馮博旭

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司四臺(tái)礦，山西 大同 037000）

引言

作為煤礦井下物料運(yùn)輸?shù)暮诵?，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性直接決定了物料運(yùn)輸?shù)陌踩?，隨著輸送機(jī)不斷向著長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量方向發(fā)展，輸送帶的黏彈性特性對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響越發(fā)的突出，因此在輸送機(jī)系統(tǒng)中均設(shè)置有張緊裝置，通過(guò)對(duì)輸送帶有效工作長(zhǎng)度的調(diào)整來(lái)確保輸送帶在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)打滑、跑偏等異常。但由于目前多數(shù)張緊裝置采用了液壓控制，雖然制動(dòng)力大但反應(yīng)速度慢、可靠性差，對(duì)輸送帶張緊力的調(diào)節(jié)偏差大，無(wú)法滿足輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。

針對(duì)目前帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的現(xiàn)狀和實(shí)際需求，本文提出一種新的輸送機(jī)智能張緊系統(tǒng)，采用永磁電機(jī)和變頻器為核心構(gòu)架，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)張力變化的快速響應(yīng)，解決傳統(tǒng)液壓張緊系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)精度差的難題。

1 張緊裝置控制系統(tǒng)

根據(jù)分析，新的輸送機(jī)張緊裝置控制系統(tǒng)包括了監(jiān)測(cè)單元、張緊絞車、控制中心等，該智能張緊控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)裝置主要是設(shè)置在輸送帶上的張力傳感器和設(shè)置在機(jī)架上的懸垂度傳感器，張力傳感器用于監(jiān)測(cè)輸送帶運(yùn)行時(shí)的張力，懸垂度傳感器用于監(jiān)測(cè)運(yùn)行過(guò)程中輸送帶的懸垂度，通過(guò)雙重判斷邏輯確保對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)判斷的精確性，避免運(yùn)行時(shí)帶速波動(dòng)而產(chǎn)生誤判情況[2]。張緊裝置則保護(hù)了永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)確保張緊裝置的電能供應(yīng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)用于確保張緊裝置收到調(diào)節(jié)控制信號(hào)后快速進(jìn)行輸送帶張力調(diào)節(jié)，控制中心則是整個(gè)智能張緊系統(tǒng)的核心，用于接收監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)判斷輸送帶的狀態(tài)，根據(jù)判斷結(jié)果向張緊裝置發(fā)出調(diào)整信號(hào)，保證輸送機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。冷卻系統(tǒng)則是在絞車處設(shè)置有冷卻管路，通過(guò)循環(huán)冷卻液的方式對(duì)工作后的絞車進(jìn)行降溫，滿足持續(xù)調(diào)整的需求。

圖1 輸送機(jī)智能張緊裝置控制系統(tǒng)

根據(jù)輸送機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況，設(shè)置輸送機(jī)在啟動(dòng)時(shí)機(jī)頭位置的張力應(yīng)為穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)張力的1.5倍，停機(jī)制動(dòng)時(shí)的張力則應(yīng)為穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的0.8倍，在輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其張力的變化范圍應(yīng)為設(shè)定值的0.9～1.1倍，以此為基礎(chǔ)設(shè)置控制系統(tǒng)在不同階段張緊裝置的控制邏輯，在不同階段超過(guò)控制范圍后系統(tǒng)將控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)輸送帶的張力進(jìn)行調(diào)整，若輸送帶的張力忽然變?yōu)?，則說(shuō)明輸送帶斷帶，則張緊裝置立刻停止工作。

2 張緊裝置工作原理

傳統(tǒng)液壓控制方案的不足主要在于反應(yīng)速度慢、調(diào)控精度差，無(wú)法對(duì)輸送帶張力的變化進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，因此本文提出采用永磁同步電機(jī)帶動(dòng)絞車進(jìn)行快速調(diào)整的方案，優(yōu)化后的張緊裝置結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示[3]。

圖2 新型輸送機(jī)張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2可知，該新型張緊裝置中，張緊小車設(shè)置在固定的滑動(dòng)軌道上，電動(dòng)絞車的傳動(dòng)軸兩側(cè)分別通過(guò)聯(lián)軸器和永磁同步電機(jī)、電磁制動(dòng)裝置相連接，永磁電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)絞車的運(yùn)行，電磁制動(dòng)裝置則處于常開(kāi)狀態(tài)[4]，當(dāng)輸送帶張力過(guò)大時(shí)系統(tǒng)及時(shí)對(duì)絞車進(jìn)行制動(dòng)，防止輸送帶的張力過(guò)大，影響運(yùn)行穩(wěn)定性。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)輸送帶的張緊力和懸垂度，經(jīng)過(guò)濾波分析后確定輸送帶的狀態(tài)，然后輸出控制調(diào)節(jié)信號(hào)，控制變頻器輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速的靈活控制。

3 應(yīng)用情況分析

為了對(duì)該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行研究，以井下帶式輸送機(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)張緊裝置進(jìn)行改造，然后對(duì)優(yōu)化前后的實(shí)際張緊控制情況進(jìn)行分析。輸送帶系統(tǒng)的全長(zhǎng)為3 200 m，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均帶速為4 m/s，輸送帶的寬度為1 800 mm，額定運(yùn)輸量為3 400 t/h，所用的輸送帶的彈性模量為15 000 N/mm2，抗拉強(qiáng)度為1 900 N/mm2，輸送機(jī)采用了自移式機(jī)尾，實(shí)際對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后張緊特性對(duì)比

由實(shí)際對(duì)比結(jié)果可知，優(yōu)化后張緊張力達(dá)到指定要求的時(shí)間約為0.12 s，比優(yōu)化前的0.3 s降低了約60%，在調(diào)整過(guò)程中和理論調(diào)整值的偏差量約為0.4 kN，比優(yōu)化前的1.5 kN降低了約73.3%，同時(shí)通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后輸送帶因張力調(diào)整不及時(shí)導(dǎo)致的故障數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，優(yōu)化后的輸送帶打滑、跑偏事故率比優(yōu)化前降低了92.7%，由此可知，優(yōu)化后極大地提升了輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)論

1）新的輸送機(jī)張緊裝置控制系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)單元、張緊絞車、控制中心等，能夠滿足輸送機(jī)在不同運(yùn)行狀態(tài)下精確調(diào)整的需求；

2）永磁同步電機(jī)帶動(dòng)絞車進(jìn)行快速調(diào)整的方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)行狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)，可滿足快速調(diào)整輸送帶張力的需求；

3）新控制系統(tǒng)能夠?qū)埦o裝置的反應(yīng)時(shí)間降低約60%，將張力調(diào)整的精確性提升73.3%，將輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中因張力調(diào)整不及時(shí)導(dǎo)致的打滑、跑偏事故率降低了92.7%，對(duì)提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。