皮带输送机非定常调速控制系统

张 胜

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西阳泉 045008）

0 引言

随着综采设备自动化水平和智能化控制水平的提升，对带式输送机的运量及运送距离提出了更高的要求。对于此类大型机电设备而言，其启动特性是当前研究的关键课题。尤其是针对带式输送机启动阶段在惯性载荷的影响下容易造成启动困难、加速度突变等问题，对设备造成较大的冲击力[1-2]。各煤炭生产企业通过采用高度自动化的综采设备，极大地提升了煤炭资源的生产效率，同时为了满足煤炭资源的输送需求，各种类型的大功率、高带速、长距离的皮带输送机设备不断投入应用，在运行过程中对电能的消耗极大。以阳煤一矿SSJ1000-2×160型皮带输送机系统而言，其工作时为匀速运行，由于井下综采作业速度的波动，导致输送带常常处于低负载运行工况，造成了极大的电能浪费，因此，本文在前人研究的基础上结合SSJ1000-2×160型皮带输送机系统的实际情况提出了一种非定常调速控制系统，通过实际应用表明了其具有良好的调速及节能效果，目前已得到了推广[3]。

1 非定常调速控制方法

皮带输送机在运行过程中的速度控制前提是确保物料输送的安全性，因此，皮带输送机在运行过程中应尽量降低速度调整的次数，减少调整过程中产生的应力循环，确保输送机运行的稳定性，提升输送机的使用寿命。皮带输送机运行控制系统在速度调节的过程中，速度变化时的临界点称之为速度调整点，两个相邻的调整点间的间隔可称为调速间隔，间隔越小说明输送机在运行过程中的调节次数越多，越不利于输送机的稳定运行。为了解决传统控制方案中喂料量不受控、模糊边界调整困难、参考速度无法精确匹配输送机喂料量的缺陷。在传统的固定间隔调速控制基础上，将其模糊边界设置为调速点的25%，由此可获得输送机稳定运行时的参考速度，该调整方式称之为非定常调速[4]，该方案能够在满足匹配喂料量的基础上最大限度地确保输送机的稳定运行，非定常调速控制方法原理如图1所示。

图1 非定常调速控制原理

2 不同调速方案下的输送带运行效果

图2 不同控制方案下输送机系统特性变化曲线

为了对非定常调速控制系统的控制效果进行分析，搭建了皮带输送机调速控制系统模拟平台[5-8]，分别利用不同的控制方案对其控制效果进行对比。则相同工况下输送带的节能率和皮带填充率变化的对比分析结果如图2所示。从图中可知，在不同的控制方式下，非定常调速控制情况下，输送机的节能率和皮带填充率均高于采用固定间隔控制系统，且输送机运行时的调速间隔越小，则各种控制方案下输送机系统的节能效率均呈现了整体降低的趋势[9-10]。当输送机系统的最小调速间隔为38.2 s时，采用非定常调速控制的方案输送机具有最大的节能效率，此时的节能效率约为19.9%，其填充率约为93.1%。当最小调速间隔为36.1 s时，采用固定间隔调速控制的方案输送机具有最大的节能效率和填充率，此时的节能效率约为18.3%，其填充率约为90.7%。

在最小调速间隔情况下，输送机系统在工作过程中的皮带填充率和运行功率变化曲线如图3所示。

图3 在最小间隔情况下不同调速方案输送机的功率和填充率变化曲线

从图中可知，当采用传统的固定间隔调速控制方案时，输送机在运行过程中的平均皮带填充率约为64.8%，输送机的平均运行功率约为3.7 kW。在非定常调速系统的控制作用下，输送机在运行过程中的平均皮带填充率约为93.2%，比固定间隔调速情况下提升了28.4%，输送机的平均运行功率约为3.1 kW，比固定间隔调速情况下降低了约16.2%。由此可知，采用非定常调速控制方案能够在大幅提升输送机运行时的填充率的情况下，有效地降低输送机的运行功率，起到节能的效果。

3 非定常调速控制系统的应用效果

SSJ1000-2×160型皮带输送机系统长度为5 728 m，额定输送量为1 400 t/d，在采用非定常调速控制系统之前，煤炭运输过程中每天的耗电量约为34 760 kW/d，采用非定常调速控制系统以来，通过对输送机运行过程中的皮带填充率的优化，输送机的运行功率得到了有效的降低，自优化后在确保煤炭运输量不变情况下，输送机运行时的耗电量降低到了30 627 kW/d，比优化前降低了约11.9%，极大地提升了SSJ1000-2×160型皮带输送机的物料运输的经济性，取得了良好的经济效益。

4 结束语

本文针对SSJ1000-2×160型皮带输送机系统在工作过程中存在的耗电量大、调速性能差的缺陷，提出一种新的变间隔调速控制方案，在传统的固定间隔调速控制的基础上，将其模糊边界设置为调速点的25%，由此可获得输送机稳定运行时的参考速度，实现对输送机运行时的皮带填充量和运行功率的优化，通过在SSJ1000-2×160型皮带输送机上的实际应用表明：

（1）当输送机系统的最小调速间隔为38.2 s时，采用非定常调速控制的方案输送机具有最大的节能效率，此时的节能效率约为19.9%，其填充率约为93.1%；

（2）在非定常调速系统的控制作用下，输送机在运行过程中的平均皮带填充率比固定间隔调速情况下提升了28.4%，输送机的平均运行功率约比固定间隔调速情况下降低了约16.2%；

（3）采用非定常调速控制方案能够在大幅提升输送机运行时的填充率的情况下，有效降低输送机的运行功率，起到节能的效果。