摘  要：濟(jì)寧市范圍內(nèi)的煤礦及相關(guān)單位開(kāi)展變頻智能調(diào)速技術(shù)用于煤礦井下帶式輸送機(jī)的研究，針對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題提出技術(shù)措施，有效保障變頻智能調(diào)速技術(shù)在煤礦井下帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：煤礦；帶式輸送機(jī)；變頻智能調(diào)速技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD63              文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1  引言

隨著國(guó)內(nèi)這幾年散狀物料搬運(yùn)技術(shù)的迅速發(fā)展，用戶對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的配置要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的局限性越來(lái)越明顯，而變頻智能調(diào)速技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展較快的一門(mén)學(xué)科。近幾年來(lái)，山東省濟(jì)寧市范圍內(nèi)的一些煤礦及相關(guān)單位開(kāi)展了變頻智能調(diào)速技術(shù)用于煤礦井下帶式輸送機(jī)的研究，同時(shí)針對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題從多個(gè)方面提出技術(shù)措施并進(jìn)行實(shí)施，有效地保障了變頻智能調(diào)速技術(shù)在煤礦井下帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

2  帶式輸送機(jī)變頻智能調(diào)速技術(shù)的推廣應(yīng)用

濟(jì)寧市東方圣地人力資源開(kāi)發(fā)有限公司對(duì)帶式輸送機(jī)變頻智能調(diào)速原理和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究總結(jié)，認(rèn)為變頻智能調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機(jī)應(yīng)用上將是一個(gè)很重要的發(fā)展方向。

⑴變頻智能調(diào)速技術(shù)工作原理

目前變頻器已成功廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合。變頻器控制方式一般有V/F和矢量控制兩種方式。V/F是指變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持變頻器輸出電壓和輸出頻率之比為恒值，它是變頻器最常用也是最簡(jiǎn)單的控制方式。矢量控制即通過(guò)坐標(biāo)變換先將電動(dòng)機(jī)的三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)變換，實(shí)現(xiàn)定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)磁通和電流分別控制的目的，將三相異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)控制，獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。矢量控制具有良好的速度追蹤性能、速度控制可低至零速、負(fù)載變化對(duì)調(diào)速精度影響小、轉(zhuǎn)矩控制可低至停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。

⑵采用變頻智能調(diào)速的優(yōu)勢(shì)

①自身穩(wěn)壓功能。變頻器可控帶式輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程的起動(dòng)電流大為減小，電動(dòng)機(jī)所承受的電流沖擊極大降低，也避免對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊，無(wú)需考慮過(guò)大的電網(wǎng)余量。實(shí)際用電過(guò)程中，電網(wǎng)在不同時(shí)段的電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能也有部分節(jié)能作用。

②適應(yīng)不同工況。變頻器驅(qū)動(dòng)對(duì)帶式輸送機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式的負(fù)荷分配（功率平衡)、減速回饋、制動(dòng)配合控制、集中控制及監(jiān)控等都有合理的解決方案，可以適應(yīng)不同的工況。

③提高傳動(dòng)效率。帶式輸送機(jī)的變頻器起動(dòng)過(guò)程和電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)有很大區(qū)別。電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)電流沖擊達(dá)4～7倍電動(dòng)機(jī)額定電流，但輸出力矩并不大。采用變頻器時(shí)可以控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，而且電動(dòng)機(jī)輸出力矩可以達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定力矩1.5倍以上。

④減少對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊。變頻器內(nèi)置的速度給定積分器可以自由設(shè)定加減速度時(shí)間，配合S曲線控制起動(dòng)過(guò)程的加速度，避免產(chǎn)生對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)械設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)壽命。

⑤大幅度減少系統(tǒng)維護(hù)量。變頻器功能完善，具有完備的保護(hù)功能和故障診斷能力，極大減少電動(dòng)機(jī)、減速箱及帶式輸送機(jī)的故障，降低運(yùn)營(yíng)成本。

⑥多方面節(jié)約能源。通常情況下，電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中都留有一定程度的裕量，普通電動(dòng)機(jī)只有接近滿載時(shí)才效率最高、功率因數(shù)最佳。帶式輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載很小，有相當(dāng)部分時(shí)間只是空載或輕載運(yùn)行，降低電動(dòng)機(jī)效率，造成不必要的電能損失。采用變頻智能調(diào)速技術(shù)后，電動(dòng)機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，不再設(shè)液力偶合器，系統(tǒng)的傳遞效率比液力偶合器的驅(qū)動(dòng)效率高3%～5%，變頻智能調(diào)速的功率因數(shù)在帶式輸送機(jī)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中均為0.90以上。

⑦經(jīng)濟(jì)性分析。采用變頻智能調(diào)速技術(shù)無(wú)需太多的機(jī)械設(shè)備，設(shè)備配置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和維修方便，減少其它設(shè)備的投資。采用變頻驅(qū)動(dòng)后，整體降低帶式輸送機(jī)的裝機(jī)功率及帶強(qiáng)，提高驅(qū)動(dòng)效率，減少電能消耗，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和機(jī)械設(shè)備的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，系統(tǒng)操作集中，自動(dòng)化程度高，減少維護(hù)檢修人員，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3  帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速負(fù)載智能跟蹤控制研究

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦開(kāi)展帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速負(fù)載智能跟蹤控制技術(shù)的研究，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)膠帶負(fù)載情況，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整帶式輸送機(jī)的變頻器功率輸出，調(diào)節(jié)膠帶運(yùn)行速度，達(dá)到高精度膠帶自動(dòng)跟蹤變速，解決膠帶輸送系統(tǒng)經(jīng)常在空載及少載情況下仍全速運(yùn)行的電能浪費(fèi)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。

⑴問(wèn)題產(chǎn)生

楊村煤礦井下共有26部主煤流帶式輸送機(jī)。由于技術(shù)問(wèn)題，原有的膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，長(zhǎng)期以來(lái)給礦井的生產(chǎn)和管理帶來(lái)難度。2006年對(duì)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造時(shí)僅對(duì)膠帶的集中控制作了相應(yīng)處理，但對(duì)膠帶的調(diào)速節(jié)能未做考慮。原有帶式輸送機(jī)變頻智能調(diào)速啟動(dòng)，達(dá)到給定頻率后工頻運(yùn)行，無(wú)論煤量多少膠帶始終運(yùn)行在恒定速度下，即使膠帶處于空載下電動(dòng)機(jī)也全速運(yùn)行，機(jī)械磨損和老化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，性能逐年下降、故障率增加、設(shè)備維修難度大、系統(tǒng)效率低、調(diào)速范圍有限、穩(wěn)定性差。
   

⑵技術(shù)改造

楊村煤礦井下東翼膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)采用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)由變頻器拖動(dòng)2臺(tái)125kW異步電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。帶式輸送機(jī)負(fù)載智能跟蹤控制研究的目的是根據(jù)東翼三采區(qū)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤量來(lái)調(diào)節(jié)東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)帶速，實(shí)現(xiàn)東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行。

①關(guān)鍵設(shè)備選型。a.變頻電動(dòng)機(jī)。帶式輸送機(jī)通過(guò)變頻智能調(diào)速，原東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)2臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用普通防爆電動(dòng)機(jī)，更換為防爆變頻電動(dòng)機(jī)。隔爆型變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)已廣泛在煤礦使用，其調(diào)速性能、使用壽命比普通防爆電動(dòng)機(jī)要好，但需單獨(dú)配置冷卻風(fēng)扇。b.皮帶秤。電子皮帶秤在煤礦已廣泛應(yīng)用，根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)載量、速度、安裝傾斜度、長(zhǎng)度及要求的準(zhǔn)確度進(jìn)行選型至關(guān)重要，只有稱量準(zhǔn)確才能使控制更精確。

②設(shè)備布置。在東翼三采區(qū)帶式輸送機(jī)尾處安裝1臺(tái)電子皮帶秤，在東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)頭安裝1臺(tái)負(fù)載智能跟蹤控制器，采集東三皮帶秤載重及電動(dòng)機(jī)電流，構(gòu)成以膠帶載重為主、電流檢測(cè)為輔的負(fù)載智能跟蹤控制系統(tǒng)，根據(jù)東三帶式輸送機(jī)實(shí)際煤量的變化和電動(dòng)機(jī)電流的大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)變頻器功率輸出、調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)自動(dòng)跟蹤變速、分段節(jié)能運(yùn)行。

③實(shí)驗(yàn)研究。帶式輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析復(fù)雜，為確認(rèn)負(fù)載調(diào)速能否真的實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)節(jié)能，他們做了大量實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用先進(jìn)的建模理論建立帶式輸送機(jī)模型，明確膠帶速度、煤流量及消耗電能之間的關(guān)系。

④算法設(shè)計(jì)。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)是復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。實(shí)際輸煤過(guò)程中，煤流量是不均勻的，且其檢測(cè)的是前一條膠帶的煤流量，存在一定的時(shí)間滯后。他們結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究所得模型，運(yùn)用先進(jìn)的智能控制算法實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能控制，即模糊控制實(shí)現(xiàn)負(fù)載的智能跟蹤控制。模糊控制是在控制中應(yīng)用模糊集合理論、模糊語(yǔ)言、模糊邏輯的知識(shí)模擬思維方法，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與人相同的控制?；痉椒ㄊ菍⒉僮髡叩慕?jīng)驗(yàn)總結(jié)成若干條模糊控制規(guī)則，經(jīng)過(guò)模糊處理存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，仿照人腦的推理過(guò)程確定推理規(guī)則。計(jì)算機(jī)根據(jù)推理規(guī)則確定推理法則，并根據(jù)信息按照控制規(guī)則和推理法則做出相應(yīng)的模糊決策，完成控制動(dòng)作。

⑤與原膠帶自動(dòng)控制系統(tǒng)集成。東二帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置采用 TK200控制系統(tǒng)，變頻器采用ZJT200/660控制器，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)低速起車(chē)、變頻器達(dá)到一定頻率后進(jìn)入工頻運(yùn)行及沿線保護(hù)動(dòng)作時(shí)停車(chē)等功能。為了實(shí)現(xiàn)東翼運(yùn)輸系統(tǒng)的安全節(jié)能運(yùn)行，他們將東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)的負(fù)載智能跟蹤調(diào)速系統(tǒng)與原有膠帶保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行整合；增加負(fù)荷智能控制器，實(shí)現(xiàn)與 TK200控制系統(tǒng)和變頻器的通訊，做到沿線保護(hù)檢測(cè)與控制變頻器調(diào)速運(yùn)行和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)功率平衡，達(dá)到東翼二采區(qū)帶式輸送機(jī)安全節(jié)能運(yùn)行的目的。

⑶關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

①關(guān)鍵技術(shù)。增加可靠性，載荷測(cè)量結(jié)合皮帶秤及電動(dòng)機(jī)電流實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)冗余測(cè)量；通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得膠帶速度、煤流量及消耗電能的可靠數(shù)據(jù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊數(shù)學(xué)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法建立非線性的節(jié)能優(yōu)化調(diào)速模型；考慮煤流量的不均勻及模糊性，實(shí)現(xiàn)模糊智能控制算法；設(shè)置能量消耗率為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制策略。

②創(chuàng)新點(diǎn)。對(duì)膠帶輸送系統(tǒng)首次應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊數(shù)學(xué)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法建立非線性的節(jié)能優(yōu)化調(diào)速模型；對(duì)膠帶輸送系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的模糊智能控制方法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)負(fù)載變化的調(diào)速控制，節(jié)約人力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；以能量消耗率作為目標(biāo)函數(shù)，使能量消耗率最小化，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的優(yōu)化控制，達(dá)到節(jié)能目的。

⑷體會(huì)

楊村煤礦針對(duì)膠帶輸送系統(tǒng)空載及少載情況仍全速運(yùn)行的情況，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立帶式輸送機(jī)負(fù)載、能耗和運(yùn)行速度之間的非線性模型，在此模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊智能控制方法，通過(guò)優(yōu)化模糊規(guī)則，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)自適應(yīng)負(fù)載變化的調(diào)速控制，同比節(jié)約電能20%，節(jié)能效果顯著；同時(shí)，延長(zhǎng)膠帶系統(tǒng)的使用壽命，降低維修量，在膠帶輸送系統(tǒng)的節(jié)能自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用方面起到領(lǐng)先示范作用，可推廣至自適應(yīng)負(fù)載變化的調(diào)速系統(tǒng)中。

4  PLC程序智能控制系統(tǒng)和變頻器在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

為了解決長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的功率不平衡和大功率帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)的問(wèn)題，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在東灘煤礦帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用變頻器及PLC程序智能控制系統(tǒng)，有效延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)膠帶及機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。

⑴原有帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)

東灘煤礦井下東翼帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)帶速3.15m/s，帶寬1200mm，運(yùn)輸能力1600t/h，水平巷道運(yùn)輸，設(shè)計(jì)運(yùn)輸長(zhǎng)度3400m。根據(jù)東灘煤礦生產(chǎn)接續(xù)需要，實(shí)際安裝長(zhǎng)度2100m，驅(qū)動(dòng)布置方式為機(jī)頭三驅(qū)動(dòng)滾筒（配置4個(gè)驅(qū)動(dòng)單元）、機(jī)尾單驅(qū)動(dòng)滾筒（配置1個(gè)驅(qū)動(dòng)單元）。驅(qū)動(dòng)單元配置型式為“電動(dòng)機(jī)+限矩型液力偶合器+減速器+驅(qū)動(dòng)滾筒”。電動(dòng)機(jī)型號(hào)YB355M2-4，電壓660/1140V，配置6臺(tái)電動(dòng)機(jī)，功率250kW。此帶式輸送機(jī)電控部分采用三菱PLC控制程序，安裝在原法國(guó)K5S控制柜內(nèi)，電動(dòng)機(jī)主開(kāi)關(guān)采用貝克公司KE1004開(kāi)關(guān)?？刂葡到y(tǒng)無(wú)法解決多機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中功率平衡及長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)平緩啟動(dòng)的問(wèn)題。

⑵變頻器及智能控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

①變頻器的啟動(dòng)控制曲線設(shè)計(jì)。膠帶本身是彈性體，在膠帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)又具備極大的慣性，帶式輸送機(jī)起動(dòng)加速度與停車(chē)減速度越大則膠帶儲(chǔ)存的能量越大，釋放這些能量對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生極大的沖擊。防爆變頻器的起動(dòng)、停止時(shí)間是任意可調(diào)的，即起動(dòng)時(shí)的加速度和停車(chē)時(shí)的減速度任意可調(diào)，為了平穩(wěn)起動(dòng)還可匹配與其具備的S型加減速時(shí)間，將帶式輸送機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)前輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動(dòng)可進(jìn)一步改善啟動(dòng)峰值張力作用，這樣需要在啟動(dòng)開(kāi)始階段加入一段時(shí)間延遲段。延遲段的速度一般根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取帶速10%，通常情況下中長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)最大加速度不大于0.1m/s2。最終，實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的軟啟動(dòng)、軟停止特性理想的軟啟動(dòng)速度曲線，帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中加速度最大值較小，沒(méi)有突變，最大限度減小啟動(dòng)慣性力和啟動(dòng)沖擊力。

②實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)功率平衡。東灘煤礦東翼帶式輸送機(jī)系統(tǒng)為多滾筒驅(qū)動(dòng)，要求位于機(jī)頭的各滾筒同步啟停，6臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。前2臺(tái)電動(dòng)機(jī)處于同軸，同軸的1#電動(dòng)機(jī)為主機(jī)、2#電動(dòng)機(jī)為轉(zhuǎn)矩跟蹤；不同軸的3#、4#、5#電動(dòng)機(jī)為速度跟蹤。他們?cè)O(shè)定將1#變頻器的速度輸出作為3#、4#、5#變頻器的速度輸入。由于6#電動(dòng)機(jī)相距離帶式輸送機(jī)機(jī)頭較遠(yuǎn)，膠帶彈性變形較大，設(shè)定時(shí)對(duì)主機(jī)以速度跟蹤為主、轉(zhuǎn)矩跟蹤為輔。設(shè)計(jì)起動(dòng)時(shí)由主機(jī)發(fā)出信號(hào)，從機(jī)作回應(yīng)后通電1#～5#機(jī)先行啟動(dòng)，6#機(jī)滯后T時(shí)間待上部緊邊膠帶拉緊即將完畢時(shí)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)6臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率平衡。

③重載起動(dòng)及驗(yàn)帶功能。帶式輸送機(jī)在輸煤過(guò)程中任意時(shí)刻都可能立即停車(chē)再重新起動(dòng)，必須考慮重載起動(dòng)能力，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻輸出1.5～2倍額定轉(zhuǎn)矩。低速驗(yàn)帶功能是帶式輸送機(jī)檢修主要要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無(wú)級(jí)調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，空載驗(yàn)帶狀態(tài)下變頻器可調(diào)整電動(dòng)機(jī)工作與5%～100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速長(zhǎng)期工作。

④分布式智能控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通訊功能。智能控制系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由PLC可編程控制箱和本安操作臺(tái)構(gòu)成。系統(tǒng)采用德國(guó)SIEMENS公司S7-300系列PLC作為主控元件。每臺(tái)變頻器內(nèi)部裝有1臺(tái)S7-200系列PLC作為從站，主站S7-300與從站S7-200通過(guò)PROFIBU進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)對(duì)各變頻器進(jìn)行控制，以保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性。這個(gè)系統(tǒng)配置工頻應(yīng)急系統(tǒng)，在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可由工頻直接起動(dòng)，并對(duì)電動(dòng)機(jī)提供相應(yīng)保護(hù)。

⑶變頻器及智能控制系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果

變頻器從啟動(dòng)至帶式輸送機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間90s，帶式輸送機(jī)空載時(shí)1#、2#、3#、4#、5#電動(dòng)機(jī)的電流分別為38A、53A、35A、39A、52A；帶式輸送機(jī)滿載時(shí)1#、2#、3#、4#、5#電動(dòng)機(jī)的電流分別為47A、75A、43A、53A、90A?？梢钥闯?，帶式輸送機(jī)空載及滿載都運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，避免對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的沖擊。帶式輸送機(jī)采用西門(mén)子PLC程序智能控制系統(tǒng)后系統(tǒng)性能可靠，具備各驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率平衡功能，系統(tǒng)故障率大大降低，智能控制系統(tǒng)操作維護(hù)方便。軟啟動(dòng)系統(tǒng)采用變頻器及控制系統(tǒng)采用PLC控制在井下帶式輸送機(jī)上應(yīng)用較為成功。

5  無(wú)齒輪永磁同步變頻智能調(diào)速技術(shù)在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的DSJ80型帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用異步電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器將動(dòng)力傳給滾筒，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率低、啟動(dòng)不平穩(wěn)、重載啟動(dòng)困難，減速器、偶合器等部件維護(hù)、更換頻繁。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠將帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造為無(wú)齒輪永磁同步變頻直驅(qū)系統(tǒng)，即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由永磁同步電動(dòng)機(jī)與變頻器智能調(diào)速技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。由于去掉減速器、液力偶合器，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效節(jié)能、低噪音、免維護(hù)、輸出轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩控制。

⑴帶式輸送機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較

①傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由輸送機(jī)機(jī)頭架、減速器、液力偶合器和異步電動(dòng)機(jī)組成。異步電動(dòng)機(jī)式輸送將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)減速器和液力偶合器驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)；液力偶合器具有減緩沖擊、隔離扭振的功能，可延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，降低啟動(dòng)電流；減速器降低轉(zhuǎn)速，增加驅(qū)動(dòng)力矩。

②無(wú)齒輪永磁同步變頻智能調(diào)速直驅(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)連接法蘭承載永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)與輸送機(jī)機(jī)頭架之間的連接作用，保證電動(dòng)機(jī)軸伸端與輸送機(jī)滾筒軸的同心度；永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在變頻器的配合下直接輸出與帶式輸送機(jī)帶速相吻合的轉(zhuǎn)速，無(wú)需減速器和液力偶合器而直接驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)，不但效率提高，而且實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

⑵無(wú)齒輪永磁同步變頻智能調(diào)速直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

①采用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，啟動(dòng)電流為電動(dòng)機(jī)額定電流4～7倍，大的瞬間起動(dòng)電流在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生沖擊，引起電動(dòng)機(jī)內(nèi)機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生變化，對(duì)機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞；同時(shí)還將引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行。采用無(wú)齒輪永磁同步變頻智能驅(qū)動(dòng)，利用變頻器的智能調(diào)速功能可實(shí)現(xiàn)0Hz開(kāi)始緩慢啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程平滑穩(wěn)定，對(duì)機(jī)械部件基本無(wú)沖擊，避免異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸送帶的過(guò)度拉伸，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。

②傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于液力偶合器、減速器、齒輪長(zhǎng)時(shí)間工作，液力偶合器經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞、工作液體滲漏、葉片被打壞等故障，減速器經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞、油封漏油、齒輪磨損等故障，增大維修量，影響運(yùn)輸效率；無(wú)齒輪永磁變頻智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減去這些中間環(huán)節(jié)，取消傳統(tǒng)系統(tǒng)的減速器和液力偶合器，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝調(diào)試，振動(dòng)和噪聲大為降低。

③傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電壓降系數(shù)92%，多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)93%，液力偶合器效率96%，減速器效率94%，異步電動(dòng)機(jī)效率92%,整個(gè)系統(tǒng)效率71%。無(wú)齒輪永磁同步變頻智能直驅(qū)系統(tǒng)正常工作時(shí)，機(jī)械效率100%，電壓降系數(shù)1，多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡系數(shù)1，永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)效率93%，整個(gè)系統(tǒng)效率93%。整體系統(tǒng)效率高,具有很好的節(jié)能效果。

④永磁電動(dòng)機(jī)具有32極的高極數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩2.8倍，無(wú)須減速器即可直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒。采用此系統(tǒng)后，系統(tǒng)寬度與傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)寬度相同，總長(zhǎng)度約減少l500mm，整體系統(tǒng)質(zhì)量減輕約1.2t，而且電動(dòng)機(jī)采用法蘭式直接連接，保證電動(dòng)機(jī)與帶式輸送機(jī)機(jī)架的同心度，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，給井下安裝帶來(lái)方便。

⑤無(wú)齒輪永磁同步變頻智能直驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)置多機(jī)軟件功率平衡和智能切換功能，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)功率平衡對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)比原先可靠很多。功率較小時(shí)，可單機(jī)運(yùn)行或多機(jī)冗余切換運(yùn)行，保證系統(tǒng)多機(jī)備用，根據(jù)輸送帶上物料的多少實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。物料較少時(shí)可降低帶速，避免“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)設(shè)備保養(yǎng)、節(jié)能降耗的效果非?？捎^。

⑥減少直接成本。1臺(tái)DSJ80型帶式輸送機(jī)需要減速器及液力偶合器各2臺(tái)，節(jié)省購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用26000元；變頻啟動(dòng)減小對(duì)輸送帶的沖擊，輸送帶材料由原先PVC800S降為PVC680S，帶長(zhǎng)1700m節(jié)省34000元。

綜上所述，無(wú)齒輪永磁同步變頻智能直驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，在DSJ80型帶式輸送機(jī)應(yīng)用后，運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、安全可靠，節(jié)能效果顯著。

6  變頻智能調(diào)速在煤礦井下可伸縮帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

在煤礦運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，運(yùn)輸順槽采用可伸縮帶式輸送機(jī)作為綜采工作面煤炭運(yùn)輸?shù)淖詈笠粋€(gè)環(huán)節(jié)，是保證煤礦高產(chǎn)高效、安全運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備之一。但是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)重載無(wú)法啟動(dòng)、上運(yùn)過(guò)程中倒轉(zhuǎn)、下運(yùn)過(guò)程中飛車(chē)、儲(chǔ)帶過(guò)短及倦怠緩慢造成效率低下、運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)或者上運(yùn)大傾角驅(qū)動(dòng)力不夠等問(wèn)題，嚴(yán)重制約生產(chǎn)?？缮炜s帶式輸送機(jī)的性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命的關(guān)鍵之處就是采取何種軟啟動(dòng)方式。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司綜機(jī)設(shè)備租賃站在深入調(diào)查各類(lèi)事故的基礎(chǔ)上，認(rèn)為出現(xiàn)重載無(wú)法啟動(dòng)、斷膠帶等事故的主要原因是啟動(dòng)性能的好壞。同時(shí)，他們還結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)變頻智能調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸順槽可伸縮帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)分析。

⑴煤礦井下可伸縮帶式輸送機(jī)的通用軟啟動(dòng)方式

①液力耦合器。可以改善機(jī)器的啟動(dòng)性能并具有過(guò)載保護(hù)，提高電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的壽命、平衡各電動(dòng)機(jī)的功率輸出并且價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、使用維護(hù)方便，但其有滑差、效率低、 漏油也時(shí)有發(fā)生，并且它無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的曲線啟動(dòng)。可滿足一般運(yùn)輸傾角平滑、運(yùn)量一般、距離合理、調(diào)速精度和運(yùn)行要求不高的普通綜采工作面的運(yùn)輸需求。

②差動(dòng)式輪系液粘調(diào)速裝置。軟啟動(dòng)特性比較完美，但它是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格偏高，而且無(wú)法在低速段長(zhǎng)期運(yùn)行，無(wú)法提供可調(diào)驗(yàn)帶速度，對(duì)于長(zhǎng)距離運(yùn)輸非常不利。加上我國(guó)目前煤礦的管理水平、技術(shù)力量、工人素質(zhì)及資金力量等方面都存在一定的困難，一般不予考慮采用此方案。

③變頻智能調(diào)速裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以變頻智能調(diào)速技術(shù)為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。交流變頻智能調(diào)速技術(shù)以其高效的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果被認(rèn)為是一種最有前景的交流調(diào)速方式。礦用隔爆型兼本質(zhì)安全型變頻器是專(zhuān)為煤礦生產(chǎn)的設(shè)備控制裝置，適用于三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟停平穩(wěn)等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)在各種負(fù)荷情況下的平滑啟動(dòng)、調(diào)速、停車(chē)等功能，徹底消除機(jī)械及電氣沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，尤其對(duì)膠帶的保護(hù)效果特別好，極大延長(zhǎng)膠帶的使用壽命，節(jié)約大量資金。

⑵煤礦井下可伸縮帶式輸送機(jī)變頻智能調(diào)速的特點(diǎn)

①高功率因數(shù)。變頻智能調(diào)速裝置可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證高功率因數(shù)運(yùn)行（19%以上轉(zhuǎn)速時(shí)功率因數(shù)大于0.96%），而液力偶合器低速運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)低于電動(dòng)機(jī)額定功率因素，如果在60%以下轉(zhuǎn)速時(shí)功率因數(shù)低于0.6。采用液力耦合器如需提高功率因數(shù)，則要外加功率因素補(bǔ)償裝置，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

②啟動(dòng)、停止性能平穩(wěn)。膠帶的平穩(wěn)啟動(dòng)降低對(duì)膠帶拐彎裝置的沖擊，保證膠帶拐彎裝置的完好；因?yàn)閿嗄z帶事故多發(fā)生在膠帶啟動(dòng)過(guò)程中，膠帶的平穩(wěn)啟動(dòng)減弱對(duì)膠帶的瞬間沖擊，避免斷膠帶與斷膠帶扣事故；運(yùn)料回收過(guò)程的低速運(yùn)行，避免閉鎖不及時(shí)帶來(lái)的工作量及安全隱患，保證運(yùn)料人員的安全。

③運(yùn)行可靠、易于維護(hù)。液力耦合器機(jī)械機(jī)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法直接定速運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。雖然高壓變頻裝置電子線路比較復(fù)雜，但目前技術(shù)已趨成熟，尤其是單元串聯(lián)多電平方式的高壓變頻裝置具有單元自動(dòng)切換和冗余運(yùn)行特性，單元故障時(shí)可不停機(jī)連續(xù)運(yùn)行，而且檢修維護(hù)相當(dāng)容易，只需定期更換進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)即可。

④調(diào)節(jié)及控制特性。液力耦合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量改變輸出轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度可能跟不上控制需要；變頻調(diào)速的頻率改變速度相當(dāng)快，可以采用系統(tǒng)允許的最高速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。液力耦合器的速度調(diào)節(jié)精度較低；變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，穩(wěn)頻精度高，可以實(shí)現(xiàn)精確控制。

⑤經(jīng)濟(jì)效益。采用液力耦合器初期投資比變頻調(diào)速裝置少，但是變頻智能調(diào)速效果及其它方面均明顯優(yōu)于液力耦合器。以1000kW電動(dòng)機(jī)為例，應(yīng)用變頻調(diào)速裝置比液力耦合器每年節(jié)電138萬(wàn)kWh，如果變頻調(diào)速裝置比液力耦合器需多投資60萬(wàn)元，則一年多即可收回；以后的運(yùn)行情況是變頻智能調(diào)速比液力耦合器每年節(jié)省數(shù)十萬(wàn)元的開(kāi)支，因此總體回報(bào)效果更佳。

7  結(jié)束語(yǔ)

隨著生產(chǎn)力的提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦綜采工作面裝備水平得到了長(zhǎng)足發(fā)展。目前井下運(yùn)輸順槽用可伸縮帶式輸送機(jī)正在向高速度、大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、大傾角、大功率方向迅速發(fā)展，作為綜采工作面煤礦運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的重要組成部分是保證煤礦安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效的重要設(shè)備之一。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是目前礦井運(yùn)輸設(shè)備采用的主要驅(qū)動(dòng)形式，具有簡(jiǎn)單、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在起動(dòng)力矩小、直接起動(dòng)電流大及運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等缺點(diǎn)。隨著變頻智能調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，變頻器被廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。為滿足礦井生產(chǎn)需求，交流電動(dòng)機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)，對(duì)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)革新，在頻率范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、工作效益、調(diào)速精度、輸出特性及使用方便等方面比以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、滑差調(diào)速和液力偶合器調(diào)速等均較為優(yōu)越，同時(shí)還有顯著的節(jié)電效果，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想設(shè)備。