輸送機智能張緊系統(tǒng)的優(yōu)化研究

馮博旭

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司四臺礦，山西 大同 037000）

引言

作為煤礦井下物料運輸?shù)暮诵?，帶式輸送機在運行過程中的穩(wěn)定性直接決定了物料運輸?shù)陌踩?，隨著輸送機不斷向著長距離、高帶速、大運量方向發(fā)展，輸送帶的黏彈性特性對運行穩(wěn)定性的影響越發(fā)的突出，因此在輸送機系統(tǒng)中均設(shè)置有張緊裝置，通過對輸送帶有效工作長度的調(diào)整來確保輸送帶在運行過程中不出現(xiàn)打滑、跑偏等異常。但由于目前多數(shù)張緊裝置采用了液壓控制，雖然制動力大但反應(yīng)速度慢、可靠性差，對輸送帶張緊力的調(diào)節(jié)偏差大，無法滿足輸送機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的需求。

針對目前帶式輸送機張緊系統(tǒng)的現(xiàn)狀和實際需求，本文提出一種新的輸送機智能張緊系統(tǒng)，采用永磁電機和變頻器為核心構(gòu)架，以實現(xiàn)對輸送機張力變化的快速響應(yīng)，解決傳統(tǒng)液壓張緊系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)精度差的難題。

1 張緊裝置控制系統(tǒng)

根據(jù)分析，新的輸送機張緊裝置控制系統(tǒng)包括了監(jiān)測單元、張緊絞車、控制中心等，該智能張緊控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統(tǒng)中監(jiān)測裝置主要是設(shè)置在輸送帶上的張力傳感器和設(shè)置在機架上的懸垂度傳感器，張力傳感器用于監(jiān)測輸送帶運行時的張力，懸垂度傳感器用于監(jiān)測運行過程中輸送帶的懸垂度，通過雙重判斷邏輯確保對輸送機運行狀態(tài)判斷的精確性，避免運行時帶速波動而產(chǎn)生誤判情況[2]。張緊裝置則保護了永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)確保張緊裝置的電能供應(yīng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)用于確保張緊裝置收到調(diào)節(jié)控制信號后快速進行輸送帶張力調(diào)節(jié)，控制中心則是整個智能張緊系統(tǒng)的核心，用于接收監(jiān)控系統(tǒng)的信號判斷輸送帶的狀態(tài)，根據(jù)判斷結(jié)果向張緊裝置發(fā)出調(diào)整信號，保證輸送機系統(tǒng)的正常運行。冷卻系統(tǒng)則是在絞車處設(shè)置有冷卻管路，通過循環(huán)冷卻液的方式對工作后的絞車進行降溫，滿足持續(xù)調(diào)整的需求。

圖1 輸送機智能張緊裝置控制系統(tǒng)

根據(jù)輸送機系統(tǒng)的實際情況，設(shè)置輸送機在啟動時機頭位置的張力應(yīng)為穩(wěn)定運行時張力的1.5倍，停機制動時的張力則應(yīng)為穩(wěn)定運行時的0.8倍，在輸送機正常運行時，其張力的變化范圍應(yīng)為設(shè)定值的0.9～1.1倍，以此為基礎(chǔ)設(shè)置控制系統(tǒng)在不同階段張緊裝置的控制邏輯，在不同階段超過控制范圍后系統(tǒng)將控制電機運轉(zhuǎn)，對輸送帶的張力進行調(diào)整，若輸送帶的張力忽然變?yōu)?，則說明輸送帶斷帶，則張緊裝置立刻停止工作。

2 張緊裝置工作原理

傳統(tǒng)液壓控制方案的不足主要在于反應(yīng)速度慢、調(diào)控精度差，無法對輸送帶張力的變化進行及時響應(yīng)，因此本文提出采用永磁同步電機帶動絞車進行快速調(diào)整的方案，優(yōu)化后的張緊裝置結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示[3]。

圖2 新型輸送機張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2可知，該新型張緊裝置中，張緊小車設(shè)置在固定的滑動軌道上，電動絞車的傳動軸兩側(cè)分別通過聯(lián)軸器和永磁同步電機、電磁制動裝置相連接，永磁電機用于驅(qū)動絞車的運行，電磁制動裝置則處于常開狀態(tài)[4]，當輸送帶張力過大時系統(tǒng)及時對絞車進行制動，防止輸送帶的張力過大，影響運行穩(wěn)定性。在實際運行時系統(tǒng)通過監(jiān)測輸送帶的張緊力和懸垂度，經(jīng)過濾波分析后確定輸送帶的狀態(tài)，然后輸出控制調(diào)節(jié)信號，控制變頻器輸出調(diào)節(jié)信號，實現(xiàn)對永磁同步電機轉(zhuǎn)速的靈活控制。

3 應(yīng)用情況分析

為了對該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行研究，以井下帶式輸送機系統(tǒng)為例，對張緊裝置進行改造，然后對優(yōu)化前后的實際張緊控制情況進行分析。輸送帶系統(tǒng)的全長為3 200 m，輸送機運行時的平均帶速為4 m/s，輸送帶的寬度為1 800 mm，額定運輸量為3 400 t/h，所用的輸送帶的彈性模量為15 000 N/mm2，抗拉強度為1 900 N/mm2，輸送機采用了自移式機尾，實際對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后張緊特性對比

由實際對比結(jié)果可知，優(yōu)化后張緊張力達到指定要求的時間約為0.12 s，比優(yōu)化前的0.3 s降低了約60%，在調(diào)整過程中和理論調(diào)整值的偏差量約為0.4 kN，比優(yōu)化前的1.5 kN降低了約73.3%，同時通過對優(yōu)化前后輸送帶因張力調(diào)整不及時導致的故障數(shù)量進行統(tǒng)計，優(yōu)化后的輸送帶打滑、跑偏事故率比優(yōu)化前降低了92.7%，由此可知，優(yōu)化后極大地提升了輸送機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)論

1）新的輸送機張緊裝置控制系統(tǒng)包括監(jiān)測單元、張緊絞車、控制中心等，能夠滿足輸送機在不同運行狀態(tài)下精確調(diào)整的需求；

2）永磁同步電機帶動絞車進行快速調(diào)整的方案能夠?qū)崿F(xiàn)對絞車運行狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)，可滿足快速調(diào)整輸送帶張力的需求；

3）新控制系統(tǒng)能夠?qū)埦o裝置的反應(yīng)時間降低約60%，將張力調(diào)整的精確性提升73.3%，將輸送機運行過程中因張力調(diào)整不及時導致的打滑、跑偏事故率降低了92.7%，對提升輸送機系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。