不同工況下帶式輸送機能耗的影響分析

王路瑤

（晉能控股煤業(yè)集團宏泰礦山工程建設(shè)大同有限公司，山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是以輸送帶傳輸為主的運輸設(shè)備，還兼有牽引和承載裝置[1]，也是目前常用的散裝物料運輸設(shè)備，具有運行可靠、易實現(xiàn)自動化以及生產(chǎn)效率高[2]等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于煤炭的開采運輸行業(yè)中，尤其是現(xiàn)代化高產(chǎn)高效的大型礦井生產(chǎn)中[3]。帶式輸送機的主要組成部件有傳動裝置、張緊裝置、輸送膠帶、托輥以及制動裝置[4]等，因此，帶式輸送機的工作原理為：輸送帶經(jīng)機頭、機尾轉(zhuǎn)向滾筒和驅(qū)動滾筒形成閉環(huán)系統(tǒng)，而上下托輥分別用來支承承載、回程輸送帶[5]；在煤炭輸送過程中，電動機驅(qū)動各滾筒進行同向旋轉(zhuǎn)，張緊裝置對輸送帶執(zhí)行張緊動作，輸送帶和驅(qū)動滾筒作用產(chǎn)生的摩擦力帶動輸送帶以及其上的煤炭進行輸送，完成原煤輸送作業(yè)[6]。由于帶式輸送機的牽引力是依靠滾筒和膠帶間作用形成的摩擦力，所以必須采用張緊裝置使它們張緊，進而使它們產(chǎn)生足夠的摩擦力來帶動帶式輸送機的運行[7]。在輸送機運行中，會產(chǎn)生各種各樣的阻力，比如傾斜阻力、特殊阻力和附加阻力等，這些都會增加帶式輸送機的功耗[8-9]，因此，為降低帶式輸送機的能耗，達到高效節(jié)能的目的，本文對不同物料種類、物料載荷分布情況、載荷大小以及帶速等影響帶式輸送機能耗的主要因素進行分析，確定合適的帶速，不僅可以保障物料的傳輸效率，還可以達到降低能耗的目的。

1 不同物料種類對輸送機能耗的影響分析

本文選取兩類不同散裝物料，第一類為散料煤，密度是1 600 kg/m3；第二類為鐵礦砂，密度是4 600 kg/m3，品位53.8%左右。帶式輸送機設(shè)定帶速是1.8 m/s 運行，載荷選取均勻的布料形式。試驗具體操作流程為：起動開始后，逐漸增加輸送機的帶速，直至達到預(yù)設(shè)速度大小后勻速運行，此時，選取人工均勻上料的模式，并在皮帶運行過程中，在兩類載荷量分別為20 kg、36 kg 和72 kg 時，記錄兩類不同物料的輸送功率大小和輸送時間，得到表1 所示的數(shù)據(jù)。

從表1 可以看出，在載荷大小、分布情況以及帶速不變的情況下，不同物料種類在輸送中消耗的能量差別不是很大，對于密度比較大的鐵礦砂，相比于散料煤，功率稍大，但是增加的也不明顯。對于輸送時間，兩類物料表現(xiàn)出明顯的差別，尤其是在載荷量比較大時，兩類物料輸送時間相差較大，這也會造成功耗有一定的差別。因此，綜上分析可知，輸送時間對帶式輸送機的能耗影響比較大。

表1 不同物料種類對帶式輸送機能耗的影響

2 不同物料載荷量對輸送機能耗的影響分析

本次試驗中，當(dāng)帶式輸送機帶速達到1.8 m/s 后穩(wěn)定運行，變頻器輸入頻率設(shè)置為30 Hz，選取人工均勻加載鐵礦砂，不同載荷大小分別為20 kg、36 kg 和72 kg，記錄輸送機能耗隨不同載荷的變化規(guī)律，得到圖1 所示的曲線。

圖1 帶式輸送機能耗隨不同載荷量的變化曲線

從圖1 中可看出，在輸送機輸送鐵礦砂時，36 kg載荷量的平均功率相比于20 kg 載荷量幾乎沒有增加，僅在運輸時間上有大約5 s 的增幅；72 kg 載荷量的平均功率相比于20 kg 載荷量，功率增加不到10 W，運輸時間增長大約9 s。因此，在輸送機帶速、載荷種類不變的前提下，帶式輸送機功率消耗隨物料載荷量的增加呈現(xiàn)出一定的增長趨勢，但是結(jié)果也并不是很明顯。

3 不同物料載荷分布對帶式輸送機能耗的影響分析

本次試驗設(shè)置帶式輸送機的帶速是1.8 m/s，并以鐵礦砂為對象，分別采用均勻布料、每間隔一段布料的方式以及僅在一個區(qū)間內(nèi)堆積布料的方式加載物料，將72 kg 的鐵礦砂加載到帶式輸送機上，記錄隨載荷分布時，帶式輸送機的能耗變化情況，得到表2所示的變化曲線。

表2 不同物料載荷分布對帶式輸送機能耗的影響

從表2 可以看出，帶式輸送機的能耗隨物料載荷分布不均而增加，其中，采用每間隔一段布料的方式使帶式輸送機功率增加的比較大，而采用均勻布料的方式，使輸送機的能耗最大，這可能是因為采用人工上料不能很好地保證物料的均勻性。因此，如果要降低這種波動，就需要減少物料上料的時間，這樣雖然便于人員的控制[10]，但會增加物料運輸時間。所以，綜上，帶式輸送機能耗與布料的方式有關(guān)。

4 帶速對帶式輸送機能耗的影響分析

本試驗選用鐵礦砂，并采用均勻上料的物料加載方式，分析不同帶速1.8 m/s、2.4 m/s 和3 m/s 時，對帶式輸送機從空載啟動到勻速運行過程中能耗的影響情況，得到圖2 所示的變化曲線。

從圖2 中可看出，帶式輸送機能耗隨時間的變化幾乎呈現(xiàn)出線性的變化趨勢，且當(dāng)帶速是3 m/s 時，隨時間推移，輸送機的功率增大趨勢最明顯；帶速是1.8 m/s 時，功率增大的比例最小。因此，帶式輸送機的功率隨帶速的增加而增大。

為更深入研究帶速對輸送機功率的影響，本文選用36 kg 的載荷量，分別研究在恒定帶速是1.8 m/s、2.4 m/s 和3 m/s 運行時，帶式輸送機的功率消耗情況，得到圖3 所示的變化曲線。

從圖3 中可看出，當(dāng)物料載荷量一定時，采用勻速的運輸模式，隨著帶速的增大，帶式輸送機的功率呈現(xiàn)相對增長的趨勢。因此，通過對比圖2 和圖3 可知，帶速會影響帶式輸送機的功率，且在一定條件下，兩者呈現(xiàn)出近似正比的變化關(guān)系。

圖2 帶式輸送機能耗隨不同帶速的變化曲線

圖3 36 kg 載荷量、恒定帶速下帶式輸送機的功率變化曲線

5 結(jié)語

本文以帶式輸送機為研究對象，為降低其系統(tǒng)能耗所造成的浪費，系統(tǒng)地分析了不同物料種類、物料載荷分布情況、載荷大小以及帶速對帶式輸送機功率的影響規(guī)律，結(jié)果表明：不同物料種類對輸送機的功率影響不明顯；輸送機的功率隨物料載荷量的增加而呈現(xiàn)一定的增長趨勢，但是也不明顯；物料載荷分布不均也會使輸送機的功率增加；帶速對輸送機功率也有一定的影響，且兩者近似存在正比變化關(guān)系。