煤矿带式输送机节能控制方法研究

摘要：文章结合目前煤矿井下现有带式输送机运行与控制系统的特点，以节能降耗为设计宗旨，对其进行改良与完善。在节能降耗装置的辅助下，新型煤矿带式输送系统的工作方式发生了巨变，有效降低了运行期间的电能消耗与机械损耗，达到了节能减耗的设计要求。经投入使用后最终发现，该系统运行效果良好，相较于传统带式输送机，新型带式输送机不但工作效率高，而且电能消耗少，机械损耗也得到了有效控制。

关键词：煤矿；带式输送机；节能降耗；控制系统；机械系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0075-02

由于煤炭企业工作环境较为复杂，普通煤矿带式输送机根本无法满载运行，空载运行现象屡禁不止，而带式输送机本身整体性能耗损大，因此在系统运行期间会浪费大量能源，严重影响到企业的生产效益。本文根据山西省与全国机械行业现阶段煤矿带式输送机节能控制情况，对现有输送机系统进行技术改良，以达到降低耗损、提高企业生产效益的目的。

1 节能系统的设计

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

2 带式输送机的改良

本文结合现有煤矿带式输送机特点，在现有煤矿带式输送机机械系统的基础上，运用几项技术对其进行了改良，旨在提高运输能力以及元部件性能，扩大功能实现一机多用、节能控制，提高企业生产效益。

2.1 动态分析技术

动态分析技术是对整机运行过程进行动态特性分析，利用动态分析技术优化设计大型带式输送机，能有效提高整机安全性能。就我国现有输送机安全系数来看，即使配备了可控启动装置，其安全系数也只能控制到8左右，而经动态分析技术改良后，安全技术最小可达4.8。由于安全性能低，所以传统的带式输送机只能选用ST3500钢丝绳芯强力输送带。借助动态分析，仅是输送带这一项便能节省出一笔相当可观的费用，经济效益明显提升。

2.2 可控启动技术

众所周知，带式输送机的启动是一个加速过程，容易因粘弹性变形生成动张力。当运输带速度越高，启动时间越短时，启动加速度和输送带粘弹性变形程度就会越严重。使用可控启动技术，能至少将输送带启动时的初张力降低10%，同时确保输送带不打滑。可控启动装置需符合以下要求：启动时间以输送机主参数为准，确保启动速度始终维持在平稳状态，并能实现满载启动。输送带启动速度不可超过0.3m2/s，在多机驱动的情况下，还能发挥平衡功率的作用。拒启动是能尽量减少对电源的不利影响，具备过载保护功能，降低对电源电流与电压产生损害。

2.3 自动张紧技术

为确保输送带最小初拉力能够满足挠度要求，驱动滚筒趋入点和奔离点的张力比应设为固定值。在改良时，将启动张紧力和额定张紧力的比值控制在1.4～1.5的范围内，误差不可超过10%。经改良后输送带装置，可随着张力变化实现自动调节，以确保驱动滚筒趋入点以及奔离点的张力比始终维持在稳定状态。输送带张力产生变化时，张紧装置能够尽快响应并做出调整，以确保输送带张力始终保持在平稳状态，避免振动或共振的发生。张紧装置应安装在带式输送机的不同位置上，考虑到煤矿井下空间有限，使用液压绞车自动张紧装置效果最为理想。

2.4 改良后应用效果

在新型煤矿带式输送机中，控制系统能够在运行速度有所保障的前提下，降低能耗。当所有煤炭全部运输完毕后，节能控制器会利用检测装置，对带式输送机首位端料流与位置传感装置进行检查，确定带式输送机是否为正常运转状态。控制系统中新增了速度传感器，实现了运行速率的无缝对接，能及时察觉系统故障并进行准确定位方便维护。此时，变频器的输出频率就不再取决于料流大小，带式输送机的运行功率将始终维持在额定速度下，有效削弱了料流传感器故障给系统运行带来的不利影响。于输送带末端设置一台隔爆型散热轴流式通风机，实现了及时散热，降低了设备的耗损，为电动机的正常运转提供了可靠保障。

3 结语

综上所述，本文结合目前现有的煤矿带式输送机的特点，以节能降耗为设计初衷，对煤矿带式输送机的控制系统提出了改良意见。经改良后的煤矿带式输送机，在确保运行效率能足以满足工作需求的同时，最大化降低了系统对电能的消耗，减少了系统的机械损耗，节约了吨煤输送成本，提高了煤矿企业生产效益，适合于电力煤矿业广泛应用。

参考文献

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