同煤集團 煤峪口礦 山西大同 037041

1 研究背景

2 煤礦運輸機工作原理

煤礦運輸機是由運輸皮帶繞經(jīng)主、副滾筒構(gòu)成的閉環(huán)閉帶機械裝置。煤礦運輸機上下運輸帶由托輥支撐,并由張緊裝置提供張緊力。煤礦運輸機在工作中,由電機通過滾筒傳導(dǎo)轉(zhuǎn)矩,進而持續(xù)運行。運輸帶既是牽引部件,又是承載部件。

3 傳統(tǒng)帶式煤礦運輸機存在的問題

傳統(tǒng)帶式煤礦運輸機結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)帶式煤礦運輸機在起動與運行過程中,對電網(wǎng)、電動機、減速器、皮帶等部件存在沖擊,這就造成電能的消耗量非常大,維護費用也非常大。傳統(tǒng)帶式煤礦運輸機存在的問題主要體現(xiàn)在四個方面。

(1) 運輸系統(tǒng)在設(shè)計時,一般按最大運量設(shè)計,減速器和電機的選型原則為等級靠大不靠小。由此,驅(qū)動電機一般有10%～50%裕量,加上運輸機經(jīng)常出現(xiàn)輕載、空載狀態(tài)運行,導(dǎo)致電機處于低效率工作狀態(tài),浪費電能。

圖1 帶式煤礦運輸機結(jié)構(gòu)

(2) 運輸機的運輸皮帶是一種彈性體,內(nèi)部積聚大量能量。運輸機起動時,能量迅速釋放,極易引起皮帶老化、斷裂。

(3) 運輸機為直接起動或降壓起動。在起動過程中,突然跳轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩容易給設(shè)備帶來沖擊損壞,而且起動方式與工況并不相適應(yīng)。

(4) 運輸機在空載、輕載和重載狀態(tài)下都處于高速運行,容易使設(shè)備產(chǎn)生不必要的磨損和電能消耗。

4 煤礦運輸機節(jié)能分析

我國500萬t/a高產(chǎn)高效礦井常用的運輸機有順槽可伸縮帶式運輸機和大巷與斜井固定帶式運輸機,其技術(shù)指標見表1。

表1 常用煤礦運輸機技術(shù)指標

煤礦運輸機將摩擦力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動力。煤礦運輸機的摩擦阻力主要有基本阻力、附加阻力和傾斜阻力三種形式。煤礦運輸機的運輸速度越快,所需要克服的阻力就越大,電機的能耗也就越大。可見,降低運輸速度,可以顯著節(jié)約能源。但是,運輸速度降低后,運輸能力也會相應(yīng)降低,進而制約生產(chǎn)效率。而另一方面,為了確保運輸量,需要增大運輸煤料的密度,這樣會使運輸帶的張緊力增大。

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，有些教師認為學(xué)生自身對語文學(xué)習(xí)沒有明確的定位，而且缺乏主動學(xué)習(xí)的能力，從而忽略了學(xué)生在課堂中本應(yīng)有的主體地位，使得學(xué)生在課堂上處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)。在填鴨式的教學(xué)模式下，學(xué)生的想法很難實現(xiàn)，單調(diào)呆板的教學(xué)方法導(dǎo)致課堂效率低下，不利于達到教學(xué)目標。這就要求教師在課堂對話中轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，在對話中不斷加強學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生大膽主動地說出自己真實的想法，師生和學(xué)生之間建立的良好互動關(guān)系是教師采取針對性教學(xué)和完善教學(xué)策略的重要前提。

由以上分析可見,為了保證生產(chǎn)效率,并在安全生產(chǎn)范圍內(nèi)充分滿足生產(chǎn)需求,需要對煤礦運輸機的速度進行調(diào)控,使速度與運輸量相適應(yīng),進而在最少能耗的前提下實現(xiàn)最大的運輸量,并產(chǎn)生最高的生產(chǎn)效益,同時減少皮帶磨損。

5 煤礦運輸機節(jié)能技術(shù)

5.1 節(jié)能控制系統(tǒng)

通過應(yīng)用節(jié)能控制系統(tǒng),對煤礦運輸機進行節(jié)能改造。在煤倉安裝料位計,對煤礦運輸量進行監(jiān)測。將監(jiān)測的數(shù)據(jù)反饋至節(jié)能調(diào)控裝置,并進行分析。當運輸量未達到所預(yù)設(shè)的運輸量時,通過調(diào)控給煤開關(guān),增大給煤量,使運輸量達到預(yù)設(shè)值,從而減少電能的消耗浪費。煤礦運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 煤礦運輸機節(jié)能控制系統(tǒng)工作原理

5.2 變頻器

變頻調(diào)速是一種電源頻率調(diào)控技術(shù),可以通過循環(huán)軟起動方式實現(xiàn),進而降低電動機的功率因數(shù)和負載能力,達到平滑調(diào)節(jié)電動機運行速度的目的。變頻調(diào)速具有控制精度高、可靠性強、維護工作量少及調(diào)速范圍廣等優(yōu)點,能顯著節(jié)約能源。

變頻器的工作原理是將50 Hz工頻電源通過整流器轉(zhuǎn)換為相對穩(wěn)定的直流電,然后利用由半導(dǎo)體器件組成的三相逆變器,將直流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的交流電,應(yīng)用微處理器使輸出的波形近似成為正弦波,從而驅(qū)動異步電動機,實現(xiàn)無級變速。變頻器工作原理如圖3所示。

圖3 變頻器工作原理

筆者在設(shè)計中采用四象限變頻器絕緣柵雙極晶體管功能模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動,不僅可以調(diào)整功率因數(shù),而且可以消除電網(wǎng)的諧波污染,并使電機發(fā)電運行狀態(tài)產(chǎn)生的能量反饋至電網(wǎng)中,實現(xiàn)節(jié)能。在設(shè)計中,四象限變頻器由控制電路、整流電路、逆變電路及直流中間電路組成,整流電路由三相全波整流橋組成。

5.3 可編程序控制器

可編程序控制器是一種由半導(dǎo)體電路實現(xiàn)電路開關(guān)動作的固態(tài)電子設(shè)備,目前已經(jīng)模塊化和系列化?？删幊绦蚩刂破飨到y(tǒng)主要由信號采集系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成,通過這兩個系統(tǒng),可以實現(xiàn)對設(shè)備運行的調(diào)控。筆者在設(shè)計中需要滿足控制輸出點和輸入點的數(shù)量要求,因此選用西門子S7-300可編程序控制器。

S7-300可編程序控制器的硬件部分包括電源、中央處理器、信號處理模塊、通信模塊,以及用于計數(shù)和定位等的特殊功能模塊。S7-300可編程序控制器能夠快速分析、處理數(shù)據(jù),還具有自動傳輸數(shù)據(jù)、故障診斷、自動保護等多種功能。

5.4 煤倉料位計

目前,煤倉料位計的類型主要有超聲料位計、激光料位計和雷達料位計。超聲料位計利用回聲測量的方法對煤倉中物料的具體位置進行判定。激光料位計內(nèi)置激光瞄準器和高分辨率計時裝置,屬于非接觸式測量設(shè)備。雷達料位計利用電磁波的特殊性能對煤倉內(nèi)的物料進行檢測,是目前最新型的料位計。

筆者在設(shè)計中選用LR260雷達料位計,對煤倉內(nèi)部的煤量進行有效測量。這一型號雷達料位計利用發(fā)射、反射、接收的工作方式,有效實現(xiàn)對包括顆粒粉末在內(nèi)的各種物料進行測量,從而保證煤倉物料儲存量的精準測量。LR260雷達料位計采用可尋址傳感器高速通道開放通信協(xié)議,通過儀表檢測及回波曲線調(diào)整參數(shù),實現(xiàn)反饋控制。

對煤倉料位計設(shè)置鐵質(zhì)保護盒,減少灰塵對煤倉料位計的影響,同時防止煤倉料位計損壞。對煤倉料位計定期進行標定和清潔,并做好日常檢修維護工作。

5.5 皮帶秤

皮帶秤的設(shè)計是保證煤礦運輸機節(jié)能運行的一個重要環(huán)節(jié),主要用于測量煤礦運輸機的負載,確保煤礦運輸機運輸帶所承載的煤料處于安全載荷范圍內(nèi)。目前,皮帶秤主要有電子秤和核子秤兩種。筆者在設(shè)計中選用ICS電子皮帶秤,其結(jié)構(gòu)簡單,稱量精準度高,操作容易,維護方便。

6 煤礦運輸機結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展方向

(1) 選擇合適的運輸帶。選擇合適的運輸帶,可以減小帶面壓陷阻力和自身重力產(chǎn)生的阻力,而且可以提高運輸帶速度,減少能耗。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件下,可以通過減小滾動摩擦力或減小承載質(zhì)量,來減小煤礦運輸機的水平阻力。此外,一些煤礦運輸機將運輸帶更換為芳綸帶面,也可以達到節(jié)能、減排、降耗的目的。

(2) 增加煤礦運輸機功能,研發(fā)多功能煤礦運輸機。設(shè)計新型多功能煤礦運輸機,集運人、運料、運物于一體,同時減少資源浪費與能源消耗。

(3) 研發(fā)智能化與人性化煤礦運輸機。在煤礦運輸機中應(yīng)用智能控制技術(shù),構(gòu)建分布式控制串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)高效的系統(tǒng)化、現(xiàn)代化、智能化煤礦運輸系統(tǒng)。

(4) 提高零部件的性能與可靠性,進行標準化、精細化設(shè)計。

7 結(jié)束語

筆者分析了傳統(tǒng)帶式煤礦運輸機存在的問題,并對煤礦運輸機的節(jié)能技術(shù)進行了分析與應(yīng)用。節(jié)能改造后的煤礦運輸機,在確保井下高質(zhì)量運輸?shù)那疤嵯?節(jié)約了能耗,為煤礦實現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟效益提供了保障。