淺談帶式輸送機(jī)的調(diào)速節(jié)能

劉廣權(quán)

(同煤集團(tuán)煤峪口煤礦，山西 大同 037003)

0 引言

帶式輸送機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于煤炭、電廠等領(lǐng)域的連續(xù)輸送設(shè)備，具有運(yùn)輸距離長、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。近些年，隨著煤礦企業(yè)規(guī)模的不斷加大，帶式輸送機(jī)也已成為了煤炭生產(chǎn)不可缺少的重要設(shè)備。從20世紀(jì)90年代起，我國就不斷學(xué)習(xí)國外技術(shù)，并經(jīng)過大量的科研，使我國帶式輸送機(jī)的發(fā)展有了較大的進(jìn)步。

隨著功率的不斷增大，其能耗問題也越來越突出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電動(dòng)機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)到4萬億kW，年耗電量約占全國用電量的60%。但是，電動(dòng)機(jī)的能量利用率卻不高。這是由于無論輕載還是重載情況，電動(dòng)機(jī)都以恒定的速度運(yùn)行，工作效率很低，能源浪費(fèi)巨大，并且提高了企業(yè)的用電成本。因此，帶式輸送機(jī)的節(jié)能方法是值得關(guān)注的問題。

1 帶式輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn)及節(jié)能運(yùn)行

1.1 帶式輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn)

帶式輸送機(jī)是一種連續(xù)輸送機(jī)械，其工作原理是以輸送帶和托輥為支承，通過輸送帶自身的牽引和傳動(dòng)滾筒與輸送帶摩擦產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而傳遞圓周牽引力，以此完成物料的中、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。與傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，帶式輸送機(jī)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

運(yùn)行成本低：帶式輸送機(jī)的運(yùn)行是以電能為動(dòng)力，相對來講價(jià)格比較穩(wěn)定，受市場影響較小。除此之外，帶式輸送機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)是自身重量比運(yùn)輸重量小，這就從另一個(gè)層面降低了運(yùn)營的成本。因此，帶式輸送機(jī)與傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，成本較低。

輸送效率高：作為結(jié)構(gòu)獨(dú)特的連續(xù)輸送機(jī)械，帶式輸送機(jī)能夠很好地完成長距離、高負(fù)載運(yùn)輸。而且，帶式輸送機(jī)能夠進(jìn)行晝夜不停的連續(xù)工作，因此具有很高的輸送效率。

布置方便、適應(yīng)能力強(qiáng)：帶式輸送機(jī)能夠在不同的地形條件下使用，可以根據(jù)煤炭生產(chǎn)的需要而靈活地進(jìn)行水平或傾斜布置，也可以進(jìn)行弧形布置，這是其他運(yùn)輸方式不能實(shí)現(xiàn)的。因此，帶式輸送機(jī)適應(yīng)能力非常強(qiáng)。

運(yùn)行可靠平穩(wěn)：和其他運(yùn)輸方式相比，帶式輸送機(jī)的故障率較低，能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的可靠性。

環(huán)保性較高：帶式輸送機(jī)在相同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，比刮板輸送機(jī)節(jié)省約3/4的電量，節(jié)約了電能。同時(shí)，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中粉塵污染較小。因此，其環(huán)保性能較高。

1.2 帶式輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行

采煤過程中，受客觀技術(shù)條件和地質(zhì)條件的影響，煤炭產(chǎn)量是不斷變化的，煤倉中的煤量也不是一個(gè)恒定不變的數(shù)值。這就導(dǎo)致帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，也存在運(yùn)輸量的波動(dòng)變化。但是，目前我國帶式輸送機(jī)一般是工頻下，以固定速度運(yùn)行。這樣一來，其運(yùn)行過程中存在2個(gè)問題：①帶式輸送機(jī)工作過程中不可能一直保持滿載運(yùn)行，還有輕載和空載狀態(tài)，固定速度運(yùn)行降低了電動(dòng)機(jī)效率，功率因數(shù)較低，產(chǎn)生了大量的浪費(fèi)；②固定速度使得機(jī)械和輸送帶之間的摩擦系數(shù)較高，造成了能量的浪費(fèi)。

因此，為了提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率，降低電能的損耗，就需要對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，即根據(jù)不同的載量采用不同的帶速。通過調(diào)節(jié)速度，達(dá)到節(jié)約電能，延長設(shè)備使用壽命的目的。

2 帶式輸送機(jī)節(jié)能定量分析

2.1 定量分析

在帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是恒速運(yùn)行，沒有考慮輸送機(jī)負(fù)載的情況，所以導(dǎo)致能耗加大。所以，要控制其能耗，就要實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地考慮帶式輸送機(jī)的負(fù)荷量，并以此調(diào)整運(yùn)行速度。

為了保證進(jìn)行的變頻調(diào)速節(jié)能分析的結(jié)果具有普遍性、有效性和全面性，所以把電能指標(biāo)作為評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)

(1)

式中：EA—電能；PM—功率；Q—負(fù)載；L—輸送距離。

從式(1)可以看出，EA的值越小說明帶式輸送機(jī)的節(jié)能效果越好。當(dāng)輸送帶距離一定時(shí)，EA的大小則與功率PM和負(fù)載情況有關(guān)，而功率的大小則與帶速有關(guān)。通過查閱相關(guān)資料，可知帶式輸送機(jī)在滿載和半載情況下，帶速與功率之間的關(guān)系見表1。

表1 滿載與半載情況下帶式輸送機(jī)帶速與功率的關(guān)系

從表1中可以看出，當(dāng)帶式輸送機(jī)滿載與半載時(shí)如果采取同樣的運(yùn)行速度，那么能耗會增加10%左右；而如果負(fù)載減少一半，速度同樣可以減少一半左右的話，那么能耗將減少5%左右。

雖然降低運(yùn)行速度能夠有效節(jié)能，但是調(diào)速也不能無限制地進(jìn)行。因?yàn)檩斔蛶н\(yùn)行速度越低，對其寬度、強(qiáng)度和質(zhì)量的要求就越高，所以必須設(shè)置帶式輸送機(jī)的最低運(yùn)行速度。

因此，帶式輸送機(jī)的調(diào)速節(jié)能方案運(yùn)行時(shí)要注意2個(gè)方面：首先就是控制器必須設(shè)定最低速度，以保證連續(xù)運(yùn)行；其次就是不能隨著運(yùn)量的變化不斷調(diào)整速度的變化，而是應(yīng)當(dāng)對運(yùn)量進(jìn)行分段匹配速度。這是因?yàn)轭l繁的調(diào)速會導(dǎo)致設(shè)備壽命的降低，而機(jī)械發(fā)熱，反而增加能耗。

2.2 節(jié)能設(shè)計(jì)

通過前面的分析可知，帶式輸送機(jī)降耗節(jié)能控制主要是通過合理的變頻調(diào)速來進(jìn)行，那么可以通過PLC進(jìn)行控制。其硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示?？刂屏鞒虨椋寒?dāng)帶式輸送機(jī)自檢并正常啟動(dòng)后，利用稱重傳感器測量其實(shí)時(shí)運(yùn)量，根據(jù)測量的運(yùn)量Q匹配最佳的運(yùn)行速度v。通過PLC的運(yùn)算與輸出，將控制信號傳給變頻器，利用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到調(diào)速的目的?？刂屏鞒虉D如圖2所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 控制程序流程圖

3 結(jié)論

(1)通過對帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)介紹，研究其工作過程中造成電能浪費(fèi)的主要原因是帶式輸送機(jī)不是一直保持滿載運(yùn)行，而運(yùn)行速度卻不能根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)，使得運(yùn)行效率低，電能消耗大。

(2)根據(jù)分析，通過變速可以使其電能節(jié)省5%左右。但是要注意最低速度和速度對運(yùn)量的分段匹配。因此，設(shè)計(jì)了以西門子S7-300PLC為核心的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖和控制程序流程圖。