崔志鵬

(山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032303)

帶式輸送機(jī)是礦井常用運(yùn)輸設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、運(yùn)輸距離長以及運(yùn)量大等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。近些年來，隨著礦井綜采、綜掘技術(shù)的不斷發(fā)展，井下煤炭產(chǎn)量、生產(chǎn)效率等大幅提升，對帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求[3]。為提升帶式輸送機(jī)的工作效率，避免輸送機(jī)出現(xiàn)打滑、膠帶跑偏等故障，一般在大型帶式輸送機(jī)上均配備有張緊裝置[4-5]。由于帶式輸送機(jī)膠帶張緊力呈時(shí)變性以及非線性的特點(diǎn)，張緊裝置應(yīng)根據(jù)輸送膠帶張緊力的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整[6]。因此，文章提出一種帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可依據(jù)膠帶受力變化自動(dòng)調(diào)整張緊力，從而達(dá)到提升帶式輸送機(jī)工作效率、可靠性的目的。

1 張緊力自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用

1) 確保帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶分離點(diǎn)位置膠帶有足夠張緊力，避免膠帶在分離點(diǎn)處的張緊力過小引起打滑。

2) 確保膠帶在兩鄰近托輥間有足夠的張緊力，避免膠帶在物料重力作用下出現(xiàn)過度松弛或者懸垂量過大，導(dǎo)致膠帶上物料拋灑；同時(shí)給膠帶足夠的張緊力也可降低托輥對膠帶的磨損。

3) 通過調(diào)整作用到膠帶上的張緊力可及時(shí)補(bǔ)償載荷變化引起的膠帶延長變形或者對膠帶長時(shí)間使用引起的蠕變進(jìn)行補(bǔ)償。

4) 在帶式輸送機(jī)啟停過程中，在慣性影響下膠帶會受沖擊載荷影響，通過調(diào)整張緊力可削弱沖擊載荷影響。

5) 張緊力調(diào)節(jié)裝置可為膠帶接頭操作提供一定的行程。

2 張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，組成部分包括支架、滾筒、繩輪組、鋼絲繩以及永磁變頻同步電機(jī)等。永磁變頻同步電機(jī)是張緊系統(tǒng)動(dòng)力源以及核心部件，電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響張力控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及精度。電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括隔爆操作箱、變頻調(diào)速控制器以及張力傳感器等，用來對帶式輸送機(jī)運(yùn)行各階段的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并控制張緊系統(tǒng)正常運(yùn)行。

圖1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)張緊力控制分析

帶式輸送機(jī)在不同的工作階段對膠帶張緊力有不同的要求，根據(jù)帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)的差異可將張緊力運(yùn)行控制分為3個(gè)階段：

1) 啟動(dòng)階段。此階段處于帶式輸送機(jī)啟動(dòng)初期，張緊力控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號確保張緊裝置提供的張緊力稍微大于正常張緊力，避免在啟動(dòng)初期出現(xiàn)膠帶打滑、跑偏等故障。一般情況下，為正常張緊力的1.4～1.8倍。

2) 啟動(dòng)至正常運(yùn)行階段。此階段張緊裝置提供的張緊力逐漸向正常張緊力過渡，待帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的速度后，張緊裝置提供的張緊力降低至正常張緊力。

3) 正常運(yùn)行階段。此階段張力控制系統(tǒng)維持帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，為正常張緊力，當(dāng)膠帶受到的張緊力偏小時(shí)，控制系統(tǒng)動(dòng)作使膠帶張緊力提升至正常值。

帶式輸送機(jī)在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工況下對張緊力的要求有差異，運(yùn)行工況與張緊力設(shè)定值對應(yīng)關(guān)系見圖2。

圖2 帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況與張緊力設(shè)定值對應(yīng)關(guān)系

張緊裝置中永磁同步電機(jī)采用矢量控制系統(tǒng)控制運(yùn)行，矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般為內(nèi)、外環(huán)聯(lián)級結(jié)構(gòu)。通過布置的傳感器監(jiān)測永磁電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過分析實(shí)際轉(zhuǎn)速、期望轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速差；通過模糊PID控制器得到期望轉(zhuǎn)速對應(yīng)的期望電流iqref；得到三相電源相對應(yīng)的電流(ia、ib、ic)，并經(jīng)過Clarke、Park變化，得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)體系下對應(yīng)的電流值id、iq；將其與期望電流iqref進(jìn)行比較，其中電流差值為iqref，確保iqref=0，計(jì)算得到永磁同步電機(jī)精準(zhǔn)控制量；后經(jīng)過逆變轉(zhuǎn)換、SVPWM調(diào)節(jié)等，得到控制量，從而實(shí)現(xiàn)張力自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4 自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)應(yīng)用模擬分析

采用MatLab軟件對傳統(tǒng)液壓張緊裝置以及文中所述自動(dòng)張緊控制方式下帶式輸送機(jī)啟動(dòng)期間膠帶張緊力的變化進(jìn)行分析。帶式輸送機(jī)初期啟動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為140 s，具體模擬仿真結(jié)果見圖3。從圖中看出，自動(dòng)張緊控制方式下，張緊力會先下降，后經(jīng)0.5 s后逐漸增加，張緊力增加時(shí)間相對于傳統(tǒng)的液壓張緊裝置提前約1.98 s；帶式輸送機(jī)啟動(dòng)12 s后膠帶張緊力達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，耗時(shí)相對于液壓張緊裝置提前約13 s；自動(dòng)張緊控制方式張緊力最大超調(diào)量為0.51 kN，較液壓張緊裝置的0.96 kN減少約0.45 kN。

圖3 帶式輸送機(jī)初期啟動(dòng)模擬仿真結(jié)果

待帶式輸送機(jī)啟動(dòng)140 s后進(jìn)入到正常運(yùn)行階段，自動(dòng)張緊控制方式及時(shí)動(dòng)作可將張緊力快速降至正常張緊力，整個(gè)過程耗時(shí)控制在5.4 s以內(nèi)，而液壓張緊裝置則需耗時(shí)約12.8 s。

從帶式輸送機(jī)初期啟動(dòng)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)張緊控制方式較傳統(tǒng)的液壓張緊裝置，調(diào)整響應(yīng)速度更快，張緊力變化曲線更為平滑、調(diào)節(jié)耗時(shí)更短。

5 結(jié) 語

為提高礦用帶式輸送機(jī)的運(yùn)行可靠性，文中提出一種基于永磁同步電機(jī)的帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)，并系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及控制方法等進(jìn)行了分析。

采用Matlab對比分析自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)、液壓張緊控制裝置在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)初期張緊力的調(diào)節(jié)情況，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)在張緊力調(diào)節(jié)響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度以及超調(diào)量等方面均有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，可滿足帶式輸送機(jī)張緊力調(diào)節(jié)控制的需要。