综采工作面带式输送机节能调速策略的设计

2020-03-14芦国宏

机械管理开发 2020年1期

芦国宏

（西山煤电镇城底矿综采一队，太原古交 030203）

引言

近年来，随着综采工作面采煤工艺及综采设备自动化水平不断提升，传统的低速、小运量以及短距离的带式输送机已不能够满足实际生产的需求，未来带式输送机将朝着大运量、长距离、高速度的方向发展[1]。在实际生产过程中，带式输送机的实际运量常在满载、空载以及轻载等状态下波动，而其运速与运量存在极度不匹配，造成了系统能量极大的损失。为了解决长距离、大运量、多电机带式输送机在实际运行过程中带速与运量不匹配以及在启动阶段功率不平衡的问题，在设备控制系统中引入基于耦合补偿和变频调速的控制策略。

1 带式输送机概述

本文所研究带式输送机为头尾双驱型，该类型带式输送机包含有两个电机，主要由输送带、驱动装置、滚筒、托辊以及拉紧装置等组成。带式输送机的系统结构如图1所示。

图1 带式输送机系统结构图

针对带式输送机启动阶段和运行阶段的变频节能调速策略的设计，需掌握该设备的相关参数及特性，旨在通过节能调速策略解决启动阶段的功率平衡问题和运行阶段运速与运量相匹配的问题[2]。

一般情况下，综采工作面的输送机分为带式输送机和刮板输送机。本文将以镇城底矿使用的带式输送机为研究对象。输送带主要包括有外部覆盖层、中间骨架、隔离层三部分。为确保其能适应工作面的生产需求，输送带须具备良好的静特性、动特性以及黏弹性。其中，动特性作为其在工作中所体现的性能需满足滞后特性、蠕变特性、松弛特性以及频率特性。目前，在众多的黏弹性模型中以Voigt模型最为能够体现输送带实际的黏弹性。因此，本文在建模中采用Voigt模型进行仿真建模。

2 带式输送机启动阶段节能策略的设计

对于双电机带式输送机而言，在众多因素共同影响的作用下各个电机不可避免地出现了功率不平衡的问题。启动阶段带式输送机功率不平衡问题不仅会造成电机的烧毁和驱动装置的磨损，还会造成能量的损失。

造成双电机带式输送机启动阶段出现各电机功率不平衡问题的因素包括有静态因素和动态因素。其中，静态因素为带式输送机的相关设计参数等；动态因素包括有其在运行过程中所承受的阻力及其电机的输出转矩，阻力与设备的运量相关，而电机的输出转矩与所选电机的型号相关[3]。

鉴于相关设计参数在其设计初期已经完全确定。因此，对于双电机在运行过程中功率不平衡问题仅能通过改变调节供电频率解决，即采用变频调速策略。

带式输送机启动阶段功率不平衡问题是通过采用耦合补偿的思路解决。耦合补偿系统能够对设备中两个电机的参数进行实时监测，当发现某个电机的运行状态存在一定的差异性时，系统会给予一定的补偿。通过上述策略对带式输送机控制器进行双向补偿，为实现电机的同步奠定基础。控制策略结构如下页图2所示。

基于上述控制策略，控制系统需实时掌握两电机转速、电流等参数值，进而判断电机的状态。当一台电机为发电状态，另一台为电动状态时，需对比两台电机的负载率。其中，当发电状态电机的功率大于电动状态电机的功率时，即为带式输送机带动电机转动，此时系统需制动力，通过减小电动状态电机的频率后才可进行功率平衡控制。反之，带式输送机需牵引力，需增加电动状态电机的频率后才可进行功率平衡控制。