蘇 偉

（潞安集團漳村煤礦，山西長治 046032）

0 引言

當前，中國變頻技術的應用市場較為廣闊，具有良好的發(fā)展前景。煤礦開采作為中國的傳統(tǒng)行業(yè)，其井下生產使用的儀器設備中也應用了變頻器。井下作業(yè)常用的皮帶運輸機，將原先傳輸速率差的液壓連軸轉動結構逐漸更換成可電機驅動，這個操作優(yōu)化了系統(tǒng)開啟時電流值過大的弊端，主要是因為系統(tǒng)的正常運行離不開多個電機的共同作用，電機之間相互作用的功率波動較大，影響系統(tǒng)的正常開啟。改善當前驅動不足的方法是選擇適當的變頻器對電機的驅動力進行控制，應用變頻器之后的皮帶運輸機能夠穩(wěn)定系統(tǒng)，不僅能避免系統(tǒng)開啟時電流過大的現(xiàn)象發(fā)生，也能避免開啟時沖擊力過大，造成機械損傷[1]。變頻器還能夠控制系統(tǒng)開啟的時間，根據實際操作對時間進行調整，合理優(yōu)化了系統(tǒng)的運行方案。

1 膠帶輸送機運輸設備選型依據

（1）根據漳村煤礦企業(yè)膠帶輸送設備型號信息決定原料，原料密度ρ=900 kg/m3，傾斜角度范圍為0°～12°，運輸距離L=540 m，上升高度H=20 m，運輸速率Q=900 t/h，帶式輸送機的工作體制為330 d/a，18 h/d。膠帶輸送設備預定參數型號信息是帶寬B=1 000 mm，輸送帶速度v=3.15 m/s。膠帶輸送機運送量為：

式中：S為輸送帶承載物料量的接觸面積；k為傾斜輸送機體積折算系數。

（2）依據中國當前設備的技術條件以及煤礦企業(yè)井下作業(yè)實況，研究出決定膠帶大巷輸送設備電動機作業(yè)功率的參數要求：前后膠表面自帶摩擦因數、表面機器輥子螺旋質量、膠帶和滾筒兩者間的阻力系數、膠帶預備強度、滾筒左右包圍角度、帶式輸送機發(fā)動速度。根據式（2）和式（3）可以計算出膠帶大巷輸送機電動機發(fā)動功率為：

式中：FH為主控阻力；FN為附帶阻力；FS1為特殊主控阻力；FS2為特殊附帶阻力；FSt為傾斜阻力。

式中：PA為滾筒軸旋轉功率；Fu為滾筒左右驅動力；PM為電動機運行功率；η=0.85。

通過以上計算數據可方便同步電動機功率方面的挑選，在計算出逆止力矩后，對輸送帶運行阻力FH和原料上升阻力FS的大小進行分析，總結出逆止器是否需要安裝在設備上[2]。

（3）這種膠帶大巷輸送設備應用的滾筒電機全是單頭傳動。左右滾筒包圍角α=200°。FA為發(fā)動時傳動滾筒的圓周力度，假定F1和F2分別為滾筒傳動時輸送帶運行切入部位和切出部位的張力；F3和F4分別為膠帶大巷輸送設備底端滾筒傳動時輸送帶運行切入部位和切出部位的張力，按照以上參數信息計算分析輸送帶的張力大小。

膠帶在承載下垂度最大數值時輸送帶能夠承載的最小張力為：

式中：α0為皮帶機傾斜角度；qG為儀器表面裝在原料質量；qB為膠帶質量；(h/a)max為兩個托輥之間能夠承載膠帶的最大垂度值。

空白承載部位具備的最小張力為：

滾筒和上下膠帶在相接滑絲過程中，輸送帶張力在滾筒離中心點輸送帶不會滑絲時的張力最小值為：

式中：KA為設備開啟系數；μ為膠帶和前后傳動滾筒兩者間的阻力系數；α為輸送機運行時的傾斜角度。

前后傳動滾筒插入部位輸送帶的張力為：

底端滾筒和膠帶插入部位輸送帶的張力F3＞Skmin能夠達到空白承載部位膠帶垂度的要求，同時底端滾筒和膠帶離中心點輸送帶張力F4＞Szmin能夠達到承重部位膠帶垂度的比例。

輸送帶安全系數為：

2 軟驅動形式選擇

目前，國內和國外的相關研發(fā)團隊針對皮帶運輸機的驅動系統(tǒng)如何實現(xiàn)穩(wěn)定開啟進行了多項研究，提出了新的改善方案，表明皮帶輸送機帶的承載力需要提升，安裝減緩系統(tǒng)開啟時的沖力，然后系統(tǒng)在多個驅動設備的帶動下，實現(xiàn)設備之間功率的穩(wěn)定性[3]?，F(xiàn)階段國內常見的驅動設備有以下幾種。

（1）速度可控性液力耦合器。運行規(guī)則是系統(tǒng)遠控勺管的部位，通過調整液體流速和體積比例，進而改善輸送機運行速度以及皮帶運行效率。同時應用到實際工作中來觀測皮帶運輸設備每個部位的承載電流值，根據電流實際數值發(fā)送到遠控系統(tǒng)中，然后利用遠控系統(tǒng)核查勺管所處部位，實現(xiàn)調節(jié)每個部位電機功率之間的均衡。按照過去的工作經驗，發(fā)現(xiàn)這種措施的效率不佳，電功率的消耗也較高，相同設備中耦合器大小不一，利用液體實際流通體積分配皮帶運行的速率，且分配時間較多，運行時間消耗也較多，不利于對系統(tǒng)的調控。

（2）限矩型液力耦合器。存在的不足是開啟時特質不突出，系統(tǒng)運行時無法按照特性進行確切地調控。之前的應用經驗反應了其優(yōu)缺點，主要設備功能和速度可控性液力耦合器一致，但不同點是這種耦合器的體格比其他液體耦合器小很多，易于搬運，且使用的類型也更為廣泛。更重要的是這種耦合器極其適用于中國的煤礦生產。綜上所述，目前常用的皮帶輸送機設備中安裝限矩型液力耦合器后，即使系統(tǒng)開啟所需時間較久，特質不突出，但根據過去經驗，這種耦合器的基本性能較好，能夠滿足煤礦巷道皮帶輸送設備的運行條件[4]。

（3）液體黏性軟開啟裝備。運行規(guī)則是裝備中液體具有一定的黏性，能夠阻止液體中油膜的傳輸，傳輸時所用的力為剪切力，這種力能夠實現(xiàn)設備之間扭矩的運輸，因此該裝備設計新穎、特點突出、應用范圍更廣。其工作原理是利用液體中油壓的變動實現(xiàn)油膜表面積的增減，同時油膜傳輸的剪切力、扭矩運輸的力度和設備的運行速率發(fā)生變化，最終完成皮帶運輸機運輸速率的控制[5]。

（4）變頻速控驅動設備。目前應用的交流變頻速控驅動設備在系統(tǒng)開啟時的可控性較好，所需時間較短，且時間可根據實際需要進行調節(jié)，一般在1～3 600 s內均可。這種性能更便于系統(tǒng)的控制，且傳輸速率高，速度雖小但能夠完成系統(tǒng)的重啟和載重，適用于大型煤礦的開采，而且能夠很好地均衡每個電機的運行功率，降低內部消耗，大幅度提升了作業(yè)效率，實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠控[6]。

比較以上驅動的類型，適當的變頻速控系統(tǒng)能夠完成系統(tǒng)之間的速率和電機轉矩均衡性，也能夠隨意切換調頻和調速，實現(xiàn)了能量的節(jié)約，有利于發(fā)動機的應用年限。這些作用是液壓連軸器和電動軟開啟設備所缺失的，憑借單個或多個數字，就能隨意控制逆變器在電機的供電功率，進行面對面的變頻調控，實現(xiàn)電機開啟和調控速度的優(yōu)化進程[7]。

變頻速控系統(tǒng)的優(yōu)點有以下幾點：一是降低了輸入損耗，節(jié)約了電源容納量，提高了輸出性能；二是實現(xiàn)系統(tǒng)中電機之間的同步運行功率均衡，調控形式簡單；三是可以設置多種頻率模式，實現(xiàn)AVR電壓可控調節(jié)性能、PID性能、限制流量性能、自我判斷性能以及短時間停電核查性能等多種性能，總結內外部因素和礦井自帶式輸送機的驅動功能，安裝礦用自帶式輸送設備相應的變頻速控設備[8]。

3 結束語

綜上所述，結合過去的經驗，皮帶輸送機進行自控的主要功能是輸送過程中反向開啟和暫停。在調控系統(tǒng)中安裝PLC，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程操作，設備和人工的有利結合更能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低人為誤差。將皮帶運輸機的變頻速控功能與煤礦開采監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)合起來，便于井上和井下作業(yè)人員隨時查看調控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，減少作業(yè)人員的人工資源，保證煤礦開采的安全性。