探讨煤矿带式输送机的节能技术应用

探讨煤矿带式输送机的节能技术应用

贺志亮

（山西中煤平朔宇辰有限公司）

摘要：带式输送机在煤炭业的应用较为广泛，基于其自身的特点及煤矿需连续挖掘的实际工况需求，其实际运量经常在满载、轻载、空载等状态之间波动。故传统带式输送机的能量消耗较大，实际有效工作效率只维持在半数左右，进而造成大量的电能流失。所以输送机搭配驱动电动机时通常都会带有一定预留功率。根据带式输送机普遍存在的能耗浪费现状，本文通过分析带式输送机的运行特性和工作特点，探索更合理的运行模式，以提高电动机工作效率，实现带式输送机的节能高效运行。

关键词：煤矿；带式输送机；电气；节能技术；应用

1带式输送机工作原理

当前煤矿企业大部分使用的煤炭运输设备是带式输送机，因为带式输送机的操作较为固定简单，且输送带更换较为方便，所以在实际生产中应用较多。目前使用的带式输送机主要由配电设备（配电开关和变频器等）、驱动装置（包括电动机、驱动滚筒、减速机和液力耦合器等）、输送带、托辊机架、张紧装置、制动装置和控制保护等装置组成。根据应用场所的不同，带式输送机还会增加不同的设备。带式输送机主要工作原理是通过电动机的运转带动减速机、驱动滚筒等部件，进而使运输带的转动，达到物资从皮带机机尾到机头的传递。控制装置是带式输送机的控制核心，在整个带式输送机运行过程中，控制装置对皮带的起停，电气开关的分合闸状态，驱动电机的电流、电机定子三相线圈和机械设备轴承温度，皮带的松紧度和保护装置的状态有着监测和控制作用。保护装置对带式输送机的安全运行起关键作用，对皮带跑偏、撕裂和打滑现象和驱动部件运行温度等进行监控，在发生任何以上带式输送机事故时，保护装置可禁止起车或自动停车。为了保证带式输送机平稳运行，输送机的皮带速度一般是固定的，可保障输送机的稳定性和安全性。带式输送机输送带属于柔性设备，异常的抖动和重载都会给输送带很大的压力，重载时出现急停情况有可能导致输送带断裂，所以在实际生产中对于输送带的更换便捷性提出了要求，同时对皮带强度有严格要求，在具有一定的强度情况下不会被重物压弯而断裂。

2煤矿带式输送机的特点

带式输送机在运行过程中会受到皮带与托辊、机械设备之间摩擦力，运送物资的提升重力等各种阻力，因此在确定皮带运量、带速、提升高度和效率等参数后，要选择适合其功率的驱动电动机。因带式输送机在正常运行情况下，运行阻力基本恒定。煤矿带式输送机在运行中的选型功率由实际运量Q以及带速v来决定。实际运量Q不变时，功率P和带速v成正比，功率随着带速的增加而增加。在其他参数恒定的情况下，虽然带速的降低可以降低输送机动率，可节约能量，但运量也随着带速的降低而减小。因此，通过对带速v与运量Q的研究，将其按照实际需求控制在最优范围内，既可以节约能源又实现其最大价值。

3煤矿集中运输巷带式输送机的现状

因煤矿井下开拓巷道的高难限制，煤矿货物运载不可能单条皮带直行运输，运输巷的布置往往需要适应煤矿井下复杂多变的地理环境，故多条带式输送机搭接联合运行便成为最好的选择。但多条皮带搭接运行便会形成系统，只要后面带式输送机发生故障，前面输送机必须停机，再启动时，输送带有大量的煤，迫使带式输送机重载启动。为了能平稳启动，减少重载启动对输送带的冲击力，减少启动电流对电网的冲击，目前煤矿都采用变频器、软启动器和液力偶合器来解决启动问题，启动后再转入工频运行，但以上三种方式只解决了启动问题，都没有实现节能运行的目的。

4煤矿带式输送机的电气节能技术应用

4.1自适应节能控制

基于带式输送机节能控制现状，笔者基于减电动机节能方案提出了一种自适应节能控制技术，即在线监测电动机功率，根据负荷情况调节运行电动机的数量，在轻载时，减少电动机运行的数量，提高功率因数和电动机效率。节能控制系统由电流传感器、PLC控制箱、电动机等组成。如果是变频驱动的带式输送机，可以从变频器取电流信号。电流传感器将测得的电流值上传至PLC采集模块后，由PLC根据测得电流大小自动控制电动机的增减。

当输送机满足上述节能控制运行条件时，PLC自动停止相应电动机的运行，以达到减电动机的运行目的。被减电动机断电后，该套驱动装置（含电动机、减速器、联轴器等）随输送机被动空转。这种空转运行方式却一方面加剧了各传动部件的磨损，另一方面增加了额外的运行阻力。为此，采用超越离合器减电动机切换技术，即将要被减掉的驱动装置对应的减速器与传动滚筒间的普通联轴器换为超越离合器。当电动机处于驱动状态时，超越离合器起到联轴器的作用，可以传递扭矩；当电动机被断电减掉后，该套驱动装置自动停止被动运转，进而达到降耗和保护电动机、减速器等部件免受磨损影响的目的。

4.2调速程序的流程

首先系统要确定储煤仓的额定容量，合理的存煤量是在45%到80%之间，在其范围内时需要对输送机的实际运量Q进行测量，然后将测量的值和之前设定的值相对比，以设计的运量为准，根据设计的运量为带式输送机变频调速。当煤仓的存煤量小于额定的存煤量时，系统将及时的发出的煤量减少的警报信号，然后对输送带的速度进行调节以便调整输送机的运量。如果煤仓的存煤量达到额定存煤量的上限时，系统也会及时的发出煤量警报信号，此警报代表即将停机。另外当存煤量既没有超出上限且不低于总煤量的45%，这种情况可以合理减少采煤机的给煤量和减小输送机转速，这样可以减少煤矿带式输送机的实际运量，即带式输送机根据实际情况自动进入低速运行状态，充分节约电能。

4.3机尾系统的安装

根据以上分析，提出在带式输送机的机尾安装第一个传感器控制式输送机带以0-5Hz启动，在距机尾100m处安装第二个压力传感器来对带式输送机的运行进行控制，即安装在带式输送机上的压力传感器是把物料的重量通过输送带与托辊作用于传感器，使输送带上的运量转变成电信号输入给PLC，PLC接收到信号后进行运算分析，再输出指令对变频器进行控制，最终变频器输出给定的频率。因带式输送机的机尾安装有缓冲托辊，为准确测量到输送带上的物料运量，故在距机尾100m处，再安装一个压力传感器来测量煤量。

具体的控制方式：当煤从下级输送带运到上级输送机时，煤落在输送带的缓冲滚上，机尾的压力传感器接收到信号后并转变成电信号传给PLC，PLC收到机尾传来的信号后，输出0-5Hz运行的指令启动。同时，第二个压力传感器检测到煤量后，皮带根据实际运量给定皮带转速。

结语

综上所述，通过对带式输送机相关设备运行状态的监控，将实际运量与设计的运量进行比较，根据运量的变化随时改变驱动电机的数量或调节带速。在煤矿带式输送机轻载以及空载时，减小煤矿带式输送机的电能损耗，这样对煤矿带式输送机的有效负载率有一定的提高，从而达到节约能量的目的。同时，采用变频调速不仅可以实现动态的调速并且还能节约能量消耗，还可以有助于电动机的启动和运行，减少对电网的伤害和破坏，间接性地增加了电动机和煤矿带式输送机的使用寿命。

参考文献

[1]谢青海，黄亮.基于PLC的煤矿带式输送机的电气节能技术研究[J].煤炭技术，2012.

[2]吴迪.煤矿带式输送机的电气节能技术研究[J].科技创新与应用，2013（34）：84.

作者简介

贺志亮，1988.08.25，男，汉族，山西省，助理工程师；研究方向：煤矿带式输送机电气控制；山西中煤平朔宇辰有限公司。