淺析如何提高膠帶輸送機的生產效率

裴世友 馬鵬飛

摘要：介紹神寶能源公司膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的應用現狀，分析影響膠帶輸送機生產效率的因素，提出優(yōu)化PLC程序設計，加強設備維護維修管理，加強人員培訓力度，掌握核心技術等措施，為確保膠帶運輸高效、安全、平穩(wěn)運行，繼而為神寶能源公司快速發(fā)展打造五千萬噸級煤炭生產基地提供保障。

關鍵詞：膠帶輸送機;現狀;生產效率;措施

概況

神寶能源公司露天礦坐落于呼倫貝爾草原中部，開采工藝為單斗—卡車間斷工藝，煤炭由卡車從采煤工作面運至地面破碎站，破碎后經膠帶輸送機運往儲煤倉，然后由鐵路快速裝車外運或地銷外運。目前，神寶能源公司露天礦地面生產系統(tǒng)由4套一級破碎站，3臺二級破碎機、2套儲煤倉、29條膠帶輸送機、2套快速定量裝車站組成，最大生產能力約為12萬噸/天。

破、儲、運、裝地面生產系統(tǒng)，均采用PLC自動化控制。其中，膠帶輸送機在集控室進行遠程集中控制，控制系統(tǒng)采用西門子S7-400冗余結構，主站設置雙CPU采用總線型網絡，分站采用I/O模塊接收現場信號，并用IM153-2信號模塊與主站之間進行Profibus DP通信，冗余結構是目前較成熟且應用較廣的網絡結構，當一套系統(tǒng)出現故障，另一套系統(tǒng)會自動投入工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。一級破綻站、堆取料機及快速定量裝車站為就地操控室控制，有獨立的PLC控制系統(tǒng)，完成自身的生產邏輯控制，將運行、故障、頻率、電流等信號通過以太網傳至集控室，數據存儲在服務器中并在上位機控制界面進行顯示、記錄，便于操作人員的監(jiān)視和統(tǒng)計。

膠帶輸送機作為地面生產系統(tǒng)的重要的組成部分，其分布范圍廣，生產線長，已有29條膠帶輸送機，水平機長8000余米。煤炭從破碎到裝車少則經過4-5條膠帶輸送機，多則經過7-8膠帶輸送機，最長的輸送距離達3600多米。膠帶輸送機作為地面生產系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，其運行效率的高低直接影響到整個地面生產系統(tǒng)的生產效率。所以，提高膠帶輸送機的運行效率對神寶能源公司生產而言意義重大。

1.影響膠帶輸送機生產效率的因素

影響膠帶輸送機生產效率的主要因素有自然因素：氣候、原煤物理特性;技術因素：設計因素、生產工藝;企業(yè)組織管理水平、設備維護保養(yǎng)等。

1.1環(huán)境因素

膠帶輸送機由于其生產工藝的特點，一條輸送線路的生產效率，不是取決于生產效率最大的那條膠帶輸送機，而是取決于生產效率最低的那條膠帶輸送機——木桶原理。神寶能源公司露天礦坐落于呼倫貝爾草原中部，年平均溫度-2.6℃，最高氣溫達39.4℃，最低氣溫達-45℃，屬大陸性亞寒帶氣候，冬季長達7個月的封凍期。寒冷的天氣使煤層凍結，一方面使單斗挖掘機的挖掘阻力顯著增大，使單斗挖掘機的生產效率嚴重下降（煤塊體積超過2.3m3較多），進而導致下游破碎機、膠帶輸送機生產效率下降。另一方面由于原煤中含有水分，冬季原煤極易凍粘在膠帶上，也會影響膠帶輸送機的生產效率。再有嚴寒的天氣，使鋼材的脆性增加，單斗挖掘機直接開采方式，極易出現鏟斗斗齒斷裂的情況，斷裂的鏟斗斗齒一旦隨原煤進入破碎機，將會造成破碎機聯軸器、滾齒等破壞性損壞故障，嚴重影響整個系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。

2013年鐵器入破次數及影響時間統(tǒng)計表

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

合計

鐵器入破次數

3

2

2

1

0

1

1

1

2

3

1

3

20

影響時間（小時）

7

5

6

0

0

3

3

2

5

0

5

0.7

36.7

備注

鐵器主要為：單斗挖掘機的斗齒、護唇以及鉆機的鉆頭等。

1.2設計因素

眾所周知膠帶輸送機的生產效率直接取決于帶寬和帶速，膠帶輸送機的帶寬越寬、帶速越快其生產效率就大，反之越小。計算選型失誤是影響膠帶輸送機生產效率的根本原因，會使整個系統(tǒng)過載或欠載運行，對系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)、高效運行是十分不利的。

從破碎站點到裝車站點或是儲煤站點間膠帶輸送機的數量也會間接影響到整個膠帶輸送機系統(tǒng)的生產效率，膠帶輸送機越多，需要維護保養(yǎng)的設備越多，啟機時間越長，發(fā)生故障的概率越大，生產效率也就越低。在實際生產中，每一條膠帶輸送機的啟動時間約為4-6分鐘（包括;人員到位、設備到位：膠帶的調偏、液壓拉緊到位、調速耦合器和減速器溫度等），以5條膠帶輸送機為例，不考慮其他突發(fā)狀況，全部啟動達到滿速運行的時間約為30分鐘。

1.3企業(yè)組織管理因素

企業(yè)的組織管理和設備的維修保養(yǎng)水平直接影響膠帶輸送機的故障時間，進而影響膠帶輸送機的開機率。故障時間主要包括內障時間、外障時間、準備時間，主要是因為組織管理和設備的維修保養(yǎng)等因素引起的設備停止作業(yè)時間，設備故障時間越長，膠帶輸送機的開機時間就越少，其生產效率也就越低。

膠帶輸送機作為采掘設備、運輸設備與鐵路快速定量裝車的中間環(huán)節(jié)，其生產效率也受到單斗挖掘機、快速裝車站生產能力的影響。例如，單斗挖掘機與卡車數量及能力的配比不合理、操作人員操作方法不正確、鐵路車皮協(xié)調不到位以及設備故障等。

1.4控制工藝特點

1.4.1膠帶輸送機的啟動流程

膠帶輸送機遵循逆煤流啟動，順煤流停車，不可越級或同時啟動。正常生產情況下，采用集中遠程控制方式，在上位機上控制膠帶輸送機的啟停。膠帶輸送機啟動條件多——各項保護無動作、液壓拉緊裝置拉緊信號反饋、上一級膠帶輸送機運行且達到滿速、制動器開到位信號返回、聲光報警完畢、驅動、托輥等裝置完好，風機、油泵、制動器無故障信號等。任何一個條件不滿足，膠帶輸送機就無法啟動。每條膠帶輸送機聲光報警時間約為20-30s，膠帶啟動達到滿速的時間，調速型液力耦合器為50s左右（現場16條使用，占膠帶機總數的55%），變頻期為140s左右（現場1條使用）。啟動一條膠帶機的時間約為4-6分鐘，其中1分鐘的啟動調速時間，3-5分鐘的現場檢查準備時間。這部分時間往往被忽略，但卻影響了膠帶輸送機的運行時間效率。

1.4.2膠帶輸送機的保護裝置

受惡劣環(huán)境天氣、機械振動以及產品質量等因素的影響，膠帶輸送機的保護裝置——拉繩保護、跑偏保護、打滑保護、撕裂保護、堵煤保護、煙霧報警容易發(fā)生誤動作或誤報警，一條膠帶輸送機系統(tǒng)中保護的點位多達幾十甚至上百個，每一保護點位的誤動作，都會使膠帶輸送機停止運行。增加了排查故障點和維修的時間，進而影響膠帶輸送機的生產效率。

2.提高膠帶輸送機運行效率的意見及措施

2.1技術措施

2.1.1改善煤層爆破質量

對煤層較硬位置，進行松動爆破，采用合理的布孔方式、裝藥參數和爆破方法，改善爆破質量，為單斗挖掘機作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，減少大塊率，提高單斗挖掘機和破碎機的工作效率，同時，減少斗齒斷裂誤入破碎機引起設備故障率[1]。

2.1.2嚴格論證初始設計

根據露天礦生產的實際情況，科學合理設計膠帶輸送機的布置線路、數量、水平角度、帶寬及帶速。選取最優(yōu)方案，從設計初期進行源頭把控，避免二次設計改造，造成重復投資和資金浪費。

2.1.3優(yōu)化控制程序

在控制程序上，對整體工藝進行優(yōu)化設計，縮短系統(tǒng)啟機時間。可以從以下三方面進行優(yōu)化：一是在不影響安全的情況下，縮短聲光報警時間，將原有20s更改為10s，在現場檢查準備的同時，發(fā)出語言安全提示，告知啟機時間;二是縮短調速型液力耦合器和變頻器的啟動時間，原調速型液力耦合器的啟動時間約為50s，變頻器的啟動時間約為140s，在不對膠帶及電機產生沖擊的情況下，可將調速型液力耦合器的啟動時間設置為30-40s，變頻器啟動時間設置為70s。三是更改膠帶輸送機順序啟動的啟動條件，原設計為上一級膠帶輸送機達到滿速后，下一級膠帶輸送機才能依次啟動?，F可將滿速條件在系統(tǒng)程序更改為上級膠帶機的運行信號加定時器來實現順序控制，當PLC檢測到下級膠帶機運行信號后，啟動內部定時器，可定時5-10s作為啟動依次啟動下一級膠帶機的條件，縮短膠帶與膠帶之間的啟動時間。四是對經常出現誤報警的保護裝置進行更換、程序解鎖、修改程序，例如，某一位置打滑開關或跑偏開關過于靈敏，可在PLC程序中將此常開點后面加一個定時器，設置1-2s的延時，當此點由常開變成常閉且時間超過1-2s，即可判斷為保護正常，膠帶機停機。如果此點由常開變成常閉且時間小于設定的時間，則認為是誤動作，膠帶機正常運行。通過以上技術措施，單條膠帶機啟動時間預計可縮短25%左右，多條膠帶機系統(tǒng)啟機時間預計可縮短30%以上。

2.1.4掌握核心技術

掌握核心技術，降低膠帶輸送機系統(tǒng)故障風險。設計方所有自動化程序軟件須全部向用戶開放，程序附加注釋，便于使用方進行技術改進或系統(tǒng)改擴建。使用方技術人員不僅要會操作設備，而且要熟悉地面集中控制系統(tǒng)的工作原理，編程方法，掌握每一條控制程序設計的功能。當PLC控制系統(tǒng)出現故障能迅速排查故障，消除故障。防止系統(tǒng)出現故障后，不能及時聯系設計方的工程師，給企業(yè)安全平穩(wěn)生產帶來巨大的風險。

2.2管理措施

提高企業(yè)的組織管理和設備的維護保養(yǎng)水平，可以顯著提高膠帶輸送機的生產效率，加強膠帶輸送機的計劃維修和日常維修，減少膠帶輸送機的故障率。加強露天礦現場的鐵器管理，強化責任意識，減少鐵器入破次數。統(tǒng)籌協(xié)調膠帶輸送機上游單斗挖掘機和卡車的出動率，使之與膠帶輸送機生產能力相匹配。加強培訓指導，使操作技術人員從要我學習，向我要學習轉變，不僅要會操作設備，還要掌握設備的原理、構造、工藝以及設計方法等，總結設備的不足，從而不斷改進設備的性能和工藝，提高膠帶輸送機的生產效率。

2.3合同措施

編制科學嚴謹的技術協(xié)議與合同，從設計的結果出發(fā)，充分考慮膠帶輸送機設備的選型、布置、控制方式、維護保養(yǎng)、后期服務技術支持等多方面因素，同時，采用性能和技術較好的產品，在技術上使膠帶輸送機滿足生產的需要，在經濟上使膠帶輸送機的建設成本、運行成本、維護成本在可控區(qū)間。

3.結論

膠帶輸送機的生產效率影響礦山的生產能力和礦山的經濟效益，分析影響膠帶輸送機生產效率的因素并總結提高膠帶輸送機生產效率的方法具有的重要意義。

影響膠帶輸送機的生產效率的因素主要有氣候、原煤物理特性、設計因素、生產工藝、企業(yè)組織管理水平、設備維護保養(yǎng)等。

提高膠帶機的輸送生產效率，必須優(yōu)化生產工藝，提高企業(yè)的組織管理與設備維修保養(yǎng)水平，提高操作人員的專業(yè)技術水平。

參考文獻：

[1] 金磊.露天礦單斗挖掘機生產能力因素分析[J].神華科技，2014，1（12）：42-44.

作者簡介：裴世友（1959—）畢業(yè)于黑龍江八一農墾大學機械系，高級工程師，現供職于神華寶日希勒能源有限公司，任機電管理部經理，主要從事機電管理工作。