煤矿带式输送机节能控制的研究与应用

煤矿带式输送机节能控制的研究与应用

郝阳阳

(国家能源神东煤炭集团陕西神木719315)

摘要：煤矿生产主要用在碎散物料和成件物品的输送，和其他运输设备进行比较，带式输送机的构造比较简单，对其所进行的运行、安装和维修都很便利，具有输送量大、成本低、通用性强等特点，比较容易实现自动化和集中化控制。最近几年，随着我国节能减排等政策的进一步实施，带式输送机开始进入了高速发展阶段，一些具有先进工艺的大型企业，对带式输送机的性能，特别是节能控制方面要求较高。基于此，本文将根据煤矿带式输送机的概述，深入分析并研究煤矿带式输送机的节能控制方法和其相关应用。

关键词：煤矿；带式输送机；节能控制

一、煤矿带式输送机概述

1.带式输送机的工作原理

带式输送机主要包括以下几部分：输送带、驱动电动机和驱动装置、驱动滚筒和减速机、托辊机架、张紧装置、制动装置、控制及保护装置等设备。对于一般的物料输送系统，如火力电厂带式输煤系统，还应包括给料机、收尘器、溜槽、料库等。其工作原理如下：输送带绕经驱动滚筒和机尾换向滚筒形成一个环形封闭带，输送带的上、下两部分都支承在托辊上，拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时电动机将转矩通过滚筒传给输送带，使输送带连续运动，输送带在带式输送机中，既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的强度。一般物料是装载到上带（承载段）的上面，在机头滚筒（即是传动滚筒）卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。

2.带式输送机的能耗问题

在煤炭生产期间，带式输送机的能耗问题是其所面临的重要问题，它对煤炭生产企业的成本增加和经济利润的降低都具有很大影响。其主要因素有，首先因带式输送机主要以恒速运行的方式进行运转，它的运行速度是一定的，在煤炭量比较小或者出现空载时，它的运行速度无法有效的进行调节，从而造成电动机的运行效率较低，导致电能大量消耗。从机理的角度来分析，输送机的装载量会直接影响到其能耗，并且在其运行期间，每一个机械部件都会带来相应的阻力。经研究可以了解到，输送机主要的阻力是来自基本阻力和倾斜阻力，实际上就是输送带与煤炭和托辊的摩擦及煤炭重力造成的阻力。阻力越大，所造成的能耗就会越多，每一个地区的产煤量并不是固定不变的，甚至同一地区的产煤量也没有办法保证其恒定值。所以，输送机的运行速度是没有办法按照载重量的变化而变化的，进而就会造成实际能耗问题。

二、煤矿带式输送机节能控制方法和应用

1.带式输送机运量和带速的关系

根据对带式输送机能耗问题所进行的分析可以了解到，导致带式输送机出现能耗问题的最主要影响因素就是输送带的运量以及输送带的运行速度。在相同带速的情况下，如果运量加大，其带式输送机的功率也就越大，所导致的能耗就越大。而在相同运量的情况下，如果带速持续提高，那么带式输送机的功率也就越大。所以，要想确保能耗可以有效降低，就需要把运量和带速有效结合在一起，在运量减小时，带速就会降低，同时也就能够实现带式输送机功率的降低，从而达到节能降耗的目的。

2.节能系统的设计

（1）检测部分

料流传感器是检测部分的关键，主要功能是对带式输送机上煤流的厚度进行测量。完成测量工作后，料流传感器将会把测量信息转化为模拟量信号，经矿用通信电缆，将检测信息反馈给节能型控制器内。节能型控制器厚度测量分辨率可精确到0.01mm。速度传感器主要被用于测量带式输送机当前运转速度，带式输送机运转速度主要取决于煤流厚度，当输送带上没有煤流时，带式输送机将会放缓速度，原控制系统中的防滑功能被取代。在速度传感器的辅助下，带式匀速机的速度实现了无缝对接，能及时发现打滑与超速现象，并对故障部位进行精准定位。位置传感器，主要被用于测量带式输送机当前运转状态。

（2）控制部分

控制部分的节能型控制器选用的是S7—300可编程控制器，该控制器能对部分模拟量进行检测，并借助AI结构进入控制器内，经控制器特殊数学模型计算后，根据计算结果，对向变频器传递控制信息。变频控制器的速度，主要取决于煤流厚度。在控制器外侧，设有通信装置，可在MODBUS协议的监督下，实现与源控制系统的信息交换功能，在这一过程中，该系统成功融入进源控制系统中。值得一提的是，控制器还具备功率平衡功能，可通过调节内设变频器功率，为系统平衡、稳定运行提供可靠保障。在该控制装置的运行环境下，技术操作人员可随时了解输送机运行里程与实时电能消耗，通过节能效公式的计算，便能获得该系统的节能降耗效果。

（3）驱动部分

隔爆兼本质安全型变频器与隔爆轴流式通风机是驱动部分的主要构成要素，这两种装置均能接受节能型控制器发出的信号，并根据信号判断指令内容，按照煤流厚度，及时调整带式输送机的运行速率。其中，轴流式通风机的功能，则是为尽快排出带式输送机主电动机在高负荷运行状态时产生的热量。系统运转产生的热量倘若未获得及时清除，则会导致对运行系统内大量构件产生不利影响，增大机械损耗。所以从这一方面来看，及时排热很重要。

3.实现带速与运量的调节

通过以上分析，要想实现带式输送机的节能控制，应当实现带速和运量的有效调节，根据运量的大小调节输送机的带速。模糊控制理论是一种控制系统，借助数学和计算机语言来表示一定的逻辑关系。将其运用到带速和运量的调节控制当中，能够实现调节过程的系统化和科学化。其运用过程即将运量和带速以及输出功率、带速变化率等变量放入到模糊理论当中，建立起其中之间的模糊关系，并将该模糊关系和基本逻辑规则放置到计算机程序当中进行运算，实现相应逻辑表的制定。在获得逻辑表之后，当外部传感器进行数据采集时，发现数据出现变化，通过数据运算，就能够采取相应的调节策略，实现带速与运量的自动化调节。

4.带式输送机的改良

在掌握带速和运量的调节办法并实现对其及时调节之后，应当对带式输送机进行有效改良，在改良当中，主要运用到的技术包括动态分析技术和可控启动技术以及自动张紧技术。首先，动态分析技术，即利用其对于带式输送机的运行状态、性能和特性等进行动态的分析，以达到对于整机运行情况的有效把控，从而提高改良的精准度。动态分析技术能够将带式输送机的安全系数大大提高，有效掌控输送带的选取标准，从而能够避免输送带选用中的错误，造成生产费用的增加。其次，可控启动技术，能够实现带式输送机的输送带启动时的张力有效降低，从而使得输送带启动时的稳固性得到提高。究其原理，即由于带式输送机的启动过程需要不断加速，而加速过程则容易因粘弹性的变形从而生成动张力。当启动速度加快时，粘弹性的变形程度将会加重，使得其启动过程的稳固性和安全性大大降低。可控启动技术即实现启动时初张力的降低。自动张紧技术，则是实现输送带张力的自动张紧，确保输送带张力变化时能够尽快调整并恢复到平稳状态，从而确保其运行的平稳，为输送机的节能控制提供稳固性重要保障。

结语：综上所述，随着我国矿山生产规模的不断扩大，带式输送机已逐渐成为矿山企业的主要运输工具。煤矿带式输送机向长运距、高带速、大功率方向的发展取得了长足的发展和进步，并开始成为最为主要的高效连续运输设备。除此之外，煤矿带式输送机的优化节能控制也给我国的煤矿企业带来了较大的经济效益和社会效益。

参考文献：

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[2]朱文祥.带式输送机张力控制系统的鲁棒控制器研究[J].合肥工业大学,2013.

[3]肖卫雄.煤矿带式输送机节能降耗控制系统的改造[J].煤矿机电,2014,(1).