不同工况下带式输送机能耗的影响分析

王路瑶

（晋能控股煤业集团宏泰矿山工程建设大同有限公司，山西 大同 037003）

引言

带式输送机是以输送带传输为主的运输设备，还兼有牵引和承载装置[1]，也是目前常用的散装物料运输设备，具有运行可靠、易实现自动化以及生产效率高[2]等优点，已被广泛应用于煤炭的开采运输行业中，尤其是现代化高产高效的大型矿井生产中[3]。带式输送机的主要组成部件有传动装置、张紧装置、输送胶带、托辊以及制动装置[4]等，因此，带式输送机的工作原理为：输送带经机头、机尾转向滚筒和驱动滚筒形成闭环系统，而上下托辊分别用来支承承载、回程输送带[5]；在煤炭输送过程中，电动机驱动各滚筒进行同向旋转，张紧装置对输送带执行张紧动作，输送带和驱动滚筒作用产生的摩擦力带动输送带以及其上的煤炭进行输送，完成原煤输送作业[6]。由于带式输送机的牵引力是依靠滚筒和胶带间作用形成的摩擦力，所以必须采用张紧装置使它们张紧，进而使它们产生足够的摩擦力来带动带式输送机的运行[7]。在输送机运行中，会产生各种各样的阻力，比如倾斜阻力、特殊阻力和附加阻力等，这些都会增加带式输送机的功耗[8-9]，因此，为降低带式输送机的能耗，达到高效节能的目的，本文对不同物料种类、物料载荷分布情况、载荷大小以及带速等影响带式输送机能耗的主要因素进行分析，确定合适的带速，不仅可以保障物料的传输效率，还可以达到降低能耗的目的。

1 不同物料种类对输送机能耗的影响分析

本文选取两类不同散装物料，第一类为散料煤，密度是1 600 kg/m3；第二类为铁矿砂，密度是4 600 kg/m3，品位53.8%左右。带式输送机设定带速是1.8 m/s 运行，载荷选取均匀的布料形式。试验具体操作流程为：起动开始后，逐渐增加输送机的带速，直至达到预设速度大小后匀速运行，此时，选取人工均匀上料的模式，并在皮带运行过程中，在两类载荷量分别为20 kg、36 kg 和72 kg 时，记录两类不同物料的输送功率大小和输送时间，得到表1 所示的数据。

从表1 可以看出，在载荷大小、分布情况以及带速不变的情况下，不同物料种类在输送中消耗的能量差别不是很大，对于密度比较大的铁矿砂，相比于散料煤，功率稍大，但是增加的也不明显。对于输送时间，两类物料表现出明显的差别，尤其是在载荷量比较大时，两类物料输送时间相差较大，这也会造成功耗有一定的差别。因此，综上分析可知，输送时间对带式输送机的能耗影响比较大。

表1 不同物料种类对带式输送机能耗的影响

2 不同物料载荷量对输送机能耗的影响分析

本次试验中，当带式输送机带速达到1.8 m/s 后稳定运行，变频器输入频率设置为30 Hz，选取人工均匀加载铁矿砂，不同载荷大小分别为20 kg、36 kg 和72 kg，记录输送机能耗随不同载荷的变化规律，得到图1 所示的曲线。

图1 带式输送机能耗随不同载荷量的变化曲线

从图1 中可看出，在输送机输送铁矿砂时，36 kg载荷量的平均功率相比于20 kg 载荷量几乎没有增加，仅在运输时间上有大约5 s 的增幅；72 kg 载荷量的平均功率相比于20 kg 载荷量，功率增加不到10 W，运输时间增长大约9 s。因此，在输送机带速、载荷种类不变的前提下，带式输送机功率消耗随物料载荷量的增加呈现出一定的增长趋势，但是结果也并不是很明显。

3 不同物料载荷分布对带式输送机能耗的影响分析

本次试验设置带式输送机的带速是1.8 m/s，并以铁矿砂为对象，分别采用均匀布料、每间隔一段布料的方式以及仅在一个区间内堆积布料的方式加载物料，将72 kg 的铁矿砂加载到带式输送机上，记录随载荷分布时，带式输送机的能耗变化情况，得到表2所示的变化曲线。

表2 不同物料载荷分布对带式输送机能耗的影响

从表2 可以看出，带式输送机的能耗随物料载荷分布不均而增加，其中，采用每间隔一段布料的方式使带式输送机功率增加的比较大，而采用均匀布料的方式，使输送机的能耗最大，这可能是因为采用人工上料不能很好地保证物料的均匀性。因此，如果要降低这种波动，就需要减少物料上料的时间，这样虽然便于人员的控制[10]，但会增加物料运输时间。所以，综上，带式输送机能耗与布料的方式有关。

4 带速对带式输送机能耗的影响分析

本试验选用铁矿砂，并采用均匀上料的物料加载方式，分析不同带速1.8 m/s、2.4 m/s 和3 m/s 时，对带式输送机从空载启动到匀速运行过程中能耗的影响情况，得到图2 所示的变化曲线。

从图2 中可看出，带式输送机能耗随时间的变化几乎呈现出线性的变化趋势，且当带速是3 m/s 时，随时间推移，输送机的功率增大趋势最明显；带速是1.8 m/s 时，功率增大的比例最小。因此，带式输送机的功率随带速的增加而增大。

为更深入研究带速对输送机功率的影响，本文选用36 kg 的载荷量，分别研究在恒定带速是1.8 m/s、2.4 m/s 和3 m/s 运行时，带式输送机的功率消耗情况，得到图3 所示的变化曲线。

从图3 中可看出，当物料载荷量一定时，采用匀速的运输模式，随着带速的增大，带式输送机的功率呈现相对增长的趋势。因此，通过对比图2 和图3 可知，带速会影响带式输送机的功率，且在一定条件下，两者呈现出近似正比的变化关系。

图2 带式输送机能耗随不同带速的变化曲线

图3 36 kg 载荷量、恒定带速下带式输送机的功率变化曲线

5 结语

本文以带式输送机为研究对象，为降低其系统能耗所造成的浪费，系统地分析了不同物料种类、物料载荷分布情况、载荷大小以及带速对带式输送机功率的影响规律，结果表明：不同物料种类对输送机的功率影响不明显；输送机的功率随物料载荷量的增加而呈现一定的增长趋势，但是也不明显；物料载荷分布不均也会使输送机的功率增加；带速对输送机功率也有一定的影响，且两者近似存在正比变化关系。