帶式輸送機永磁自動調控系統的應用研究

耿躍斌

（陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

輸送機是煤礦井下物料運輸的核心，其工作時的穩定性和可靠性直接決定了井下物料運輸的效率和經濟性。目前多數輸送機系統均采用了異步電機+離合器+減速器+離合器的組合式驅動模式，運行時的轉矩傳遞流程長、效率損失大，同時由于采用了液壓張緊系統，對輸送帶的張力變化反應速度差，影響了張緊系統的張緊靈敏性，給輸送機系統的安全、穩定運行帶來了較大的隱患。

隨著輸送機系統不斷朝著大運量、長距離、高帶速方向發展，現有的異步電機驅動、液壓張緊控制模式已經無法滿足輸送機的安全調控需求，因此本文提出了一種新的帶式輸送機永磁自動調控系統，其采用了永磁電機+聯軸器驅動、永磁張緊裝置進行自動張緊的控制模式，通過對輸送機運行狀態的分析，自動調整永磁電機和張緊裝置的動作狀態，極大提升了輸送機系統運行的穩定性和可靠性。

1 永磁自動調控系統

結合井下帶式輸送機驅動控制要求和永磁驅動電機的工作原理，本文所提出的輸送機永磁自動調控系統采用了直驅控制的模式[1]，在輸送機上布置2 套永磁驅動電機及對應的變頻控制裝置，同時為了保證系統運行的穩定性，在該調控系統內還包含有永磁張緊裝置及對應的控制系統，輸送機在運行過程中的所有動作均由永磁自動調控系統統一控制，整個系統具有結構緊湊、控制一致性好、靈敏度高的優點[2]，能夠顯著提升井下輸送機運行時的穩定性和可靠性，該永磁自動調控系統整體結構如圖1 所示。

由圖1 可知，該自動調控系統的核心包括永磁直驅系統、永磁張緊系統以及綜合控制系統三個部分，在運行過程中綜合控制系統通過對輸送機運行狀態的監測，對輸送機的運行情況進行判斷，并將調節控制信號發送給永磁直驅系統和永磁張緊系統，實現對輸送機運行情況的靈活調整和控制。

圖1 永磁自動調控系統結構示意圖

2 永磁直驅系統

永磁直驅系統是該驅動控制系統的執行單元，直接驅動輸送機的運行，由于永磁電機的運行特性，在該直驅系統內，取消了傳統電機驅動所需的離合器、減速器等，有效地簡化了驅動系統的結構，提升了驅動穩定性，該永磁直驅系統結構如圖2 所示[3]。

由圖2 可知，該永磁直驅系統中永磁電機直接通過聯軸器和驅動滾筒相連接，不僅減少了運行過程中的轉矩損失，而且減少了啟動和制動過程中的機械沖擊，提升了輸送機驅動系統的運行穩定性和使用壽命，同時由于減少了減速器、液力偶合器等裝置，減少了在運行過程中的噪聲，對優化井下作業環境具有十分重要的意義。

圖2 永磁直驅系統結構示意圖

3 永磁張緊系統

傳統的張緊裝置為液壓系統控制，雖然制動力大、可靠性高，但制動反應速度慢、柔性差，在制動過程中的制動沖擊和摩擦力極大，無法滿足輸送機系統高速、大運量情況下的制動可靠性需求。因此本文提出了一種新的永磁張緊系統[4]，該系統以永磁張緊絞車為核心，實現了對張緊裝置的直接控制，具有制動可靠性高、柔性強的特點，其張緊裝置整體結構如圖3 所示[5]。

圖3 永磁張緊裝置結構示意圖

由圖3 可知，該系統中儲帶倉通過滑輪組和張緊小車相連接，張緊小車又通過永磁張緊絞車和張緊小車相連接。通過隔爆型變頻器對永磁張緊絞車的運行情況進行控制。系統在接收到輸送帶的運行狀態信息后對系統張緊力是否滿足應用進行分析，自動分析出調整量，然后轉換為變頻控制信號[6]，通過變頻器輸出張緊絞車運行控制信號，實現對輸送帶張緊力的無沖擊調節，有效提升系統制動的靈活性和可靠性。

4 永磁綜合控制系統及應用效果

為滿足對永磁電機和永磁張緊裝置的統一控制需求，提出了一種新的永磁綜合控制系統[7]，以井下綜合控制器實現對所有驅動系統的靈活控制，驅動器和上位機之間采用高速數據總線連接，滿足高速數據通信可靠性的需求，綜合控制系統結構如圖4 所示。在該控制系統中，綜合控制器對驅動裝置和張緊裝置的運行狀態進行實時數據采集和狀態監測，然后對輸送機整體的運行情況進行分析，然后進行數據分析、決策和指令的下達，通過智能控制策略來實現對永磁驅動裝置和張緊裝置的自動調節，滿足輸送機系統運行穩定性和可靠性的需求。

圖4 綜合控制系統結構示意圖

對采用永磁驅動的輸送機系統和傳統異步電機驅動的輸送機系統進行對比分析，優化后輸送機在運行過程中的平均耗電量比優化前降低了9.74%，張緊裝置在運行過程中的反應速度由最初的6.25 s 降低到了目前的0.13 s，比優化前降低了97.9%，對提升輸送機系統的運行穩定性和可靠性具有十分重要的意義。

5 結論

1）自動調控系統的核心包括永磁直驅系統、永磁張緊系統以及綜合控制系統三個部分，整個系統具有結構緊湊、控制一致性好、靈敏度高的優點；

2）永磁直驅系統取消了傳統電機驅動所需的離合器、減速器等，有效地簡化了驅動系統的結構，提升了驅動穩定性；

3）永磁張緊系統以永磁張緊絞車為核心，直接控制張緊裝置，具有制動可靠性高、柔性強的特點；

4）優化后輸送機在運行過程中的平均耗電量比優化前降低了9.74%，張緊裝置在運行過程中的反應速度比優化前降低了97.9%。