吴刚 张文斐 王正明 唐大卫
山东新泰建鑫输送设备有限公司 山东新泰 271200
摘要：皮带输送机煤矿生产中主要的运输设备，由于现阶段生产规模大，煤炭运输距离普遍比较长，一般驱动选用几台大功率电机带动，正常工作时运输载荷仅占电机输出功率的25%~45%，造成大量电能消耗。同时由于井下生产不均衡，皮带输送机运输工作在空载、轻载、满载等之间转换。一般来说，大多数皮带输送机实际功率仅占据设计功率的50%左右，造成大量电能浪费。因此，文中根据皮带输送机生产特点，提出一种皮带输送机节能降耗控制方案，从而提升驱动电机运行效率，实现皮带输送机高效工作。
关键词：皮带输送机；节能控制；控制策略
引言
皮带输送机作为散状物料输送领域中效率最高、应用最为广泛的物料运输装备，是一种以输送带作为承载与牵引部件，依靠摩擦传动实现连续运转的物料输送设备。其主要由输送带、托辊、机架、驱动装置、拉紧装置、制动装置、滚筒组及其它辅助设备构成，已广泛应用在矿山、冶金、水泥、码头等领域，目前正向着长距离、大倾角、高带速、智能化的方向发展。随着工业生产规模的进一步扩大，输送机的能耗问题也越来越突出。
1皮带输送机设备结构
皮带输送机结构包括有输送胶带、托辊、机架、驱动电机、滚筒、制动器、张紧装置等。输送胶带绕过驱动滚筒、换向滚筒、托辊等实现循环运行，上部胶带实现对煤炭等物料进行运送并由上部托辊支撑胶带避免出现较大幅度下沉，驱动滚筒通过摩擦给胶带运行张力，实现皮带输送机运转。一般情况下，为了确保矿井煤炭运输的高效进行，皮带输送机的运送能力要显著高于矿井煤炭需要的运输能力，这也造成了皮带输送机在早期投入运行时的运行效率不高的问题。
2皮带输送机能量浪费的主要来源
(1）由于生产的不连续性与运输的连续性之间的矛盾，使得皮带输送机经常处于半载甚至空载的运行工况，其运输物料的效率较低。(2）在除去运送物料所必须消耗的能量之外，皮带输送机的能量消耗主要取决于它的运行阻力，包括：托辊旋转阻力、输送带压陷滚动阻力、其他附加阻力等；随着长距离、大运量、高带速输送机的发展，压陷滚动阻力占主要阻力的比例越来越大，这极大增大了输送机的无用功率。(3）传动装置的能量损耗问题。传统皮带输送机的驱动装置通常由异步电机、液力耦合器或液体粘性软起动、减速器、联轴器等组成，起动时扭矩小，难以实现满载起动，且故障形式多样，故障率高，维护成本较高，是一种严重的能源浪费。
3皮带输送机节能控制思路
就皮带输送机的节能而言，一般从采用减少系统功耗和提高系统传动效率两个方面着手实施。其中，减少系统功耗需通过优化系统运行中的各项参数、减少设备的投入量以及减少设备运行期间的阻力实现；提高系统传动效率可通过采用高效驱动系统以及其他高效能设备实现。上述两项措施在优化改造时成本较高，而且其节能效果受所选用设备的性能所决定，并不是最有效的节能思路。针对当前皮带输送机在综采工作面的运行状态，以最大载荷下的恒定速度运行。当皮带输送机未达到满载要求时将会造成电能的浪费。为解决上述“大马拉小车”的问题，需要求皮带输送机能够根据实时负荷自动调整其运行速度，达到速度与载荷相匹配的状态，从而达到节能的目的。因此，将变频调速的控制思路应用于皮带输送机的节能控制中，以最低成本达到最佳节能效果。
4皮带输送机节能控制策略
4.1低阻力节能型输送带
皮带输送机输送带是由内部带芯和外部上下覆盖胶组合而成的复合材料，其整体宏观特性表现为粘弹性。
其中，上下覆盖胶多为橡胶材质，其力学表现为粘弹性。与其接触的托辊多为钢制材料，力学表现为刚性。在输送机运行过程中，输送带的覆盖胶与托辊相接触，由于二者力学特性相差较大，与托辊接触部分的覆盖胶在输送带自身重力与承载物料重力的作用下出现压陷变形，而当该部分覆盖胶在脱离托辊后恢复形变时，因自身的粘弹性导致形变恢复出现时滞现象。这种由于托辊压入输送带覆盖胶而引起的与输送带运行方向相反的阻力我们称之为压陷滚动阻力。分析压陷滚动阻力产生的机理可知，输送带的粘弹性特性是影响输送机压陷滚动阻力的主要因素，可以通过选配合理的输送带橡胶材料及其配方获得合适的输送带粘弹性参数，再结合调整输送带和输送机的结构参数，例如适当调整托辊布置间距，适当提高带速，增大托辊辊径等，达到降低输送带压陷阻力的目的；目前通过调整输送带本身特性实现输送带节能的三个方式有：（1）降低输送带厚度，尤其是输送带与托辊接触面覆盖胶的厚度；（2）在保证输送带强度的情况下，研发新型带芯材料，减轻输送带的自重；（3）改进橡胶配方进而改进输送带上下覆盖胶的粘弹性，减少其形变量。芳纶输送带因其高模量、低伸长、高强度、低质量、低蠕变的性能，在输送带节能上有很大的优势。
4.2模糊控制策略的
皮带输送机节能控制的依据包括有皮带输送机的实时载重量、煤炭储量、皮带输送机载重变化率以及给矿量变化率。因此，依据模糊控制思路对不同输入、输出量下的模糊控制规则进行设定。按照不同皮带载重量、煤炭料位的调整皮带输送机的实时带速。皮带输送机的变频调速系统依据不同带速下的电压和频率对输送带的速度进行控制，从而实现了节能控制的目的。
4.3皮带输送机煤量检测节能控制
传统皮带输送机系统由于多电机的不平衡驱动控制，且整个运行过程中采用了恒带速控制模式，导致实际运行过程中存在着较大的电能浪费，因此可以在传输控制系统中，引入了以煤流量监测为基础的节能控制装置。该装置主要是利用检测装置对输送带上的煤流量进行不间断监测，根据监测结果来对输送带的运行速度进行调整，设定运行带速后系统通过对各电机的驱动功率进行平衡控制，实现对皮带输送机运行带速的控制，同时系统内的输送带运行速度检测装置对输送带的实际运行带速进行检测，将检测结果传输到节能控制装置内，对偏差量进行分析，并通过变频调速控制系统对输送机的实际运行速度进行调整，最终实现不同煤流量下的变速运行控制，满足运行过程中的节能控制要求，极大提升了输送机系统运行的经济性。
4.4设定合理的调速程序
煤仓内的合理存煤量为设计存煤量的30~80%间，在这个储量范围内，仅对皮带输送机实际运量Q与设计运量值进行比对，根据比较结果对皮带输送机变频器输送频率进行调整，控制皮带输送机运行速度；当煤仓内存煤量超过设计值的80%时，控制系统发出存煤量控制警报，皮带输送机满载荷运行，降低煤仓内煤量；当煤仓内存煤量低于设计值的30%时，控制系统发出存煤量过低警报，皮带输送机满处于轻载或者停机，降低运输的煤量，从而最大程度的降低皮带输送机电能消耗。
结束语
本文在分析皮带输送机能量浪费来源的基础上，从多方面提出了皮带输送机节能控制策略，提升皮带输送机的运行效率，进而减少电量消耗与设备磨损，有效地降低企业投入成本，有力地促进皮带输送机的节能减排与绿色发展。
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