煤礦帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能改造方法探究

摘要：煤礦帶式輸送機(jī)作為煤炭開采過程中的重要運(yùn)輸設(shè)備，其能源消耗與環(huán)境影響問題日益凸顯。為符合國(guó)家能源節(jié)約、減排降碳及與推動(dòng)綠色高質(zhì)量發(fā)展的政策導(dǎo)向，煤礦企業(yè)應(yīng)加大對(duì)帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能改造力度。為此， 通過設(shè)計(jì)了一種新型帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種創(chuàng)新的電氣節(jié)能改造策略。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該方法有效降低了煤礦能耗，提升了設(shè)備利用率，同時(shí)降低了安全生產(chǎn)成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：煤礦帶式輸送機(jī)； 電氣節(jié)能； 節(jié)能改造； 能效評(píng)估

Exploration of Electrical Energy Ssaving Renovation Methods for Coal Mine Belt Conveyors

GAO Zhengyuan" CHU Tao" SHAN Haoran" QlU Bin

Zaozhuang Mining Group Gaozhuang Coal Industry Co.， Ltd.，" Ji’ning， Shandong Province， 277600 China

Abstract： As an important transportation equipment in the coal mining process， the energy consumption and environmental impact of coal mine belt conveyors are becoming increasingly prominent. In order to comply with the policy orientation of national energy conservation， emission reduction and carbon reduction， and promote green and high-quality development， coal mining enterprises should increase their efforts in electrical energy-saving renovation of belt conveyors. To this end， a new type of automatic control system for belt conveyors has been designed， and an innovative electrical energy-saving renovation strategy has been proposed based on this. The practical application effect shows that this method effectively reduces coal mine energy consumption， improves equipment utilization， and reduces safety production costs， achieving significant economic and social benefits.

Key W Wwords： Coal mine belt conveyor; Electrical energy conservationsaving; Energy saving renovation; Energy eEfficiency aAssessment

煤炭開采技術(shù)持續(xù)發(fā)展，帶式輸送機(jī)在煤礦中的應(yīng)用廣泛，提升了煤礦作業(yè)效率。然而，復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境與及潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，限制了帶式輸送機(jī)的使用壽命。同時(shí)，帶式輸送機(jī)作為煤礦中的能耗大戶，帶式輸送機(jī)的其節(jié)能改造成為亟需解決的問題。為此，煤礦企業(yè)要合理選型設(shè)備，確保高效、低耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。；同時(shí)，科學(xué)運(yùn)用電氣節(jié)能技術(shù)，強(qiáng)化設(shè)備的維護(hù)管理，提升設(shè)備效能，促進(jìn)能源節(jié)約。

1帶式輸送機(jī)的工作原理

煤礦帶式輸送機(jī)作為物料連續(xù)輸送的關(guān)鍵設(shè)備，其核心機(jī)制在于運(yùn)用皮帶作為物料傳輸與承載的媒介。，通過滾筒與托輥間產(chǎn)生的摩擦力，驅(qū)動(dòng)皮帶進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。此設(shè)備專為煤礦井下設(shè)計(jì)，能夠滿足大流量、長(zhǎng)距離的物料運(yùn)輸需求，并展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)便利等優(yōu)勢(shì)。

煤礦帶式輸送機(jī)的主要構(gòu)成部分包括以下幾個(gè)關(guān)鍵元件：。（1）驅(qū)動(dòng)裝置：。該裝置集成了電動(dòng)機(jī)、減速器以及、制動(dòng)器等核心組件，其主要職責(zé)是為電機(jī)提供穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；。（2）驅(qū)動(dòng)滾輪：。其作為皮帶機(jī)的核心動(dòng)力源，它依賴與皮帶間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)皮帶進(jìn)行移動(dòng)；。（3）換向滾輪：。其作用在于調(diào)整皮帶的運(yùn)動(dòng)方向，確保物料能夠按照既定的路徑被準(zhǔn)確輸送；。（4）支撐皮帶移動(dòng)的托輥系統(tǒng)：。該系統(tǒng)由上托輥群與下托輥群共同構(gòu)建，為皮帶提供了必要的支撐與導(dǎo)向功能；。（5）膠帶：。其作為皮帶機(jī)的主體承載結(jié)構(gòu)，通常由多層高強(qiáng)度、耐磨損的膠布復(fù)合而成，能夠可靠地承載并傳遞物料[1]。

在煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)通過減速器將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)滾輪，驅(qū)動(dòng)滾輪則利用摩擦力帶動(dòng)皮帶進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。物料被放置在皮帶上，隨著皮帶的移動(dòng)被連續(xù)地輸送至指定位置。在整個(gè)輸送過程中，換向滾輪確保了皮帶能夠按照預(yù)定的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)向，而托輥系統(tǒng)則保證了皮帶在運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性與可靠性，從而確保了整個(gè)輸送過程的順利進(jìn)行。

2煤礦帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能改造方法

2.1節(jié)能管控軟件系統(tǒng)

煤礦帶式輸送機(jī)作為煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵，其功能對(duì)整體作業(yè)效率產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。當(dāng)前，盡管許多煤礦已采用變頻調(diào)速技術(shù)來控制皮帶輸送機(jī)，并取得了一定效果，但皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)頻繁變化，傳統(tǒng)調(diào)速技術(shù)難以全面適應(yīng)，能耗問題依舊突出。因此，構(gòu)建一套更高效、科學(xué)的電氣節(jié)能管控體系，是降低皮帶輸送機(jī)能耗的重要途徑。

基于此，本文提出了一種基于C語言的能耗監(jiān)測(cè)與控制軟件設(shè)計(jì)方案。該軟件集成了系統(tǒng)初始化、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、及電機(jī)控制等功能模塊。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，軟件設(shè)計(jì)采用負(fù)載傳感器預(yù)設(shè)參數(shù)與實(shí)際測(cè)量值相結(jié)合的方法。在系統(tǒng)計(jì)時(shí)器時(shí)鐘頻率為75 MHz ，且自動(dòng)加載數(shù)值設(shè)定為900的條件下，脈寬調(diào)制（Pulse-Width Modulation ，PWM）信號(hào)的輸出頻率可達(dá)80 KHz，而PWM信號(hào)的輸出則依據(jù)對(duì)比值CCRx進(jìn)行調(diào)整。

此外，本文還設(shè)計(jì)了一套基于USB接口的嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與節(jié)能控制。該系統(tǒng)通過對(duì)比預(yù)設(shè)品質(zhì)指標(biāo)與實(shí)際測(cè)量值，將結(jié)果輸入至控制器，進(jìn)而對(duì)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過這種方式，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載情況靈活調(diào)整皮帶輸送機(jī)的工作狀態(tài)，從而有效降低能耗[2]。

2.2煤流智能監(jiān)測(cè)

在煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，煤流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)速具有重要意義。本文采用激光發(fā)射裝置與高清相機(jī)相結(jié)合的方式，對(duì)皮帶上煤炭的裝載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先，通過光電相機(jī)的定點(diǎn)校準(zhǔn)，獲取煤量的空間分布圖像；其次然后，利用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的煤炭圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，并通過激光干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)高清圖像的清晰分離。在此基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的圖像處理算法，對(duì)煤塊進(jìn)行在線檢測(cè)與識(shí)別，提取煤塊的外形輪廓，并生成閉合包絡(luò)曲線。通過計(jì)算包絡(luò)線的長(zhǎng)度，可以確定煤區(qū)的閉合區(qū)域，進(jìn)而分析煤的分布截面特性。根據(jù)煤粉濃度，可以計(jì)算出皮帶上的煤流分布情況，為皮帶輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)速提供科學(xué)依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)速，本文首先收集了運(yùn)輸順槽、集中運(yùn)輸巷、和主傾斜線等關(guān)鍵部位的皮帶輸送距離數(shù)據(jù)，并建立了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其中，皮帶速度和輸送距離是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵參數(shù)。通過計(jì)算輸送長(zhǎng)度和輸送速度，可以預(yù)測(cè)皮帶輸送機(jī)的煤炭流量、輸送速度以及與輸送至下一皮帶的時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)比實(shí)際皮帶速度與預(yù)測(cè)皮帶速度，適時(shí)對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行加速或減速調(diào)節(jié)。在皮帶輸送機(jī)的前端安裝了隔爆型控制盒，用于接收原有皮帶機(jī)主控系統(tǒng)的操作指令，并根據(jù)皮帶上的煤量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的變頻調(diào)速與節(jié)能傳動(dòng)。在每個(gè)煤炭裝載點(diǎn)處，安裝了激光型礦用隔爆型煤量探測(cè)器和控制器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)落在膠帶上的煤面情況，并將數(shù)據(jù)傳輸至帶式輸送機(jī)前端的隔爆型控制盒，為變頻調(diào)節(jié)提供精確的數(shù)據(jù)支持。在調(diào)速過程中，由于皮帶機(jī)的運(yùn)行速度不斷變化，需要實(shí)時(shí)對(duì)比當(dāng)前皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)頻率的輸出轉(zhuǎn)速，以確保提供精確的轉(zhuǎn)速保護(hù)，并與集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。在皮帶機(jī)前端的主控箱上，LCD屏幕能夠精確顯示當(dāng)前皮帶機(jī)在速度調(diào)節(jié)過程中的工作狀態(tài)和關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)[3]。

2.3傳輸速度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

皮帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率是評(píng)估其能效與經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)。為此，本研究采納了GSH5型井下專用的轉(zhuǎn)速傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)速度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)施細(xì)節(jié)上，該傳感器被安裝于皮帶輸送機(jī)滾筒的一端，通過捕捉永磁鐵隨滾筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來工作。具體而言，一定數(shù)量的永磁鐵被均勻鑲嵌于滾筒表面，每當(dāng)磁鐵經(jīng)過傳感器時(shí)，即觸發(fā)一次脈沖信號(hào)?；诨魻栃?yīng)的理論基礎(chǔ)，結(jié)合磁鐵數(shù)量、滾筒周長(zhǎng)以及與傳感器接收的脈沖頻次，可以精確推算出皮帶輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度[4]。

2.4部署智能巡檢機(jī)器人

皮帶輸送機(jī)面臨復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，如高粉塵濃度、長(zhǎng)期重載運(yùn)行和長(zhǎng)距離傳輸，傳統(tǒng)的人工巡檢方式已難以滿足高效性與全面性的要求。因此，為降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升巡檢效率、減少人力投入的目標(biāo)，可以部署智能巡檢機(jī)器人，。

智能巡檢機(jī)器人集成了智能攝像頭、無線通訊基站、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及和天軌裝置。，其中，天軌設(shè)計(jì)類似于單軌吊，依靠電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠沿預(yù)設(shè)軌道進(jìn)行精確、高效的往返移動(dòng)。此外，智能巡檢機(jī)器人還裝備了豐富的傳感器套件，包括紅外熱成像儀、聲音探測(cè)器、氣體濃度傳感器等，能夠全方位、多維度地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這些傳感器替代了人工巡檢，實(shí)現(xiàn)了對(duì)皮帶輸送機(jī)及其周邊環(huán)境的精細(xì)監(jiān)控。更重要的是，機(jī)器人所搭載的傳感器能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字化，并通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智能分析算法，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與解析。這一過程不僅提供了對(duì)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)評(píng)估，還借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的早期預(yù)警與預(yù)測(cè)，有效縮短了設(shè)備故障導(dǎo)致的停工時(shí)間，顯著提升了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

3仿真實(shí)證研究

3.1模擬平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

本研究利用Simulink構(gòu)建虛擬樣機(jī)，模擬皮帶輸送機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)特性、變頻調(diào)速與及負(fù)載變化。選用630kW異步電動(dòng)機(jī)，設(shè)定減速器傳動(dòng)比、皮帶輪直徑等參數(shù)。研發(fā)無位置傳感器矢量控制變頻器模型，構(gòu)建負(fù)載變化模型，模擬實(shí)際作業(yè)場(chǎng)景與及外界因素干擾。規(guī)劃兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：恒速運(yùn)行對(duì)照組與變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)組，研究功率因數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、皮帶張力等，探討控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果顯著[5]。

3.2能效評(píng)估與經(jīng)濟(jì)性分析

表1模擬計(jì)算結(jié)果顯示，變頻調(diào)速方案效果顯著。表1顯示：，變頻控制下，系統(tǒng)工作效率提升18.2%，輸入動(dòng)力波動(dòng)性大幅降低，電機(jī)速度基準(zhǔn)誤差減少63.4%，最大張力下降35.2%。表2對(duì)比兩種控制方式下1" h能耗，變頻控制下能耗降低至7886 kW，年節(jié)約電能約140萬kW，節(jié)省電費(fèi)70余萬元。此外，該方案還能延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低維修成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

煤炭開采技術(shù)持續(xù)發(fā)展，帶式輸送機(jī)在煤礦中的應(yīng)用廣泛提升了煤礦作業(yè)效率。然而，復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境與潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)限制了帶式輸送機(jī)的使用壽命。同時(shí)，帶式輸送機(jī)作為煤礦中的能耗大戶，其節(jié)能改造成為亟需解決的問題。為此，煤礦企業(yè)要合理選型設(shè)備，確保高效、低耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)；同時(shí)，科學(xué)運(yùn)用電氣節(jié)能技術(shù)，強(qiáng)化設(shè)備的維護(hù)管理，提升設(shè)備效能，促進(jìn)能源節(jié)約。

1帶式輸送機(jī)的工作原理

煤礦帶式輸送機(jī)作為物料連續(xù)輸送的關(guān)鍵設(shè)備，其核心機(jī)制在于運(yùn)用皮帶作為物料傳輸與承載的媒介，通過滾筒與托輥間產(chǎn)生的摩擦力，驅(qū)動(dòng)皮帶進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。此設(shè)備專為煤礦井下設(shè)計(jì)，能夠滿足大流量、長(zhǎng)距離的物料運(yùn)輸需求，并展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)便利等優(yōu)勢(shì)。

煤礦帶式輸送機(jī)的主要構(gòu)成部分包括以下幾個(gè)關(guān)鍵元件。（1）驅(qū)動(dòng)裝置。該裝置集成了電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器等核心組件，其主要職責(zé)是為電機(jī)提供穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）驅(qū)動(dòng)滾輪。其作為皮帶機(jī)的核心動(dòng)力源，依賴與皮帶間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)皮帶進(jìn)行移動(dòng)。（3）換向滾輪。其作用在于調(diào)整皮帶的運(yùn)動(dòng)方向，確保物料能夠按照既定的路徑被準(zhǔn)確輸送。（4）支撐皮帶移動(dòng)的托輥系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上托輥群與下托輥群共同構(gòu)建，為皮帶提供了必要的支撐與導(dǎo)向功能。（5）膠帶。其作為皮帶機(jī)的主體承載結(jié)構(gòu)，通常由多層高強(qiáng)度、耐磨損的膠布復(fù)合而成，能夠可靠地承載并傳遞物料[1]。

在煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)通過減速器將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)滾輪，驅(qū)動(dòng)滾輪利用摩擦力帶動(dòng)皮帶進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。物料被放置在皮帶上，隨著皮帶的移動(dòng)被連續(xù)地輸送至指定位置。在整個(gè)輸送過程中，換向滾輪確保了皮帶能夠按照預(yù)定的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)向，托輥系統(tǒng)則保證了皮帶在運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性與可靠性，從而確保了整個(gè)輸送過程的順利進(jìn)行。

2煤礦帶式輸送機(jī)的電氣節(jié)能改造方法

2.1節(jié)能管控軟件系統(tǒng)

煤礦帶式輸送機(jī)作為煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵，其功能對(duì)整體作業(yè)效率產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。當(dāng)前，盡管許多煤礦已采用變頻調(diào)速技術(shù)來控制皮帶輸送機(jī)并取得了一定效果，但皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)頻繁變化，傳統(tǒng)調(diào)速技術(shù)難以全面適應(yīng)，能耗問題依舊突出。因此，構(gòu)建一套更高效、科學(xué)的電氣節(jié)能管控體系是降低皮帶輸送機(jī)能耗的重要途徑。

基于此，本文提出了一種基于C語言的能耗監(jiān)測(cè)與控制軟件設(shè)計(jì)方案。該軟件集成了系統(tǒng)初始化、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、電機(jī)控制等功能模塊。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，軟件設(shè)計(jì)采用負(fù)載傳感器預(yù)設(shè)參數(shù)與實(shí)際測(cè)量值相結(jié)合的方法。在系統(tǒng)計(jì)時(shí)器時(shí)鐘頻率為75 MHz 且自動(dòng)加載數(shù)值設(shè)定為900的條件下，脈寬調(diào)制（Pulse-Width Modulation ，PWM）信號(hào)的輸出頻率可達(dá)80 KHz，而PWM信號(hào)的輸出則依據(jù)對(duì)比值CCRx進(jìn)行調(diào)整。

此外，本文還設(shè)計(jì)了一套基于USB接口的嵌入式系統(tǒng)，用于能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與節(jié)能控制。該系統(tǒng)通過對(duì)比預(yù)設(shè)品質(zhì)指標(biāo)與實(shí)際測(cè)量值，將結(jié)果輸入控制器，進(jìn)而對(duì)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過這種方式，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載情況靈活調(diào)整皮帶輸送機(jī)的工作狀態(tài)，從而有效降低能耗[2]。

2.2煤流智能監(jiān)測(cè)

在煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，煤流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)速具有重要意義。本文采用激光發(fā)射裝置與高清相機(jī)相結(jié)合的方式，對(duì)皮帶上煤炭的裝載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先，通過光電相機(jī)的定點(diǎn)校準(zhǔn)，獲取煤量的空間分布圖像；其次，利用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的煤炭圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，并通過激光干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)高清圖像的清晰分離。在此基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的圖像處理算法，對(duì)煤塊進(jìn)行在線檢測(cè)與識(shí)別，提取煤塊的外形輪廓，并生成閉合包絡(luò)曲線。通過計(jì)算包絡(luò)線的長(zhǎng)度，可以確定煤區(qū)的閉合區(qū)域，進(jìn)而分析煤的分布截面特性。根據(jù)煤粉濃度，可以計(jì)算出皮帶上的煤流分布情況，為皮帶輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)速提供科學(xué)依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)速，本文首先收集了運(yùn)輸順槽、集中運(yùn)輸巷、主傾斜線等關(guān)鍵部位的皮帶輸送距離數(shù)據(jù)，并建立了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其中，皮帶速度和輸送距離是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵參數(shù)。通過計(jì)算輸送長(zhǎng)度和輸送速度，可以預(yù)測(cè)皮帶輸送機(jī)的煤炭流量、輸送速度與輸送至下一皮帶的時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)比實(shí)際皮帶速度與預(yù)測(cè)皮帶速度，適時(shí)對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行加速或減速調(diào)節(jié)。在皮帶輸送機(jī)的前端安裝了隔爆型控制盒，用于接收原有皮帶機(jī)主控系統(tǒng)的操作指令，并根據(jù)皮帶上的煤量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的變頻調(diào)速與節(jié)能傳動(dòng)。在每個(gè)煤炭裝載點(diǎn)處安裝了激光型礦用隔爆型煤量探測(cè)器和控制器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)落在膠帶上的煤面情況，并將數(shù)據(jù)傳輸至帶式輸送機(jī)前端的隔爆型控制盒，為變頻調(diào)節(jié)提供精確的數(shù)據(jù)支持。在調(diào)速過程中，由于皮帶機(jī)的運(yùn)行速度不斷變化，需要實(shí)時(shí)對(duì)比當(dāng)前皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)頻率的輸出轉(zhuǎn)速，以確保提供精確的轉(zhuǎn)速保護(hù)，并與集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。在皮帶機(jī)前端的主控箱上，LCD屏幕能夠精確顯示當(dāng)前皮帶機(jī)在速度調(diào)節(jié)過程中的工作狀態(tài)和關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)[3]。

2.3傳輸速度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

皮帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率是評(píng)估其能效與經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)。為此，本研究采納了GSH5型井下專用的轉(zhuǎn)速傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)速度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)施細(xì)節(jié)上，該傳感器被安裝于皮帶輸送機(jī)滾筒的一端，通過捕捉永磁鐵隨滾筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來工作。具體而言，一定數(shù)量的永磁鐵被均勻鑲嵌于滾筒表面，每當(dāng)磁鐵經(jīng)過傳感器時(shí)，即觸發(fā)一次脈沖信號(hào)?；诨魻栃?yīng)的理論基礎(chǔ)，結(jié)合磁鐵數(shù)量、滾筒周長(zhǎng)與傳感器接收的脈沖頻次，可以精確推算出皮帶輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度[4]。

2.4部署智能巡檢機(jī)器人

皮帶輸送機(jī)面臨復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，如高粉塵濃度、長(zhǎng)期重載運(yùn)行和長(zhǎng)距離傳輸，傳統(tǒng)的人工巡檢方式已難以滿足高效性與全面性的要求。因此，為降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升巡檢效率、減少人力投入的目標(biāo)，可以部署智能巡檢機(jī)器人。

智能巡檢機(jī)器人集成了智能攝像頭、無線通訊基站、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和天軌裝置，其中，天軌設(shè)計(jì)類似于單軌吊，依靠電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠沿預(yù)設(shè)軌道進(jìn)行精確、高效的往返移動(dòng)。此外，智能巡檢機(jī)器人還裝備了豐富的傳感器套件，包括紅外熱成像儀、聲音探測(cè)器、氣體濃度傳感器等，能夠全方位、多維度地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這些傳感器替代了人工巡檢，實(shí)現(xiàn)了對(duì)皮帶輸送機(jī)及其周邊環(huán)境的精細(xì)監(jiān)控。更重要的是，機(jī)器人所搭載的傳感器能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字化，并通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智能分析算法，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與解析。這一過程不僅提供了對(duì)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)評(píng)估，還借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)的早期預(yù)警與預(yù)測(cè)，有效縮短了設(shè)備故障導(dǎo)致的停工時(shí)間，顯著提升了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性[5]。

3仿真實(shí)證研究

3.1模擬平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

本研究利用Simulink構(gòu)建虛擬樣機(jī)，模擬皮帶輸送機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)特性、變頻調(diào)速與負(fù)載變化。選用630kW異步電動(dòng)機(jī)，設(shè)定減速器傳動(dòng)比、皮帶輪直徑等參數(shù)。研發(fā)無位置傳感器矢量控制變頻器模型，構(gòu)建負(fù)載變化模型，模擬實(shí)際作業(yè)場(chǎng)景與外界因素干擾。規(guī)劃兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：恒速運(yùn)行對(duì)照組與變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)組，研究功率因數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、皮帶張力等，探討控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果顯著[6]。

3.2能效評(píng)估與經(jīng)濟(jì)性分析

表1模擬計(jì)算結(jié)果顯示，變頻調(diào)速方案效果顯著：變頻控制下，系統(tǒng)工作效率提升18.2%，輸入動(dòng)力波動(dòng)性大幅降低，電機(jī)速度基準(zhǔn)誤差減少63.4%，最大張力下降35.2%。

4結(jié)語

綜上所述，面對(duì)煤炭資源在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整中的高效利用要求，針對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行速率與負(fù)載波動(dòng)大、重載運(yùn)行損耗高的問題，通過優(yōu)化傳動(dòng)方式減小工作阻力是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效手段。本研究通過仿真驗(yàn)證與能效分析，充分證明了變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能改造中的顯著成效，為行業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

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