帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的控制與監(jiān)測(cè)

王紀(jì)東

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司運(yùn)輸隊(duì)， 山西 昔陽 045300）

引言

近年來，隨著工作面綜采設(shè)備自動(dòng)化水平和采煤技術(shù)的進(jìn)步，綜采工作面的生產(chǎn)能力也隨之增大。帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，為適應(yīng)工作面的生產(chǎn)能力朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及高功率的方向發(fā)展[1]。傳統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，帶式輸送機(jī)的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)隨之產(chǎn)生。本文著重對(duì)帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

隨著帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及大功率的方向發(fā)展，對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和強(qiáng)度的要求越來越高。為此，帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由傳統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)展為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)。目前，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以中間驅(qū)動(dòng)為主。中間多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中間多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

為保證帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，為帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集、處理以及故障查詢等。

由于帶式輸送機(jī)輸送帶主要由橡膠、尼龍等材料組成，在實(shí)際應(yīng)用中存在有黏彈性變形、彈性變形和塑形變形。為避免由于輸送帶的變形導(dǎo)致輸送帶與滾筒之間出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，為帶式輸送機(jī)配置了對(duì)應(yīng)的張緊系統(tǒng)[2]。

對(duì)于多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)而言，需著重解決對(duì)輸送帶張緊力的控制并保證各點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率平衡。

2 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)電機(jī)選型

為解決由于輸送帶黏彈性變形以及塑形變形所導(dǎo)致的輸送帶與滾筒之間的打滑事故，要求多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)滿足如下要求：為避免輸送帶與滾筒之間不打滑，確保驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦力均作用于滾筒上，保證輸送帶與滾筒之間具有足夠的摩擦力；要求相鄰?fù)休佒g輸送帶的垂度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

驅(qū)動(dòng)滾筒的軸功率如式（1）所示：

式中：Fu為驅(qū)動(dòng)滾筒的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)核算Fu=1 054 668.7 N；v 為輸送帶的運(yùn)行速度，4.5 m/s。則，驅(qū)動(dòng)滾筒的軸功率P 為4 746 kW。

多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率如式（2）所示：

式中：P 為驅(qū)動(dòng)滾筒的軸功率；η1為聯(lián)軸器的效率，其中機(jī)械聯(lián)軸器為0.98，液力耦合聯(lián)軸器為0.96；η2為減速器傳動(dòng)效率，其中一級(jí)減速器傳動(dòng)效率為0.98，二級(jí)減速傳動(dòng)效率為0.96，三級(jí)減速傳動(dòng)效率為0.94；η3為電壓降系數(shù)，一般取η3=0.90～0.95；η4為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)，當(dāng)為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，η4=1，當(dāng)為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，η4=0.90～0.95。

經(jīng)計(jì)算可得，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)所需電機(jī)的總功率為6 233.25 kW。因此，選用額定功率為1 000 kW 的7 臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。而且，在帶式輸送機(jī)頭部安裝四臺(tái)電機(jī)，在中間位置安裝三臺(tái)電機(jī)。

3 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制

3.1 變頻控制

多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)控制。根據(jù)驅(qū)動(dòng)位置的不同可分為頭部驅(qū)動(dòng)裝置、中間驅(qū)動(dòng)裝置以及尾部驅(qū)動(dòng)裝置；根據(jù)驅(qū)動(dòng)滾筒的數(shù)量可分為單滾筒驅(qū)動(dòng)、雙滾筒驅(qū)動(dòng)以及多滾筒驅(qū)動(dòng)[3]。目前，可應(yīng)用于帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)、液力耦合器驅(qū)動(dòng)以及可控驅(qū)動(dòng)等。

根據(jù)我礦當(dāng)前帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為4 000 t/h，輸送帶的額定速度為4 m/s，輸送帶的寬度為1 500 mm。結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)方案，初步為多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)擬定電動(dòng)機(jī)+CST 和變頻驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方案。兩種驅(qū)動(dòng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

對(duì)于電動(dòng)機(jī)+CST 驅(qū)動(dòng)方案而言，其具有良好的軟啟動(dòng)功能，可提升電動(dòng)機(jī)的使用壽命，能夠?qū)崿F(xiàn)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡問題[4]。對(duì)于變頻驅(qū)動(dòng)而言，可根據(jù)輸送機(jī)工況對(duì)其運(yùn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，具有節(jié)能的功能。

綜合分析，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行控制。變頻器為該驅(qū)動(dòng)方案的核心部件，由于所選型電動(dòng)機(jī)的額定功率為1 000 kW，則對(duì)應(yīng)變頻器的額定功率為1 000 kW。多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)

3.2 張緊裝置的連接

張緊裝置的主要功能是為輸送帶提供張緊力，防止輸送帶變形后無法正常工作。為保證張緊裝置功能的實(shí)現(xiàn)，將張緊裝置安裝于帶式輸送機(jī)的尾部，并確保張緊裝置與滾筒的位移線平行[5]。張緊裝置管路的連接示意圖如圖2 所示。

圖2 張緊裝置連接示意圖

4 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)

為保證多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，用戶需對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。結(jié)合多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)，將其對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、控制模塊以及人機(jī)交互模塊，各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的功能如圖3 所示。

圖3 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

如圖3 所示，控制系統(tǒng)是帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，基于人機(jī)交互界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的啟?？刂?；可根據(jù)帶式輸送機(jī)的工況對(duì)其速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸送帶的節(jié)能運(yùn)行；通過控制饋電開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能?；谏鲜龉δ芸刂瓶驁D，設(shè)計(jì)如4 所示的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面。

如圖4 所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸狀態(tài)得出實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表畫面、報(bào)警畫面、PID 控制畫面等。此外，還能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)電機(jī)的電流值、轉(zhuǎn)速以及對(duì)應(yīng)的輸送帶的速度等參數(shù)。

5 結(jié)語

為適應(yīng)帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及大功率方向發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式勢(shì)在必行。對(duì)帶式輸送機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)控制具體總結(jié)如下：

1）采用中間驅(qū)動(dòng)的多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，并以變頻驅(qū)動(dòng)方式為主，根據(jù)帶式輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)對(duì)帶速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。

2）多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)電機(jī)的臺(tái)數(shù)為7 臺(tái)，與其相匹配的變頻器型號(hào)為西門子MM440。

3）設(shè)計(jì)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并對(duì)發(fā)生故障的問題進(jìn)行報(bào)警。