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摘要：分析了带式输送机的软启动性质，并系统地分析了带式输送机的运行体系，研究了带速与输送量的合理匹配对带式输送机的节能效果。采用了自动调速技术，以达到根据输送带上不同的负载选择带速的目的，并设计了带式输送机的自动调速系统。
0引言
带式输送机也称“皮带机”。带式输送机是由胶带、滚筒组、电动机、减速器、机械联轴节、驱动装置底座、盘式制动、逆止器、导料槽、滚筒支架、接料板、安全防护罩、护栏等钢结构件组成的机械系统。带式输送机是各个煤矿企业重要的连续运输装置，具有输送能力强、带速快、可连续输送等优点，被广泛应用于煤矿行业中[1]。然而在煤矿生产中，带式输送机的运煤量不具有均衡性，常处于轻载和空载状态，耗费了过多的电能。因此，为了提高带式输送机的工作效率，减少能耗，本文从电气控制角度出发设计了带式输送机的自动调速系统。
1带式输送机的性能及功率影响因素
1.1带式输送机的软启动性质
带式输送机是依靠电动机运转驱动的，靠驱动滚筒和换向滚筒的运转使皮带转动，这是带式输送机的基本工作原理。输送带是一个具有粘弹性的弹性体。随着驱动滚筒的滚动，张力波向前传播，启动时间越短，启动加速度越大，输送带变形就会越大，动张力越大[2]，振幅也就越大，危险性越大。所以，带式输送机的启动方式需采用软启动。软启动，即输送机电动机克服整个系统的做功而稳定地启动。对于大型带式输送机，为了保护输送带接头的其他部件，避免劳损和冲击，要降低启动动力矩，因此最好采用软启动。带有先进启动装置的输送机启动性能好，不会发生加速度突变的情况，并且在整个启动过程中加速度的最大值小，能够降低启动惯性力和减弱启动冲击作用[3]。图2所示为欧美学者提出的软启动速度曲线图。
1.2影响带式输送机功率的主要因素
带式输送机在运行中，其滚筒、轴承等机械部件都会受到主要阻力和附加阻力。a)主要阻力。输送带、滚筒等机械部件与物料之间会相互摩擦，产生摩擦力，这种摩擦力需要较大的电能做功克服，这部分阻力称为“主要阻力”。带式输送机的主要阻力由以下两部分组成[4]：(a)压陷阻力。输送带是一个具有粘弹性的弹性体，输送带的硬度是有限的，因此会被压陷在托辊上。在输送带运行过程中，输送带的压陷区在输送带上运动，这样就产生了压陷阻力；(b)摩擦阻力。该摩擦阻力包括轴承与输送带间的摩擦阻力和轴承与密封装置间的摩擦阻力；b)附加阻力。物料落到输送带上时，物料本身的速度与输送带的速度有所区别，因此，输送带有必要提前为物料提供动能，最大限度地使物料与输送带的速度一致。
2带式输送机的节能运行分析
2.1变频调速技术分析
电动机的节能可以采用调速的方法来实现。具体的调速方法包括以下几种：转子串电阻调速法、电磁调速法、变频调速法、变极调速法、串级调速法、液力耦合器调速法等。不同的调速方法具有不同的调速范围和功能，企业可以根据具体的情况来选择。其中，具有响应时间短、动态性能好、输出稳定等多重特性的变频调速被认为是潜力非凡的一种调速技术。变频调速作为一门新技术，方兴未艾，这种技术是通过动态调整电源的频率来调节速度的，因其具有调速平稳、动态性能好、节能等特点而受到广泛关注。目前，中国大多数煤矿生产企业的皮带机基本上以工频驱动为主，而没有使用变频器，主要原因是工频驱动技术难度较低，国内生产厂家提供的工频驱动在技术性能上与进口产品差距较小；国内厂家的变频器产品性能不尽如人意，企业购买进口产品会导致成本过高，在实际的生产中难以广泛应用。但是随着经济的发展，中国对节能环保有了更高的要求，对煤炭行业的生产设备进行改造将是未来的发展趋势。
2.2节能运行分析
当带式输送机的负载有变化时，根据微机计算，输送带自动调节运行速度，从而达到提高带式输送机工作效率、降低能耗的目的。根据工艺和运输能力要求，带式输送机运行中主要存在以下问题：a)机械和输送带的摩擦系数高。滚筒和输送带需要有一定的摩擦系数，以保证输送机的平稳运行，但是过高的摩擦系数会导致电能的浪费；b)轻载和空载。在煤矿企业生产过程中，生产不平衡现象突出，主要表现为受地质条件和井下煤仓来煤量不均衡的约束，产煤量会发生变化，因此带式输送机的运量会出现波动，输送机常处于轻载或者空载状态，电能浪费严重。
3带式输送机电气节能控制系统设计
当输送带的负载一定时，阻力随着输送带带速的增加而增加[5]，若带速升高，那么克服阻力做的功相应地增加；若带速降低，克服阻力做的功也相应地减少，这样，降低带速也就增加了带式输送机的功率，因此确保带式输送机运量与速度的匹配是节能技术的核心。电气节能技术的控制指标包括带式输送机的运行速度、输送机上的负载、给煤仓的煤位状态。所设计的电气节能系统如图3所示。输送机的节能装置通过来自皮带秤的数据计算出输送带上的煤量，之后计算出最佳的运行速度，将信号反馈至给煤机，给煤机根据反馈信号增加或减少给煤量，并通过调速装置来控制驱动电机，从而使皮带机的负载达到或接近设计的负载，提高输送机的工作效率，节约电能。目前，带式输送机常见的调速驱动技术有3类，即电气调速技术、液力调速技术、机电液一体化技术。本文所设计的电气节能系统采用电气调速技术。带式输送机驱动系统包括变频器、电动机和减速器等装置。电气节能系统能够通过系统地计算负载量与运行速度的最佳匹配数据控制带速和输送量，以更好地对输送机进行监控和调节，进行减速、加速甚至制动，从而达到降低阻力、减少电能消耗、保护输送机设备及延长机械使用寿命的目的。由于煤矿生产一线情况时时刻刻都在改变，井下信号干扰源众多，因此设计的电气节能系统必须具备较高的可信度。为确保信息传输的通畅，要采用光电耦合器件，因为光电耦合器件能够将微系统、各种传感器、开关、执行机构与电气隔离起来，从而减少对信号的干扰，保证系统运行的可靠性。但是，普通的光电耦合器件只能传输各类数字信号，对于模拟信号，为了达到较好的隔离效果，就需要采用线性光电耦合器件来传送。为了使本文所设计的电气节能系统达到抗干扰的目的，串口通信和信号的输入输出环节均采用了光电隔离技术。
4结语
随着经济的发展，中国对节能环保有了更高的要求。在中国，煤炭行业是一个典型的高能耗行业，对该行业的生产设备进行升级改造是未来的发展趋势。由于煤矿在实际生产中具有产煤不均衡的特性，机械设备的运行难以保持有效功率的持续。在带式输送机上安装电气调速系统装置后，能够有效地降低运行阻力，减少耗电量。通过分析研究，得出以下结论：要提高带式输送机的工作效率、降低能耗，应用电气自动调速控制系统是一种行之有效的节能方案。
作者:王明敏 单位:山西兰花集团东峰煤矿有限公司
