天地（常州）自動化股份有限公司 賈文琪

膠帶輸送機節(jié)能運行技術(shù)研究

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文章分析了煤礦生產(chǎn)運輸工藝和煤礦膠帶輸送機運行功耗，提出了基于膠帶輸送機載荷檢測的節(jié)能運行方案。結(jié)果表明，該方案與傳統(tǒng)節(jié)能運行方法相比，具有系統(tǒng)運行可靠、節(jié)能效果好等特點。

煤流運輸；膠帶輸送機；節(jié)能

0 引言

膠帶輸送機由于其運輸效率高，是煤礦井下煤流運輸?shù)闹饕O備。目前大多礦井煤流運輸系統(tǒng)采用粗放的生產(chǎn)模式，負載匹配率低、設備空轉(zhuǎn)率高、綜合效率低。帶式輸送機在運行過程中，空載、輕載、重載狀態(tài)下均為高速運行，而空載和輕載時對電動機、減速機、滾筒、托輥、膠帶等設備產(chǎn)生了不必要的磨損和電能消耗，縮短了設備的使用壽命。

1 膠帶機節(jié)能運行分析

煤流運輸是煤礦生產(chǎn)的重要設備組成部分，其能耗占煤礦生產(chǎn)能耗的10%～30%。由于輸送的煤炭有極大的不均衡性，因此配套電氣選型比實際所需的容量要大，實際運行過程中長期處于低負荷運行，效率低。帶式輸送機在運輸系統(tǒng)設計時一般是按最大運量考慮的，而減速機和電動機的選型原則是等級靠大不靠小，所以帶式輸送機配置的驅(qū)動電動機一般均有20%～45%富余量，加上帶式輸送機經(jīng)常處于輕載、空載運行狀態(tài)，導致電動機經(jīng)常處于50 %以下的低效率工作狀態(tài)。

2 膠帶機節(jié)能運行技術(shù)發(fā)展

單條膠帶輸送機節(jié)能控制方法一是根據(jù)輸送機運行功率降低輸送機運行速度，達到節(jié)能效果。由于膠帶機運輸距離長，輸送機運行功率變化嚴重滯后于運煤量變化，如果來煤量突然變大，而運行功率變化不大，膠帶機未及時提高運轉(zhuǎn)速度，容易在轉(zhuǎn)載點發(fā)生堆煤事故。另外一個節(jié)能控制方法檢測機尾實時煤流大小控制膠帶機運轉(zhuǎn)速度，如果檢測到實時來煤量變小，則降低輸送機運轉(zhuǎn)速度達到節(jié)能效果。由于煤炭生產(chǎn)的不均衡性，來煤量可能頻繁變化，如果頻繁調(diào)整輸送機運行速度，不利于輸送機可靠運行，同時如果檢測不準確容易導致堆煤故障。因此雖然目前帶式輸送機已配置了變頻器等節(jié)能裝備，但節(jié)能效果還有待提高。

3 節(jié)能運行方案

通過檢測煤流運輸系統(tǒng)整個物料運輸大小、輸送機整體負荷及來煤情況來控制輸送機運轉(zhuǎn)速度。輸送機所需驅(qū)動電機功率PM=PA/η。PA是輸送機驅(qū)動滾筒需要的軸功率。η是電機軸到驅(qū)動滾動之間的功率傳遞效率。隨著輸送機運煤量變化，傳遞效率η變化不大，但輸送機驅(qū)動滾筒軸功率變化較大。輸送機驅(qū)動滾筒軸功率PA=Fu·v/1000。Fu為圓周驅(qū)動力,等于皮帶機正常運轉(zhuǎn)時的所需克服各種阻力之和。v是輸送機運轉(zhuǎn)速度。在輸送機參數(shù)固定的情況下，圓周驅(qū)動力Fu主要隨著每米輸送帶上的物料重量q增大而增大。如果輸送機的輸送量QC一定，降低輸送機運轉(zhuǎn)速度v將使q增大，即Fu圓周驅(qū)動力增大。根據(jù)《GB/T17119-1997連續(xù)搬運設備帶承載托輥的帶式輸送機運行功率和張力的計算》計算，當輸送機的輸送量（負荷）QC降低時，降低輸送機運轉(zhuǎn)速度可降低輸送機驅(qū)動滾筒軸功率PA。

在由多條膠帶輸送機組成的煤流運輸系統(tǒng)中，每條膠帶輸送機控制系統(tǒng)由變頻器、電控主機、載荷檢測傳感器等設備組成。系統(tǒng)在每條輸送機機尾設置一臺輸送機載荷檢測傳感器，檢測實時來料量。載荷檢測傳感器同時檢測輸送機運轉(zhuǎn)距離，根據(jù)實時來料量和輸送機運轉(zhuǎn)距離計算出整個輸送機載荷分布。將輸送機按一定長度進行分段，可得到輸送機每一段載荷大小，從而對輸送機整體載荷進行數(shù)字化。

輸送機載荷分布檢測

隨著輸送機的運轉(zhuǎn)和來煤量的變化，實時更新輸送機整體負荷及負荷分布信息。載荷傳感器檢測的輸送機整體載荷和載荷分布信息通過信息傳輸網(wǎng)絡傳輸至電控主機。本條輸送機的載荷情況可通過電控主機實時傳輸至下游輸送機，本條輸送機的載荷大小即是下游輸送機的來煤量大小。如果電控主機監(jiān)測到本條輸送機負荷大于1/2額定運量或者上游輸送機機頭段煤流大于1/2額定煤量，控制變頻器輸出頻率及功率，使輸送機處于額定速度運行。如果電控主機監(jiān)測到本條輸送機負荷小于1/2額定運量并且上游輸送機機頭段煤流小于1/2額定煤量，控制變頻器輸出頻率及功率，使輸送機處于低速（1/2額定運行速度）運行，達到節(jié)能效果。如果電控主機監(jiān)測到本條輸送機空載運行，并且上游輸送機連續(xù)空載段運行時間大于電機熱啟動要求間隔時間（防止電機頻繁啟動導致電機故障），膠帶輸送機停車。如果輸送機正處于低速節(jié)能運行狀態(tài)，電控主機監(jiān)測到上游輸送機機頭段煤流大于1/2額定煤量，則及時控制變頻器輸出頻率及功率，提高輸送機運轉(zhuǎn)速度，防止來煤未及時運輸導致發(fā)生堆煤事故。

4 結(jié)語

當前國家正在實施節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策，對有關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的節(jié)能減排提出了明確的任務和要求，側(cè)重于重點行業(yè)和重點領(lǐng)域節(jié)能減排措施的細化和目標的量化。隨著煤炭生產(chǎn)企業(yè)效益的下滑，提高生產(chǎn)效率，降低噸煤生產(chǎn)成本，增強競爭能力，是煤炭企業(yè)的必然選擇。

[1]王金華.中國煤礦現(xiàn)代化開采技術(shù)裝備現(xiàn)狀及其展望[J].煤炭科學技術(shù)，2011(1):1-5.

[2]孫繼平.煤礦自動化與信息化技術(shù)回顧與展望[J].工礦自動化,2010(6):26-30.

[3]武興華.礦用帶式輸送機電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機械,2011(12):1-3.

[4]蔣衛(wèi)良,韓東勁.我國煤礦帶式輸送機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機電,2008(1):1-6.

天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新項目（編號KJ-2015-CZGF-01）。

賈文琪，大學本科，現(xiàn)供職于天地（常州）自動化股份有限公司，從事產(chǎn)品設計研發(fā)工作。