運行控制分為3個階段：（ 1 ）啟動階 段。此階段處于帶式輸送機啟動初期，張緊力控制系統發出控制信號確保 張緊裝置提供的張緊力稍微大于正常張緊力，避免在啟動初期出現膠帶打 滑、跑偏等故障。一般情況下，為正常張緊力的1.4～ 1.8倍。（ 2 ）啟動至 正常運行階段。此階段張緊裝置提供的張緊力逐漸向正常張緊力過渡，待 帶式輸送機的運行速度達到預先設定的速度后，張緊裝置提供的張緊力降低至正常張緊力。（ 3 ）正常運行階段。此階段張力控制系統維持帶式輸 送機平穩運行，為正常張緊力，當膠帶受到的張緊力偏小時，控制系統動 作使膠帶張緊力提升至正常值。帶式輸送機在靜態、動態工況下對張緊力 的要求有差異，運行工況與張緊力設定值對應關系見圖2。

張緊裝置中永磁同步電機采用矢量控制系統控制運行，矢量控制系統 結構一般為內、外環聯級結構。通過布置的傳感器檢測永磁電機的實際轉 速，通過分析實際轉速、期望轉速，得到轉速差;通過模糊PID控制器得 到期望轉速對應的期望電流iqref;得到三相電源相對應的電流（ ia 、ib 、 ic），并經過Clarke 、Park變化，得到旋轉坐標體系下對應的電流值id 、 iq;將其與期望電流iqref進行比較，其中電流差值為iqref，確保iqref = 0， 計算得到永磁同步電機精準控制量;后經過逆變轉換、 SVPWM調節等，得 到控制量，從而實現張力自動調節。

4 自動張緊控制系統應用模擬分析

采用MatLab軟件對傳統液壓張緊裝置以及文中所述自動張緊控制方式 下帶式輸送機啟動期間膠帶張緊力的變化進行分析。帶式輸送機初期啟動 時間設計為140s ，具體模擬仿真結果見圖3。從圖中看出，自動張緊控制 方式下，張緊力會先下降，后經0.5s后逐漸增加，張緊力增加時間相對于 傳統的液壓張緊裝置提前約1.98s;帶式輸送機啟動12s后膠帶張緊力達到 預先設定值，耗時相對于液壓張緊裝置提前約13s ;自動張緊控制方式張 緊力最大超調量為0.51kN，較液壓張緊裝置的0.96kN減少約0.45kN。

待帶式輸送機啟動140s后進入到正常運行階段， 自動張緊控制方式及 時動作可將張緊力快速降至正常張緊力，整個過程耗時控制在5.4s以內， 而液壓張緊裝置則需耗時約12.8s。從帶式輸送機初期啟動模擬結果發現， 自動張緊控制方式較傳統的液壓張緊裝置，調整響應速度更快，張緊力變 化曲線更為平滑、調節耗時更短。

結束語： 為提高礦用帶式輸送機的運行可靠性，文中提出一種基于永 磁同步電機的帶式輸送機自動張緊控制系統，并系統的結構、工作原理以 及控制方法等進行了分析。采用Matlab對比分析自動張緊控制系統、液壓 張緊控制裝置在帶式輸送機啟動初期張緊力的調節情況，發現自動張緊控 制系統在張緊力調節響應速度、調節精度以及超調量等方面均有顯著的技 術優勢，可滿足帶式輸送機張緊力調節控制的需要。

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