劉廣權(quán)

(同煤集團煤峪口煤礦，山西 大同 037003)

0 引言

帶式輸送機是一種廣泛應(yīng)用于煤炭、電廠等領(lǐng)域的連續(xù)輸送設(shè)備，具有運輸距離長、承載能力大等優(yōu)點。近些年，隨著煤礦企業(yè)規(guī)模的不斷加大，帶式輸送機也已成為了煤炭生產(chǎn)不可缺少的重要設(shè)備。從20世紀(jì)90年代起，我國就不斷學(xué)習(xí)國外技術(shù)，并經(jīng)過大量的科研，使我國帶式輸送機的發(fā)展有了較大的進步。

隨著功率的不斷增大，其能耗問題也越來越突出，據(jù)統(tǒng)計，我國電動機的總裝機容量已達到4萬億kW，年耗電量約占全國用電量的60%。但是，電動機的能量利用率卻不高。這是由于無論輕載還是重載情況，電動機都以恒定的速度運行，工作效率很低，能源浪費巨大，并且提高了企業(yè)的用電成本。因此，帶式輸送機的節(jié)能方法是值得關(guān)注的問題。

1 帶式輸送機優(yōu)點及節(jié)能運行

1.1 帶式輸送機優(yōu)點

帶式輸送機是一種連續(xù)輸送機械，其工作原理是以輸送帶和托輥為支承，通過輸送帶自身的牽引和傳動滾筒與輸送帶摩擦產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而傳遞圓周牽引力，以此完成物料的中、遠(yuǎn)距離運輸。與傳統(tǒng)運輸方式相比，帶式輸送機具有以下幾個優(yōu)點。

運行成本低：帶式輸送機的運行是以電能為動力，相對來講價格比較穩(wěn)定，受市場影響較小。除此之外，帶式輸送機的一個特點是自身重量比運輸重量小，這就從另一個層面降低了運營的成本。因此，帶式輸送機與傳統(tǒng)運輸方式相比，成本較低。

輸送效率高：作為結(jié)構(gòu)獨特的連續(xù)輸送機械，帶式輸送機能夠很好地完成長距離、高負(fù)載運輸。而且，帶式輸送機能夠進行晝夜不停的連續(xù)工作，因此具有很高的輸送效率。

布置方便、適應(yīng)能力強：帶式輸送機能夠在不同的地形條件下使用，可以根據(jù)煤炭生產(chǎn)的需要而靈活地進行水平或傾斜布置，也可以進行弧形布置，這是其他運輸方式不能實現(xiàn)的。因此，帶式輸送機適應(yīng)能力非常強。

運行可靠平穩(wěn)：和其他運輸方式相比，帶式輸送機的故障率較低，能長時間穩(wěn)定運行，具有較高的可靠性。

環(huán)保性較高：帶式輸送機在相同負(fù)荷運行時，比刮板輸送機節(jié)省約3/4的電量，節(jié)約了電能。同時，帶式輸送機在運行過程中粉塵污染較小。因此，其環(huán)保性能較高。

1.2 帶式輸送機節(jié)能運行

采煤過程中，受客觀技術(shù)條件和地質(zhì)條件的影響，煤炭產(chǎn)量是不斷變化的，煤倉中的煤量也不是一個恒定不變的數(shù)值。這就導(dǎo)致帶式輸送機在運行過程中，也存在運輸量的波動變化。但是，目前我國帶式輸送機一般是工頻下，以固定速度運行。這樣一來，其運行過程中存在2個問題：①帶式輸送機工作過程中不可能一直保持滿載運行，還有輕載和空載狀態(tài)，固定速度運行降低了電動機效率，功率因數(shù)較低，產(chǎn)生了大量的浪費；②固定速度使得機械和輸送帶之間的摩擦系數(shù)較高，造成了能量的浪費。

因此，為了提高帶式輸送機的運行效率，降低電能的損耗，就需要對帶式輸送機的運行方式進行調(diào)節(jié)，即根據(jù)不同的載量采用不同的帶速。通過調(diào)節(jié)速度，達到節(jié)約電能，延長設(shè)備使用壽命的目的。

2 帶式輸送機節(jié)能定量分析

2.1 定量分析

在帶式輸送機的運行過程中，傳統(tǒng)的運行方式是恒速運行，沒有考慮輸送機負(fù)載的情況，所以導(dǎo)致能耗加大。所以，要控制其能耗，就要實時、動態(tài)地考慮帶式輸送機的負(fù)荷量，并以此調(diào)整運行速度。

為了保證進行的變頻調(diào)速節(jié)能分析的結(jié)果具有普遍性、有效性和全面性，所以把電能指標(biāo)作為評價的標(biāo)準(zhǔn)

(1)

式中：EA—電能；PM—功率；Q—負(fù)載；L—輸送距離。

從式(1)可以看出，EA的值越小說明帶式輸送機的節(jié)能效果越好。當(dāng)輸送帶距離一定時，EA的大小則與功率PM和負(fù)載情況有關(guān)，而功率的大小則與帶速有關(guān)。通過查閱相關(guān)資料，可知帶式輸送機在滿載和半載情況下，帶速與功率之間的關(guān)系見表1。

表1 滿載與半載情況下帶式輸送機帶速與功率的關(guān)系

從表1中可以看出，當(dāng)帶式輸送機滿載與半載時如果采取同樣的運行速度，那么能耗會增加10%左右；而如果負(fù)載減少一半，速度同樣可以減少一半左右的話，那么能耗將減少5%左右。

雖然降低運行速度能夠有效節(jié)能，但是調(diào)速也不能無限制地進行。因為輸送帶運行速度越低，對其寬度、強度和質(zhì)量的要求就越高，所以必須設(shè)置帶式輸送機的最低運行速度。

因此，帶式輸送機的調(diào)速節(jié)能方案運行時要注意2個方面：首先就是控制器必須設(shè)定最低速度，以保證連續(xù)運行；其次就是不能隨著運量的變化不斷調(diào)整速度的變化，而是應(yīng)當(dāng)對運量進行分段匹配速度。這是因為頻繁的調(diào)速會導(dǎo)致設(shè)備壽命的降低，而機械發(fā)熱，反而增加能耗。

2.2 節(jié)能設(shè)計

通過前面的分析可知，帶式輸送機降耗節(jié)能控制主要是通過合理的變頻調(diào)速來進行，那么可以通過PLC進行控制。其硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。控制流程為：當(dāng)帶式輸送機自檢并正常啟動后，利用稱重傳感器測量其實時運量，根據(jù)測量的運量Q匹配最佳的運行速度v。通過PLC的運算與輸出，將控制信號傳給變頻器，利用變頻器驅(qū)動電機達到調(diào)速的目的?？刂屏鞒虉D如圖2所示。

圖1 硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖

圖2 控制程序流程圖

3 結(jié)論

(1)通過對帶式輸送機的特點介紹，研究其工作過程中造成電能浪費的主要原因是帶式輸送機不是一直保持滿載運行，而運行速度卻不能根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)，使得運行效率低，電能消耗大。

(2)根據(jù)分析，通過變速可以使其電能節(jié)省5%左右。但是要注意最低速度和速度對運量的分段匹配。因此，設(shè)計了以西門子S7-300PLC為核心的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖和控制程序流程圖。