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摘要：分析了帶式輸送機的軟啟動性質，并系統地分析了帶式輸送機的運行體系，研究了帶速與輸送量的合理匹配對帶式輸送機的節能效果。采用了自動調速技術，以達到根據輸送帶上不同的負載選擇帶速的目的，并設計了帶式輸送機的自動調速系統。
0引言
帶式輸送機也稱“皮帶機”。帶式輸送機是由膠帶、滾筒組、電動機、減速器、機械聯軸節、驅動裝置底座、盤式制動、逆止器、導料槽、滾筒支架、接料板、安全防護罩、護欄等鋼結構件組成的機械系統。帶式輸送機是各個煤礦企業重要的連續運輸裝置，具有輸送能力強、帶速快、可連續輸送等優點，被廣泛應用于煤礦行業中[1]。然而在煤礦生產中，帶式輸送機的運煤量不具有均衡性，常處于輕載和空載狀態，耗費了過多的電能。因此，為了提高帶式輸送機的工作效率，減少能耗，本文從電氣控制角度出發設計了帶式輸送機的自動調速系統。
1帶式輸送機的性能及功率影響因素
1.1帶式輸送機的軟啟動性質
帶式輸送機是依靠電動機運轉驅動的，靠驅動滾筒和換向滾筒的運轉使皮帶轉動，這是帶式輸送機的基本工作原理。輸送帶是一個具有粘彈性的彈性體。隨著驅動滾筒的滾動，張力波向前傳播，啟動時間越短，啟動加速度越大，輸送帶變形就會越大，動張力越大[2]，振幅也就越大，危險性越大。所以，帶式輸送機的啟動方式需采用軟啟動。軟啟動，即輸送機電動機克服整個系統的做功而穩定地啟動。對于大型帶式輸送機，為了保護輸送帶接頭的其他部件，避免勞損和沖擊，要降低啟動動力矩，因此最好采用軟啟動。帶有先進啟動裝置的輸送機啟動性能好，不會發生加速度突變的情況，并且在整個啟動過程中加速度的最大值小，能夠降低啟動慣性力和減弱啟動沖擊作用[3]。圖2所示為歐美學者提出的軟啟動速度曲線圖。
1.2影響帶式輸送機功率的主要因素
帶式輸送機在運行中，其滾筒、軸承等機械部件都會受到主要阻力和附加阻力。a)主要阻力。輸送帶、滾筒等機械部件與物料之間會相互摩擦，產生摩擦力，這種摩擦力需要較大的電能做功克服，這部分阻力稱為“主要阻力”。帶式輸送機的主要阻力由以下兩部分組成[4]：(a)壓陷阻力。輸送帶是一個具有粘彈性的彈性體，輸送帶的硬度是有限的，因此會被壓陷在托輥上。在輸送帶運行過程中，輸送帶的壓陷區在輸送帶上運動，這樣就產生了壓陷阻力；(b)摩擦阻力。該摩擦阻力包括軸承與輸送帶間的摩擦阻力和軸承與密封裝置間的摩擦阻力；b)附加阻力。物料落到輸送帶上時，物料本身的速度與輸送帶的速度有所區別，因此，輸送帶有必要提前為物料提供動能，最大限度地使物料與輸送帶的速度一致。
2帶式輸送機的節能運行分析
2.1變頻調速技術分析
電動機的節能可以采用調速的方法來實現。具體的調速方法包括以下幾種：轉子串電阻調速法、電磁調速法、變頻調速法、變極調速法、串級調速法、液力耦合器調速法等。不同的調速方法具有不同的調速范圍和功能，企業可以根據具體的情況來選擇。其中，具有響應時間短、動態性能好、輸出穩定等多重特性的變頻調速被認為是潛力非凡的一種調速技術。變頻調速作為一門新技術，方興未艾，這種技術是通過動態調整電源的頻率來調節速度的，因其具有調速平穩、動態性能好、節能等特點而受到廣泛關注。目前，中國大多數煤礦生產企業的皮帶機基本上以工頻驅動為主，而沒有使用變頻器，主要原因是工頻驅動技術難度較低，國內生產廠家提供的工頻驅動在技術性能上與進口產品差距較?。粐鴥葟S家的變頻器產品性能不盡如人意，企業購買進口產品會導致成本過高，在實際的生產中難以廣泛應用。但是隨著經濟的發展，中國對節能環保有了更高的要求，對煤炭行業的生產設備進行改造將是未來的發展趨勢。
2.2節能運行分析
當帶式輸送機的負載有變化時，根據微機計算，輸送帶自動調節運行速度，從而達到提高帶式輸送機工作效率、降低能耗的目的。根據工藝和運輸能力要求，帶式輸送機運行中主要存在以下問題：a)機械和輸送帶的摩擦系數高。滾筒和輸送帶需要有一定的摩擦系數，以保證輸送機的平穩運行，但是過高的摩擦系數會導致電能的浪費；b)輕載和空載。在煤礦企業生產過程中，生產不平衡現象突出，主要表現為受地質條件和井下煤倉來煤量不均衡的約束，產煤量會發生變化，因此帶式輸送機的運量會出現波動，輸送機常處于輕載或者空載狀態，電能浪費嚴重。
3帶式輸送機電氣節能控制系統設計
當輸送帶的負載一定時，阻力隨著輸送帶帶速的增加而增加[5]，若帶速升高，那么克服阻力做的功相應地增加；若帶速降低，克服阻力做的功也相應地減少，這樣，降低帶速也就增加了帶式輸送機的功率，因此確保帶式輸送機運量與速度的匹配是節能技術的核心。電氣節能技術的控制指標包括帶式輸送機的運行速度、輸送機上的負載、給煤倉的煤位狀態。所設計的電氣節能系統如圖3所示。輸送機的節能裝置通過來自皮帶秤的數據計算出輸送帶上的煤量，之后計算出最佳的運行速度，將信號反饋至給煤機，給煤機根據反饋信號增加或減少給煤量，并通過調速裝置來控制驅動電機，從而使皮帶機的負載達到或接近設計的負載，提高輸送機的工作效率，節約電能。目前，帶式輸送機常見的調速驅動技術有3類，即電氣調速技術、液力調速技術、機電液一體化技術。本文所設計的電氣節能系統采用電氣調速技術。帶式輸送機驅動系統包括變頻器、電動機和減速器等裝置。電氣節能系統能夠通過系統地計算負載量與運行速度的最佳匹配數據控制帶速和輸送量，以更好地對輸送機進行監控和調節，進行減速、加速甚至制動，從而達到降低阻力、減少電能消耗、保護輸送機設備及延長機械使用壽命的目的。由于煤礦生產一線情況時時刻刻都在改變，井下信號干擾源眾多，因此設計的電氣節能系統必須具備較高的可信度。為確保信息傳輸的通暢，要采用光電耦合器件，因為光電耦合器件能夠將微系統、各種傳感器、開關、執行機構與電氣隔離起來，從而減少對信號的干擾，保證系統運行的可靠性。但是，普通的光電耦合器件只能傳輸各類數字信號，對于模擬信號，為了達到較好的隔離效果，就需要采用線性光電耦合器件來傳送。為了使本文所設計的電氣節能系統達到抗干擾的目的，串口通信和信號的輸入輸出環節均采用了光電隔離技術。
4結語
隨著經濟的發展，中國對節能環保有了更高的要求。在中國，煤炭行業是一個典型的高能耗行業，對該行業的生產設備進行升級改造是未來的發展趨勢。由于煤礦在實際生產中具有產煤不均衡的特性，機械設備的運行難以保持有效功率的持續。在帶式輸送機上安裝電氣調速系統裝置后，能夠有效地降低運行阻力，減少耗電量。通過分析研究，得出以下結論：要提高帶式輸送機的工作效率、降低能耗，應用電氣自動調速控制系統是一種行之有效的節能方案。
作者:王明敏 單位:山西蘭花集團東峰煤礦有限公司
