港口皮带输送机的节能优化

施刚

摘 要：文章介绍了一种港口皮带输送机节能优化控制系统，该系统通过对前级皮带输送机运行电流和断面流量的测量，从而实现后级皮带输送机运行速度的动态调整，实现“有料高速，无料低速”，大幅降低皮带输送机空载能耗。

关键词：皮带输送机；空载能耗；断面流量

1 概述

港口皮带输送机是现代化干散货码头重要的水平运输装备，它全由电力驱动，相比采用水平运输车辆进行运输大幅提高了港口的装卸运输效率，同时大幅降低能源消耗。在皮带输送机设计时，驱动装置一般都按照所需承载的最大运输量来考虑配置，因为配置过低会严重影响皮带输送机的使用寿命，因此大多皮带输送机采用电动机+液力偶合器+减速器的驱动配置方式。

由于皮带输送机是惯性力矩较大的机械设备，其托辊多且皮带长，启动时需要较大的输入功率。在电动机选型时需要选择额定功率较大的电动机，而当启动完成后，正常运行时负荷功率一般都小于启动功率，使电动机大部分时间处于轻载状态，输出效率较低；此外，港口皮带输送机作业环境环境较差，当堆料机、取料机处于不同位置时，皮带输送机上有料段长度和宽度均不相同，物料分布极不均匀，导致皮带机运行负载变化很大。以上这些因素，都使皮带输送机存在着较为严重的“大马拉小车”现象。

2 当前现状

针对皮带输送机空载或轻载能耗较大的现状，国内很多港口都进行了这方面的研究。港口装卸作业时皮带输送机上的料流连续性越强、物料分布越均匀、平均流量越稳定，系统的单吨耗电量就越少；反之则越大。皮带输送机流量自动控制技术就是基于这一原理，其控制流量的方式是通过采取皮带输送机料流检测装置测出的瞬时流量值，随时对上料设备的数量以及作业速率进行调整。这种自动调节装置可以及时、准确地调整物料流量，增强料流的稳定性，提高输送机作业效率，降低系统的能耗。

对于多电机驱动的皮带输送机采用超越离合器实现重载时多电机驱动，轻载时减电机运行，即对于双电机的皮带输送机启动时，双电动机同时启动，再根据电动机电流的变化，采用超越离合器和智能检测器及时甩掉或投入另一台电动机，达到减少电动机及减速箱的损耗，节约能源。

上述方案对于上料设备可控的应用环境均具有良好的节能效果，但对于某些铁水联运的煤炭码头，尤其是前端上料设备由人工操作的如螺旋机，翻车机等卸车设备，皮带输送机的上料状态往往无规律可循，也不具备自动控制条件。针对这种情况，只能通过对下游皮带输送机的动态控制实现能源节约。

为此，江苏交科能源科技发展有限公司设计了基于电流反馈、断面流量反馈、变频调速技术和模糊控制算法的节能型皮带输送机智能控制系统。

3 系统原理

针对上料设备以人工操作为主的应用环境，前级皮带机采用工频运行，其运行电流作为第二级皮带输送机的调速依据，第二级皮带前端安装有断面流量检测装置，其断面流量和运行速度作为第三级皮带输送机的调速依据，由于系统实时控制除前端皮带输送机外每一级皮带输送机的运行速度，因此可以根据第二级皮带输送机的断面荷载以及各级带速描述每一级皮带上的料流位置，通过这种物料检测方式，自第三级皮带输送机开始就可以通过调整带速使得料流逐步趋于平稳、连续，分布均匀，直至最末一级，往往最末级是具有计量功能的电子皮带秤，采用工频运行，连续平稳的料流对于计量准确性的提高也有很大帮助。

4 应用案例

以某铁水联运的煤炭港口为例，在其卸车环节某条皮带输送线由7台皮带输送机组成，分布如图1。

图1中3-1，3-2，3-3皮带输送机布设在铁路线轨边廊道内料斗下方，3-4，3-5，3-6为轨边到堆场皮带输送线，3-7为电子皮带秤。

项目中对3-4，3-5，3-6三台皮带输送机进行变频改造，分别配置与其各自电机相匹配的变频器及控制柜，变频器选择某国产品牌，工作在V-F模式，速度开环控制，三台皮带输送机50Hz下带速均为2m/s。

系统架构如图2：

图2

在3-1，3-2，3-3皮带输送机驱动电路中各增加一套电流互感器，3-4及3-5皮带输送机中段安装断面流量检测装置，断面流量检测装置由安装支架、荷载传感器、皮带托辊构成，荷载传感器量程为0～2.5kN，皮带托辊直径100mm，额定运行速度下皮带托辊旋转速度为382RPM，托辊轴承选用SKF全封闭自润滑轴承，由于应用环境煤粉污染严重，托辊与辊轴间采用高速骨架轴封密闭，保证轴承部位清洁。

主控制器采用西门子S7系列可编程序逻辑控制器，STEP 7编程。当3-1，3-2，3-3运行电流叠加至满负荷时，对应3-4皮带输送机以50Hz工频运行，3-4皮带输送机中段安装的荷载传感器实时测量断面荷载，由于3-4皮带输送机的运行速度由主控制器控制，结合断面荷载测量，主控制器可以计算出3-4皮带输送机上各有煤段位置以及大致煤量。根据上述信息，动态调整3-5皮带输送机运行速度，使得3-4皮带输送机送来的煤落下到3-5皮带输送机上后，有煤段相对更连续，煤量分布相对更均匀。同理，以相同的方法对3-6皮带输送机的运行速度进行动态调整，进一步提高料流在皮带输送机上的连续性和均匀性，减少皮带输送机空载时间，降低空载能耗。

5 结束语

该皮带输送机节能系统将动态物料称重技术、变频调速技术和模糊控制技术三项技术同时应用于港口的皮带输送设备，取得了良好的节能效果。经过实际运行测试，改造后的皮带运输机在重载情况下的工作线电流为12.4A，轻载情况下的工作线电流为8.8A，而在未改造时，同等工作负荷下，重载情况下的工作线电流为20.3A，轻载情况下的工作线电流达到了15.2A，综合测算，皮带输送机节能系统的节电率达到20%左右，节电效果明显。