張敏敏

（晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司鳳凰山礦通風(fēng)區(qū)， 山西 晉城 048000）

引言

隨著煤礦井下綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提升，綜采作業(yè)效率迅速增加，為了滿足日益增長(zhǎng)的綜采效率的需求，各種類(lèi)型的大運(yùn)量、高帶速、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)被不斷投入應(yīng)用。由于在長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中物料分布不均、落料沖擊等對(duì)黏彈性體的輸送帶的影響，導(dǎo)致各驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)功率不均衡現(xiàn)象，使部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期處于高負(fù)載工況[1]，不僅導(dǎo)致輸送過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)輸送帶的受力不均而出現(xiàn)的縱向振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)嚴(yán)重影響了帶式輸送機(jī)的使用壽命，給煤礦的物料運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性造成了極大的影響。因此為了提升帶式輸送運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和使用壽命，本文在對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)工作特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上提出了一種新的基于轉(zhuǎn)矩平衡的帶式輸送機(jī)均衡驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)帶式輸送機(jī)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率進(jìn)行跟蹤并采用閉環(huán)控制，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證表明該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性，能夠有效降低輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各電機(jī)的不均衡性，極大地提升了輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 轉(zhuǎn)矩平衡原理及控制方案

在帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間是通過(guò)各個(gè)電機(jī)的工作負(fù)載關(guān)系進(jìn)行耦合控制的，用于確保各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，而各個(gè)電機(jī)的實(shí)際工作負(fù)載則直接表現(xiàn)為各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的輸出功率的控制，其實(shí)際工作原理即為通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載工作轉(zhuǎn)矩的監(jiān)控來(lái)對(duì)輸送帶的負(fù)載進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)作用在各電機(jī)上的負(fù)載的平衡性[2]。

為了有效地將轉(zhuǎn)矩平衡原理用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的有效控制，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)電機(jī)有效跟隨主控電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩對(duì)自身工作輸出轉(zhuǎn)矩的靈活調(diào)整，本文根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主動(dòng)和從動(dòng)動(dòng)態(tài)控制原理，建立了基于轉(zhuǎn)矩平衡的電機(jī)工作平衡控制回路。在該控制回路中共有2 臺(tái)控制電機(jī)，一臺(tái)為主動(dòng)電機(jī)另一臺(tái)為從動(dòng)電機(jī)，輸送機(jī)工作時(shí)首先由主動(dòng)電機(jī)根據(jù)輸送機(jī)的控制要求對(duì)整個(gè)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變頻調(diào)節(jié)控制，在該階段，主動(dòng)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號(hào)為速度監(jiān)控調(diào)節(jié)器的速度監(jiān)控值，然后由轉(zhuǎn)矩平衡控制[3]系統(tǒng)計(jì)算出兩個(gè)電機(jī)之間的負(fù)載比例系數(shù)，根據(jù)系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)電機(jī)工作速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而滿足在整個(gè)工作過(guò)程中輸送機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)所輸出負(fù)載的一致性，該控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于轉(zhuǎn)矩平衡的均衡驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 均衡驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真分析

根據(jù)該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，利用仿真分析軟件建立該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真分析模型[4]，對(duì)帶式輸送機(jī)在不同工況下的均衡驅(qū)動(dòng)控制效果進(jìn)行仿真分析。輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的主從電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化情況分別如下頁(yè)圖2、圖3 所示。

圖2 輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)主動(dòng)電機(jī)和從動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線

圖3 輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)主動(dòng)電機(jī)和從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化曲線

由下頁(yè)圖2 可知，當(dāng)帶式輸送機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，其設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速為120 rad/s，啟動(dòng)后主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速按照線性速度變化曲線，在2 s 內(nèi)從0 上升到120 rad/s。在轉(zhuǎn)矩平衡控制系統(tǒng)的作用下，從動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線沿著主動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線波動(dòng)，其波動(dòng)量在0.8%以內(nèi)，整個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出了較高的均衡性和穩(wěn)定性，未出現(xiàn)速度突變情況，有利于提升帶式輸送機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性。

由圖3 可知，隨著帶式輸送機(jī)的逐漸啟動(dòng)，輸送機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸增加，當(dāng)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸下降到62 N·m，隨著輸送機(jī)上物料其輸出轉(zhuǎn)矩不斷變化，在4.5 s 時(shí)達(dá)到120 N·m，在整個(gè)變化過(guò)程中從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩均稍微滯后于主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化情況，這主要時(shí)由于從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需要根據(jù)主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，從傳真分析結(jié)果可知，從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化能夠緊跟主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化情況，從動(dòng)穩(wěn)定性極高，表明了該基于轉(zhuǎn)矩平衡的帶式輸送機(jī)均衡控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)的有效性。

3 結(jié)論

1）轉(zhuǎn)矩平衡工作原理即為通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載工作轉(zhuǎn)矩的監(jiān)控來(lái)對(duì)輸送帶的負(fù)載進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)作用在各電機(jī)上的負(fù)載的平衡性；

2）在轉(zhuǎn)矩平衡控制系統(tǒng)的作用下，從動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線沿著主動(dòng)電機(jī)的速度變化曲線波動(dòng)，其波動(dòng)量在0.8%以內(nèi)，整個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出了較高的均衡性和穩(wěn)定性；

3）從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化能夠緊跟主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化情況，從動(dòng)穩(wěn)定性極高，表明了該基于轉(zhuǎn)矩平衡的帶式輸送機(jī)均衡控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)的有效性。