邢 辉

（晋能控股煤业集团朔州朔煤王坪煤电公司，山西 朔州 038300）

引言

我国煤矿企业正处于智能化高速发展时期，矿井设备也正朝着高性能、高可靠性、高智能化等多方向高速更新[1]。井下运输系统的高效运行决定着煤矿的开采速度。带式输送机属于远程输送设备，其特殊的结构决定了其需要使用多电机驱动，多电机之间协调节能是带式输送机的主要节能环节。多电机驱动就会造成功率负载分配不均匀，同时造成功率浪费以及安全性降低。三相异步电动机相互协调能否高效工作是决定带式输送机高效工作的关键[2]。对电机采用有效的节能措施具有一定的经济及社会价值。

1 带式输送机的动态特性分析

带式输送机的胶带通常是由外层橡胶和内部钢绳芯共同组成的，由于橡胶的特殊性使得带式输送机有一定的弹塑性。电机的不稳定运行使得胶带收到的张力不断变化，所以研究胶带的动态特性对电机的运行有很大的影响。胶带在运行过程中会受到很多的应力，通过查阅相关文献，带式输送机的胶带可以等效成为黏弹性模型[3]。

黏弹性模型固有的五种特性为：

1）应变非线性特性。带式输送机的胶带在分析受力应变时，其规律是非线性特性。

2）滞后特性。带式输送机在运行过程中由于受到力的变化，从而会发生胶带的伸缩与恢复，由于胶带的的磨损程度不同，皮带的恢复速度就会发生变化，恢复到原状的时间不同，就说明胶带的滞后特性不同。

3）蠕变特性。输送带在空载到负载再到卸载是一个缓慢变化的过程，完全符合蠕变特性。

4）松弛特性。带式输送机胶带在卸载后，会逐渐恢复到稳定状态，慢慢收缩的过程是一个缓慢的过程，遵循松弛特性。

5）频率特性。带式输送机的胶带在受载荷时会随着加载频率的变化而变化，这种特性称为频率特性。

本文选用Kelvin-Voigt模型作为带式输送机输送带的等效模型。

Kelvin-Voigt的数学模型表示为：

式中，σ为胶带应力；ε为胶带应变；E为弹性体单位宽度弹性模量；ξ为黏性体黏滞系数。

2 带式输送机电机功率控制研究

带式输送机的运行带速直接影响着电机的输出功率，而电机功率控制技术是指通过减少电机的输出功率来使负载大小与驱动功率相匹配的技术。带式输送机的运行架构将电机总阻力划分为四种：基本阻力（中间段阻力）、倾斜阻力、附加阻力和特殊阻力[4]。当长距离输送时，忽略特殊阻力及附加阻力，可得带式输送机客服阻力做功所需的牵引力为：

式中：C为系数；f为模拟磨擦系数；L为输送机长度（头、尾滚筒中心距）；g为重力加速度；qR0、qRu为承载、回程分支托辊每米长度旋转部分质量；qB为每米长输送带的质量；qG为每米长输送物料的质量。传动功率计算公式：

传动功率计算：

式中：PA为传动滚筒轴所需功率；vp为带速。

驱动电机轴所需功率PM，即带式输送机所需正功率：

式中：η1为减速器运行效率，由减速器相关数据手册查得，一般取0.78～0.95，η2为变频器驱动效率，一般取0.95～1。

带式输送机要充分考虑到电流的影响，还要同时保证电机的运行速度，这就需要保证多电机之间的功率分配均匀，通过加设变频器和PLC的内部PI调节器来保证对变频调速装置进行有效的控制，应用环形交叉耦合的方式来保证转速调节的稳定性。

3 带速与运量的优化匹配

运量Q和带速vp是影响传动功率的主要参数，调整两参数的匹配程度起到节能降耗的作用。

带式输送机带速vp与运量Q的确定关系可用下式表示：

式中：vp为带式输送机带速；Q为运量；qm为最大物料线密度。

带式输送机的运量Q发生变化的时候，在满足带强度的情况下也随之改变。尽量减少带式输送机的轻载或空载长时间运行。

煤流量Q的确定成为电机功率控制节能技术的关键，Q的确定可使用皮带煤量称重传感器-皮带秤完成。煤流量Q通过皮带煤量称重传感器进行测量，保证煤流量控制在一定范围内，就能够保证电机功率在节能范围内。该节能技术的控制结构如图1所示。

图1 控制结构图

4 结语

应用变频调速系统或调速液力偶合器实现带式输送机带速与运量匹配运行，能够减少空转电能、机械损耗，提高运输效率，提高开机率，减少故障率。同时在变频调速系统中应用自动化技术、计算机技术、通讯技术和监控技术，可实现对带式输送机的集中控制，具有操作简单，可靠性高，便于维护等优点。