帶式輸送機永磁自動調(diào)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

耿躍斌

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400）

引言

輸送機是煤礦井下物料運輸?shù)暮诵模涔ぷ鲿r的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下物料運輸?shù)男屎徒?jīng)濟性。目前多數(shù)輸送機系統(tǒng)均采用了異步電機+離合器+減速器+離合器的組合式驅(qū)動模式，運行時的轉(zhuǎn)矩傳遞流程長、效率損失大，同時由于采用了液壓張緊系統(tǒng)，對輸送帶的張力變化反應(yīng)速度差，影響了張緊系統(tǒng)的張緊靈敏性，給輸送機系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行帶來了較大的隱患。

隨著輸送機系統(tǒng)不斷朝著大運量、長距離、高帶速方向發(fā)展，現(xiàn)有的異步電機驅(qū)動、液壓張緊控制模式已經(jīng)無法滿足輸送機的安全調(diào)控需求，因此本文提出了一種新的帶式輸送機永磁自動調(diào)控系統(tǒng)，其采用了永磁電機+聯(lián)軸器驅(qū)動、永磁張緊裝置進(jìn)行自動張緊的控制模式，通過對輸送機運行狀態(tài)的分析，自動調(diào)整永磁電機和張緊裝置的動作狀態(tài)，極大提升了輸送機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

1 永磁自動調(diào)控系統(tǒng)

結(jié)合井下帶式輸送機驅(qū)動控制要求和永磁驅(qū)動電機的工作原理，本文所提出的輸送機永磁自動調(diào)控系統(tǒng)采用了直驅(qū)控制的模式[1]，在輸送機上布置2 套永磁驅(qū)動電機及對應(yīng)的變頻控制裝置，同時為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在該調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)還包含有永磁張緊裝置及對應(yīng)的控制系統(tǒng)，輸送機在運行過程中的所有動作均由永磁自動調(diào)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制，整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制一致性好、靈敏度高的優(yōu)點[2]，能夠顯著提升井下輸送機運行時的穩(wěn)定性和可靠性，該永磁自動調(diào)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可知，該自動調(diào)控系統(tǒng)的核心包括永磁直驅(qū)系統(tǒng)、永磁張緊系統(tǒng)以及綜合控制系統(tǒng)三個部分，在運行過程中綜合控制系統(tǒng)通過對輸送機運行狀態(tài)的監(jiān)測，對輸送機的運行情況進(jìn)行判斷，并將調(diào)節(jié)控制信號發(fā)送給永磁直驅(qū)系統(tǒng)和永磁張緊系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸送機運行情況的靈活調(diào)整和控制。

圖1 永磁自動調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)

永磁直驅(qū)系統(tǒng)是該驅(qū)動控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，直接驅(qū)動輸送機的運行，由于永磁電機的運行特性，在該直驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)，取消了傳統(tǒng)電機驅(qū)動所需的離合器、減速器等，有效地簡化了驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提升了驅(qū)動穩(wěn)定性，該永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

由圖2 可知，該永磁直驅(qū)系統(tǒng)中永磁電機直接通過聯(lián)軸器和驅(qū)動滾筒相連接，不僅減少了運行過程中的轉(zhuǎn)矩?fù)p失，而且減少了啟動和制動過程中的機械沖擊，提升了輸送機驅(qū)動系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和使用壽命，同時由于減少了減速器、液力偶合器等裝置，減少了在運行過程中的噪聲，對優(yōu)化井下作業(yè)環(huán)境具有十分重要的意義。

圖2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 永磁張緊系統(tǒng)

傳統(tǒng)的張緊裝置為液壓系統(tǒng)控制，雖然制動力大、可靠性高，但制動反應(yīng)速度慢、柔性差，在制動過程中的制動沖擊和摩擦力極大，無法滿足輸送機系統(tǒng)高速、大運量情況下的制動可靠性需求。因此本文提出了一種新的永磁張緊系統(tǒng)[4]，該系統(tǒng)以永磁張緊絞車為核心，實現(xiàn)了對張緊裝置的直接控制，具有制動可靠性高、柔性強的特點，其張緊裝置整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[5]。

圖3 永磁張緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3 可知，該系統(tǒng)中儲帶倉通過滑輪組和張緊小車相連接，張緊小車又通過永磁張緊絞車和張緊小車相連接。通過隔爆型變頻器對永磁張緊絞車的運行情況進(jìn)行控制。系統(tǒng)在接收到輸送帶的運行狀態(tài)信息后對系統(tǒng)張緊力是否滿足應(yīng)用進(jìn)行分析，自動分析出調(diào)整量，然后轉(zhuǎn)換為變頻控制信號[6]，通過變頻器輸出張緊絞車運行控制信號，實現(xiàn)對輸送帶張緊力的無沖擊調(diào)節(jié)，有效提升系統(tǒng)制動的靈活性和可靠性。

4 永磁綜合控制系統(tǒng)及應(yīng)用效果

為滿足對永磁電機和永磁張緊裝置的統(tǒng)一控制需求，提出了一種新的永磁綜合控制系統(tǒng)[7]，以井下綜合控制器實現(xiàn)對所有驅(qū)動系統(tǒng)的靈活控制，驅(qū)動器和上位機之間采用高速數(shù)據(jù)總線連接，滿足高速數(shù)據(jù)通信可靠性的需求，綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。在該控制系統(tǒng)中，綜合控制器對驅(qū)動裝置和張緊裝置的運行狀態(tài)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測，然后對輸送機整體的運行情況進(jìn)行分析，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、決策和指令的下達(dá)，通過智能控制策略來實現(xiàn)對永磁驅(qū)動裝置和張緊裝置的自動調(diào)節(jié)，滿足輸送機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性的需求。

圖4 綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

對采用永磁驅(qū)動的輸送機系統(tǒng)和傳統(tǒng)異步電機驅(qū)動的輸送機系統(tǒng)進(jìn)行對比分析，優(yōu)化后輸送機在運行過程中的平均耗電量比優(yōu)化前降低了9.74%，張緊裝置在運行過程中的反應(yīng)速度由最初的6.25 s 降低到了目前的0.13 s，比優(yōu)化前降低了97.9%，對提升輸送機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

1）自動調(diào)控系統(tǒng)的核心包括永磁直驅(qū)系統(tǒng)、永磁張緊系統(tǒng)以及綜合控制系統(tǒng)三個部分，整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制一致性好、靈敏度高的優(yōu)點；

2）永磁直驅(qū)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)電機驅(qū)動所需的離合器、減速器等，有效地簡化了驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提升了驅(qū)動穩(wěn)定性；

3）永磁張緊系統(tǒng)以永磁張緊絞車為核心，直接控制張緊裝置，具有制動可靠性高、柔性強的特點；

4）優(yōu)化后輸送機在運行過程中的平均耗電量比優(yōu)化前降低了9.74%，張緊裝置在運行過程中的反應(yīng)速度比優(yōu)化前降低了97.9%。