多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)控制的技術(shù)分析

邵寧范

【摘 要】長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)起制動(dòng)過程的合理設(shè)計(jì)是輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。著重分析輸送機(jī)各元件的最大受力情況，才能生產(chǎn)制造出性能穩(wěn)定正常的帶式輸送機(jī)。

【關(guān)鍵詞】可控軟起動(dòng)裝置；張緊絞車；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0.前言

近年來，隨著我國對(duì)煤炭需求量的持續(xù)增加，煤礦也在向大型化、集約化、高產(chǎn)高效的方向發(fā)展。對(duì)于主要運(yùn)輸工具的帶式輸送機(jī)，單機(jī)運(yùn)輸距離也從幾年前的3公里，變?yōu)?公里，甚至十幾公里。

帶式輸送機(jī)一般分為固定帶式輸送機(jī)和可伸縮帶式輸送機(jī)。為了降低帶強(qiáng)，長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)一般采用頭尾驅(qū)動(dòng)或增加卸載式中間驅(qū)動(dòng)的方式。固定帶式輸送機(jī)一般選用鋼繩芯膠帶，可伸縮帶式輸送機(jī)必須選用PVC或PVG帶。PVC或PVG膠帶比鋼繩芯彈性模量小的多，所以可伸縮帶式輸送機(jī)比固定帶式輸送機(jī)更復(fù)雜，也更難以控制。

下面是我公司生產(chǎn)的6.3Km長(zhǎng)的可伸縮帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1.用道奇公司CST作為該機(jī)的可控軟起動(dòng)裝置

長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的技術(shù)核心是根據(jù)潛在的動(dòng)力學(xué)問題，解決起動(dòng)、停車加速度曲線的控制及多電機(jī)之間的功率平衡。CST可控軟起動(dòng)系統(tǒng)是高可靠性的機(jī)電液一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可根據(jù)膠帶輸送機(jī)起動(dòng)，運(yùn)行工況需要，通過控制器設(shè)置需要的加速度曲線和起動(dòng)時(shí)間，并使輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。同時(shí)通過輸出軸上的速度傳感器，檢測(cè)出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)速將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整濕式離合器摩擦盤的壓力，從而確定膠帶輸送機(jī)的加速度斜率，輸出軟起動(dòng)曲線。在正常運(yùn)行時(shí)，還可根據(jù)各電機(jī)的電流大小，改變輸出速度大小，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)之間的功率平衡。

CST正常起動(dòng)曲線

上面是CST的起動(dòng)曲線，它能大幅度的降低膠帶的張力。在起動(dòng)曲線中，延遲段的速度為10%的額定速度。在延遲段內(nèi)，下垂膠帶被張緊。在延遲段結(jié)束后，按最小加速度或最小沖擊的方式完成輸送機(jī)的起動(dòng)過程，從而最大程度地降低了膠帶機(jī)的起動(dòng)張力。

2.張緊絞車

本機(jī)做為國產(chǎn)化項(xiàng)目，最初我們考慮到運(yùn)距長(zhǎng)，運(yùn)量大，國產(chǎn)張緊絞車的響應(yīng)速不夠快，選用了進(jìn)口ACE公司的APW電-液張緊絞車。在神東公司的使用經(jīng)驗(yàn)證明，APW絞車在起動(dòng)時(shí)，響應(yīng)速度快，性能甚佳。但當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)斷電停車時(shí)，因其距離長(zhǎng)，膠帶張力急劇增加（有時(shí)會(huì)超過設(shè)定值的2-3倍），往往會(huì)造成鋼絲繩斷裂，從而引起游動(dòng)小車、滾筒及儲(chǔ)帶倉的損壞。這個(gè)問題在神東公司發(fā)生過數(shù)起（包括從ACE公司進(jìn)口的輸送機(jī)），給礦上造成了很大的損失。

分析其原因，是由絞車的工作原理引起的：該絞車在膠帶張力超過設(shè)定值需要松繩時(shí)，采用的是電機(jī)反饋發(fā)電制動(dòng)，正常停車沒有問題。但當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)失電時(shí)，電機(jī)反饋發(fā)電完全失效，絞車不能釋放鋼絲繩，造成膠帶張力急劇增加而引起上述事故。后來又引進(jìn)了HDW變頻絞車，同樣沒有很好的解決上述問題。APW絞車還有一個(gè)卷帶模式。為了不造成卷帶時(shí)亂卷，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)阻尼孔，從而使鋼絲繩不完全松弛，帶有一個(gè)小的輔助張力。正常工作時(shí)，這個(gè)功能效果顯著。但有時(shí)因?yàn)槟撤N原因，輔助張力過大，造成卷帶馬達(dá)卷不動(dòng)或液壓系統(tǒng)的損壞。

綜合以上的原因，加上進(jìn)口絞車價(jià)格昂貴，我公司在選用絞車時(shí)，尋求用國產(chǎn)絞車代進(jìn)口絞車。在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)SZL-1400/400型絞車為機(jī)械絞車+油缸的結(jié)構(gòu)可以很好地解決整個(gè)系統(tǒng)斷電停車時(shí)絞車釋放鋼絲繩的問題。但也存在著一些問題，如絞車的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能欠佳、自動(dòng)化程度低、卷帶時(shí)松繩速度過低，影響卷帶速度等。

針對(duì)這些問題，西北煤機(jī)公司和徐州五洋科技公司共同協(xié)商對(duì)SZL-140/400進(jìn)行了如下改進(jìn)：

（1）增大了機(jī)械絞車的電機(jī)功率，使松繩時(shí)繩速達(dá)到0.2m/s，完全滿足了卷帶的要求。

（2）正常工作時(shí)，機(jī)械絞車及油缸均能自動(dòng)工作，拉緊油缸只做為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

（3）另配測(cè)力裝置（含測(cè)力油缸和壓力傳感器等），并依靠壓力繼電器及油缸接近開關(guān)進(jìn)行校核和保護(hù)（及具有雙重保護(hù)功能），以確保設(shè)備的工作可靠性。

（4）增加雙油泵系統(tǒng)，在油泵出現(xiàn)問題時(shí)可馬上切換到備用油泵，盡量減少停車時(shí)間。

（5）拉緊裝置實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面（漢字化，數(shù)字化），狀態(tài)輸出為模擬量輸出。

（6）預(yù)留通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)姆绞健?/p>

該拉緊絞車的售價(jià)20萬元，與進(jìn)口絞車相比可節(jié)約50-80萬元。而且整體性能已達(dá)到或部分功能已超過了進(jìn)口絞車。是一種性價(jià)比較高的設(shè)備。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，整體輸送機(jī)性能穩(wěn)定，代表了年產(chǎn)1000萬噸級(jí)全部國產(chǎn)化綜采設(shè)備工作面的順槽輸送機(jī)的最高水平。

3.中間驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的中間驅(qū)動(dòng)采用預(yù)設(shè)時(shí)間的方法控制機(jī)頭與中驅(qū)的順序起動(dòng)。也就是機(jī)頭驅(qū)動(dòng)先起動(dòng)，達(dá)到了預(yù)設(shè)的時(shí)間后，中間驅(qū)動(dòng)再起動(dòng)。問題是這個(gè)時(shí)間是變量，不同的膠帶，不同的距離，不同的運(yùn)量，以及是否滿載起動(dòng)或空載起動(dòng)，這個(gè)時(shí)間都是變化的。這就給控制程序帶來了很大的困難。如果中驅(qū)起動(dòng)過早，容易引起打滑，起動(dòng)過晚，機(jī)頭驅(qū)動(dòng)又容易過載。鑒于此，我們?cè)谥虚g驅(qū)動(dòng)部設(shè)計(jì)了張力傳感器，適時(shí)檢測(cè)松邊膠帶的張力。也就是機(jī)頭驅(qū)動(dòng)先起動(dòng)，中間驅(qū)動(dòng)部松邊膠帶的張力達(dá)到了預(yù)設(shè)值后，中間驅(qū)動(dòng)再起動(dòng)。很好地解決了上述問題。

4.本機(jī)的設(shè)計(jì)采用了動(dòng)態(tài)分析的方法

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)起制動(dòng)過程的合理設(shè)計(jì)是輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。輸送機(jī)各元件的受力狀況都是在起制動(dòng)過程中達(dá)到最大，所以分析輸送機(jī)各元件的最大受力要對(duì)起制動(dòng)過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法采用的是將輸送帶看成是剛體對(duì)輸送帶進(jìn)行力學(xué)分析，這種分析方法對(duì)小運(yùn)量、短距離的輸送機(jī)可以得到滿足工程設(shè)計(jì)要求的精度。然而對(duì)于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離的大型帶式輸送機(jī)，剛性力學(xué)的分析方法已不能滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算結(jié)果有較大的誤差。因此，對(duì)大型帶式輸送機(jī)必須采用較為精確過程的動(dòng)力學(xué)分析方法。

帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析可以得到以下結(jié)果。

（1）給出輸送機(jī)各主要零件的受力狀況，應(yīng)用這些結(jié)果可以進(jìn)一步對(duì)各零部件進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

（2）提供合理的驅(qū)動(dòng)裝置起制動(dòng)過程的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力的控制要求。

（3）為輸送機(jī)的拉緊裝置設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)，包括拉緊裝置的速度、行程，進(jìn)而可以設(shè)計(jì)拉緊裝置的驅(qū)動(dòng)功率。

（4）檢驗(yàn)初步設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，通過分析結(jié)果對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

5.結(jié)束語

通過分析得知，長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)起、制動(dòng)過程的合理設(shè)計(jì)是輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，必須采用較為精確過程的動(dòng)力學(xué)分析方法。才能生產(chǎn)制造出性能穩(wěn)定正常的帶式輸送機(jī)。