李桂香 李 建

（山東能源集團裝備制造（集團）有限公司新汶分公司，新泰 271219）

帶式運輸機不僅是煤礦井下的主要生產(chǎn)運輸工具，也是煤礦生產(chǎn)過程中的主要耗能工具。隨著國家節(jié)能減排政策的推廣，煤礦企業(yè)如何提高運輸機的效率、降低能量損耗成為迫切需要解決的問題，這對提升企業(yè)的綜合效益具有重大意義。

1 煤礦帶式運輸機概述

1.1 帶式運輸機的結(jié)構(gòu)

煤礦帶式運輸機主要由輸送帶、驅(qū)動裝置、張緊裝置、清掃裝置及托輥等部分組成。

第一，輸送帶。輸送帶不僅是帶式運輸機的牽引裝置，也是帶式運輸機最主要的承載設(shè)備，主要用于將物料吸入系統(tǒng)并進行輸送。輸送帶能夠保護芯材免受腐蝕和損壞，因此其必須具有足夠的強度。目前，輸送帶可分為普通輸送帶、鋼絲輸送帶和強力重型輸送帶3 種類型，應(yīng)根據(jù)運輸距離、運輸量等具體情況選擇不同類型的輸送帶。

第二，驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置是帶式運輸機運行的動力基礎(chǔ)，通常由電機、聯(lián)軸器、減速機和耦合器組成。煤礦帶式運輸機的驅(qū)動方式可分為直流電機、繞線轉(zhuǎn)子電機等，其主要部件是傳動滾筒，滾筒和輸送帶之間的摩擦力作為運行驅(qū)動力。傳動滾筒通常包括單滾筒和雙滾筒兩種，為適應(yīng)井下的不利條件，帶式運輸機多選用雙滾筒。

第三，張緊裝置。張緊裝置在帶式運輸機上的主要作用是控制和保證輸送帶的張緊，避免在物料及物品的運輸過程中發(fā)生打滑現(xiàn)象，從而有效保障并延長輸送帶的使用壽命，提高帶式運輸機的整體使用效率。

第四，清掃裝置。清掃裝置是帶式運輸機的一部分，主要包括在卸載滾筒后方設(shè)計的刮板或者在底部裝設(shè)的清掃刷，起到后勤保障的作用。當運輸機運行時，物料在輸送帶上運輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生并留存一定的殘渣，這些殘渣垃圾可能會對部分構(gòu)成零件造成磨損，從而引起跑偏或卡頓現(xiàn)象。清掃裝置能夠充分清理殘渣，保證機器運行流暢。

第五，托輥。托輥在帶式運輸機的運行中主要起到支撐運輸帶的作用，通過穩(wěn)定支撐保證輸送帶在機器運行過程中平穩(wěn)工作。一般常見的托輥類型有調(diào)心托輥、平形托輥、槽型托輥和承載托輥4 種，它們具有不同的特點與功效，能夠滿足各種運輸需求。

1.2 帶式運輸機的工作原理

帶式運輸機是一種常用的物料輸送設(shè)備，由傳動裝置、輸送帶、支撐裝置和輸送帶框架組成。工作時，傳動裝置通過電動機或其他動力源驅(qū)動輸送帶運動。物料被放置在輸送帶上，依靠與輸送帶之間的摩擦力，隨著輸送帶的運動向前傳送。支撐裝置用于支撐輸送帶，確保其平穩(wěn)運行，輸送帶框架則起到固定輸送帶和支撐裝置的作用。

目前，煤礦中的帶式運輸機結(jié)構(gòu)相對簡單，本身的污染不大，在運行過程中對物料的磨損也較小，而且能夠節(jié)省成本。但是在實際工作中，帶式運輸機基本要24 h 持續(xù)運行，這種工作強度會影響機器及其部件的使用壽命、機器運行時的能耗和相關(guān)的維修費用等，造成成本不斷增加。

1.3 帶式運輸機的功能及特點

帶式運輸機的主要部件是輸送帶和滾筒，滾筒包括驅(qū)動滾筒和轉(zhuǎn)向滾筒兩種。驅(qū)動滾筒一般安裝在裝載和卸載部分，以增加推力，便于輸送帶的運行。帶式運輸機通常用于在平坦和傾斜的表面上運輸材料和物體，可以單獨運輸，也可以與多個單元組合運輸。

帶式運輸機作為我國煤礦行業(yè)最高效的連續(xù)運輸系統(tǒng)，與其他運輸系統(tǒng)相比，在運輸能力、遠程運輸、連續(xù)運輸及實用的中央控制和傳輸系統(tǒng)方面均具有顯著優(yōu)勢。帶式運輸機的主要優(yōu)點是具有儲帶倉，可以方便實現(xiàn)機身的伸縮。隨著采煤及物料運輸距離的變化，運輸機的末端可以進行相應(yīng)的延長或縮短。同時，帶式運輸機具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧的特點，無須支架，可以直接放置在底板上，方便拆裝。如果運輸需求較大、距離較遠，可以根據(jù)需要安裝中間驅(qū)動裝置。

2 煤礦帶式運輸機的節(jié)能技術(shù)研究

2.1 通過降低運行阻力提高運行效率

目前，國內(nèi)煤礦帶式運輸機的運行效率僅為50%左右。在實際應(yīng)用中，由于其他因素的影響，一些運輸機的運行效率僅能維持在40%左右，這樣就造成了電力資源的浪費[1]。常見的影響煤炭帶式運輸機的阻力分為主阻力、附加阻力、特殊主阻力、特殊附加阻力以及傾斜阻力5 類。所有帶式運輸機都具有主阻力和附加阻力，并且只有一些附加裝置具有特殊阻力，而傾斜運輸機通常具有傾斜阻力。滾筒阻力和運輸機運行阻力為運輸機阻力的50%～85%。

為了降低帶式運輸機的運行阻力，可以采用優(yōu)化設(shè)計、減少負荷、使用輔助裝置、維護保養(yǎng)和合理調(diào)節(jié)張緊力等方法[2]。優(yōu)化輸送帶設(shè)計，可以選擇合適的輸送帶材料和帶型，以減少輸送帶與物料間的摩擦力。減少帶式運輸機的負荷，可以控制物料的輸送量，避免過載運行。使用輔助裝置，可以在帶式運輸機中設(shè)置滾筒、托輥等輔助裝置，減少輸送帶與支撐裝置之間的接觸阻力。同時，要做好帶式運輸機的維護保養(yǎng)工作，定期檢查和維護傳動裝置、支撐裝置和輸送帶。

通過這些措施，能夠保持帶式運輸機的良好狀態(tài)，確保設(shè)備運行平穩(wěn)，減少能量損耗和摩擦力，提高運行效率，節(jié)省能源并延長設(shè)備的使用壽命。

2.2 通過控制電能消耗降低運行能耗

電能消耗在煤礦帶式運輸機總能耗中占據(jù)很大比例。帶式運輸機的能耗管理可以基于兩個方面：一方面，提高對帶速的控制和調(diào)節(jié)；另一方面，最大限度減少空載和輕載。運輸機所消耗的功率與運輸長度及煤炭運輸量密切相關(guān)。如果在實際中，實際運輸能力低于設(shè)定功率，將導(dǎo)致較大的電能消耗[3]。根據(jù)發(fā)動機的節(jié)能技術(shù)，發(fā)動機功率可以根據(jù)功率范圍進行調(diào)整，因此功率可以與運輸?shù)牟牧虾臀锲返臄?shù)量相匹配。通過控制給煤量和運輸機速度，減少空載和輕載的情況，從而降低運輸機運行時的電能消耗[4]。

2.3 通過定期維修保養(yǎng)降低零部件磨損

輸送帶部件維護不足和磨損嚴重會直接影響其性能。在機械設(shè)備運行過程中，由于部件之間的相互作用，各部件的過度磨損會增加機械的工作阻力，降低帶式運輸機的運行效率，這樣在相同容量和速度下就會消耗更多的電能。因此，定期對帶式運輸機及其零件進行維護和維修，可以節(jié)省電力能源。

2.4 通過智能控制系統(tǒng)方案有效控制能耗

通過合理的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制，可以精準地計算運輸機運煤量，有助于計算運輸機的最佳輸送頻率。該系統(tǒng)能夠計算當前的煤炭儲量是否合理，如果不在適當范圍內(nèi)，則可以根據(jù)煤炭運輸量重新計算合適的煤炭運輸量，并計算出最佳運輸速度，再根據(jù)運輸機的最佳速度調(diào)整運輸機的傳輸頻率，最大限度提高運輸機的運行效率，降低能耗[5]。

智能控制系統(tǒng)所操控的帶式運輸機節(jié)能系統(tǒng)，由檢測部分、控制部分和驅(qū)動部分組成。檢測部分的主要功能是檢測運輸機的煤炭儲存量、煤炭運輸量、輸送帶的實時運輸速度是否準確合理[6]。控制部分根據(jù)檢測到的不同數(shù)據(jù)實時調(diào)整和控制各個控制變量，并及時糾正不合適的部分。驅(qū)動部分根據(jù)控制區(qū)間的數(shù)據(jù)進行操作，系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)配合越合理，帶式運輸機的傳動效率就越高。

3 煤礦帶式運輸機的能效優(yōu)化分析

3.1 帶式運輸機的能源效率分析

帶式運輸機的節(jié)能情況主要取決于能源效率，包括性能效率、運行效率、設(shè)備效率以及技術(shù)效率4 部分，其中運行效率和設(shè)備效率是其性能效率的決定因素[7]。通常情況下，企業(yè)會密切監(jiān)控運行情況和設(shè)備發(fā)展水平，以降低能源消耗和生產(chǎn)成本。

技術(shù)效率包括對象可行性、方案投資回報和轉(zhuǎn)移效率等指標，其主要目的是實現(xiàn)對象的最優(yōu)化。設(shè)備效率的提高是在不影響系統(tǒng)配置的情況下，通過將能量傳輸?shù)綐藴驶莫毩㈦娏ρb置來實現(xiàn)，可以減少實際參數(shù)和設(shè)計參數(shù)之間的誤差[8]。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備得到了相應(yīng)的更新，因此新產(chǎn)品的能源效率也得到了提高。運行效率是系統(tǒng)各部分之間技術(shù)協(xié)調(diào)的主要指標。系統(tǒng)的運行指標不是由內(nèi)部決定的，而是受到生產(chǎn)、環(huán)境和技術(shù)等多種因素的影響。

3.2 帶式運輸機的節(jié)能控制方式分析

帶式運輸機的節(jié)能技術(shù)主要有兩個方面：一方面是要引進先進、高效的設(shè)備減少能量損耗；另一方面是優(yōu)化運輸機控制方法，包括流程優(yōu)化控制、功率優(yōu)化控制及速度優(yōu)化控制等多種節(jié)能控制方式[9]。

首先，流程優(yōu)化控制。該控制方式主要針對多帶相關(guān)聯(lián)的帶式運輸機。傳統(tǒng)的洗煤生產(chǎn)系統(tǒng)為了簡化操作、避免出現(xiàn)堆煤，一般采用“逆煤流開車、順煤流停車”的控制方式，存在系統(tǒng)空載調(diào)整等待時間長的問題，易造成生產(chǎn)用電浪費及設(shè)備不必要的磨損[10]?；谀婷毫鞯娜秉c，大多企業(yè)采用順煤流的啟動方法，提高運輸效率，降低能源消耗。

其次，速度優(yōu)化控制。目前，大多數(shù)的煤炭礦業(yè)公司通過調(diào)整動力傳輸來調(diào)整發(fā)動機的電壓和速度，從而使運輸機達到啟動速度。與軟啟動相比，變頻啟動性能更好，可以調(diào)節(jié)各種物料的皮帶速度，進而降低運輸機的功耗[11]。當達到最佳速度時，運輸機可以充分實現(xiàn)節(jié)能目標。

最后，功率優(yōu)化控制。其主要方式是通過減少電機運行實現(xiàn)節(jié)能效果，即以實時監(jiān)測電機功率為基礎(chǔ)，精確得到與負載匹配的功率，但是這種方法存在增加生產(chǎn)成本的風險。

4 結(jié)語

我國作為工業(yè)大國，在能源方面存在比較嚴重的缺口，提高煤炭行業(yè)能源的使用效率，有利于實現(xiàn)節(jié)約能源的目標。目前，帶式運輸機是我國煤礦產(chǎn)業(yè)中常見的傳輸機械之一，通常用于物料運輸，但還存在運行效率偏低、能耗相對較高等問題[12]。通過節(jié)能技術(shù)研究實現(xiàn)帶式運輸機的能效優(yōu)化，無論對行業(yè)發(fā)展還是國家的能源節(jié)約都具有重要意義。