煤矿皮带机变频器节能研究

煤矿皮带机变频器节能研究

张祖亚

江苏国传电气有限公司  江苏省徐州市  221000

摘要：如今煤矿生产水平不断提高，电能消耗也明显提高，因此煤矿生产务必要加强节能改造，通过节能措施的使用减少能耗，提高企业生产效益。为企业创造更高经济收益的同时，也能实现节能减排。煤矿皮带机的改造需要充分使用变频器设备优化皮带机，提高皮带机的综合性能，达到更理想的节能减排效果；同时，使用更低的生产成本提高生产效率，延长设备的使用寿命。

关键词：煤矿；皮带机；节能

引言

受生产效益、煤炭生产环境等因素制约，煤炭企业生产及运输等设备更新速度较慢，高能耗设备仍处于主导地位。受煤矿井下生产方式、煤炭产量变化等影响，带式输送机运输的原煤波动量较大、存在显著的不均衡性，物料运输能力往往达不到设计能力，因此带式输送机长时间处于低负载状态，导致能耗消耗量较高。为此，以带式输送机采用的节能优化技术进行分析，以期在满足煤矿原煤运输基础上节能电能消耗量及设备磨损。

1带式输送机结构

带式输送机主要组成部分有回程托辊、滚筒、承载托辊、皮带等，同时配备拉紧设备避免皮带松弛。常见的带式输送机有倾斜和平行两种，倾斜带式输送机较为常见。带式输送机驱动部分由电动机、减速机、联轴器、液力偶合器组成，其中电动机又分为直流电动机、交流电动机、绕线转子电动机等。驱动滚筒通过电动机产生的驱动力产生牵引力，带动输送带运行。输送带根据输送机用途不同可选择不同材质制成，对于运距近、运输量较小的带式运输机，可使用普通输送带；对于运距远、运量大的带式运输机，通常使用钢丝绳输送机。承载托辊主要用于支撑输送带，确保运输过程匀速、稳定。

2变频器在煤矿皮带机中的作用

皮带机的驱动主要依赖于单滚筒或多滚筒实现，若使用变频器皮带机可以对实时输出电能进行调控，也能让输出功率更加稳定。通过变频器的使用能够让电机输出电流更加平缓，保证输出功率的稳定性。在生产工况下，让皮带机保持和电机同步，改变了传统驱动式皮带机的方式，更有利于精准控制皮带机。由于皮带机长时间承受张拉力，变频器的使用可以稳定运行皮带机，最大程度上减少张拉力，保护皮带机设备，延长皮带机设备部件的寿命。变频器的使用能够让皮带机实现自动化控制，让生产人员通过自动化手段进行操控。在对皮带机检修过程中，使用变频传感器能够快速判断装置载荷量，根据设备负载调节控制皮带运转的速度，让皮带机实现自动化调节。在自动化控制模式下，皮带机也能显著减少磨损，降低电能消耗。根据煤炭生产的特点，不同时间段产能不同，皮带机能够根据产能进行自动化调节，满足生产需要的同时，能够最大程度上节约资源，减少电能的消耗。

3煤矿皮带机变频器节能

3.1基于激光辅助视觉技术的煤矿带式输送机运煤流量自动化监测

为了测试皮带机速度与运煤流量之间的关系，基于激光辅助视觉技术对皮带机上的断面进行图像采集，并按测试的断面曲线换算为运煤质量。换算时，煤炭的质量密度为0.92g/cm3，将带式输送机的运行速度设置为3种工况，分别为0.5m/s、1.5m/s和3.0m/s，运输煤流量的真实值分别为441.6t/h、883.2t/h和1766.5t/h，获得的采样点数分别为1500个、600个和300个。3种不同矿井带式输送机速度条件下的运煤流量曲线变化大致相同，分为3个阶段，分别为快速增加阶段、稳定阶段和快速下降阶段，随机抽取8个实测数据并与实际运煤流量值进行比较，其相对误差计算结果见表1。由表1可知，3种不同输送机的速度计算值均比实测值略小，且这种误差值非常小，均小于0.15%，表明基于激光辅助视觉技术的矿井皮带机运煤流量监测精度较高，可以实现自动化和智能化控制运煤流量的目标。

3.2变频器选型

皮带机在选择变频器时，应根据负载特点和额定电流进行选择，变频器过载能力不同但变频器含有谐波成分，电流增加可适当提高容量。若电动机处于频繁启动的工作状态中，可优先选择大一档变频器，以保证长时间稳定运行。皮带机应考虑最大运行速度，负载低速运转可能造成电动机温度升高，因此通过设定加速时间、减速时间以及下限频率，避免满载状态下的运行。皮带机存在静摩擦力，当负载惯性大时，必须达到一定启动转矩才能正常运送。因此变频机低频转矩和短时过流能力应满足这一条件，在较重负重时能够提高转矩继续运输物体，提高电压补偿。变频器的使用显著提高了节能效益和节能效果，能够显著节约经济成本，对煤矿生产提供大力支持。另一方面，变频器主要使用电子器件运行，电子器件的寿命对机器使用年限产生直接影响。变频器在使用期间需要严格控制启动期间对设备造成的冲击，最大程度上减少皮带机转动位置的损伤。需要定期对设备展开清洁管理，减少皮带机受损，可以延长皮带机的使用寿命。

3.3节能优化控制策略

1）第1阶段控制策略。带式输送机启动完成后，通过皮带秤判定输送带实际负载，当运输量超过2500t/h，或运输量小于2500t/h且持续时间在60s以内时，则带式输送机变频器输出电流频率仍保持50Hz、运行速度保持4.0m/s；当带式输送机输送量小于2500t/h且持续时间超过60s后，变频器输出电流频率降至40Hz，进入到第2阶段控制模式。2）第2阶段控制策略。在正常运行期间带式输送机运输量在1800~2500t/h时，变频器输出电流频频率保持40Hz不变、运行速度维持3.2m/s；若运输量超过2500t/h且持续时间超过60s后，变频器输出电流频率增至50Hz，运行速度增至4.0m/s，控制模式进入到第1阶段；若运输量低于1800t/h且持续时间超过60s，则变频器输出电流频率降至30Hz、运行速度降至1.6m/s，进入到第3阶段模式。3）第3阶段控制模式。若带式输送机运输量维持在800~1800t/h区间范围内时，则变频器输出电流频率保持在30Hz、运行速度保持1.6m/s，若运输量偶尔超过1800t/h或者低于800t/h时，带式输送机运行状态保持不变；若运输量超过1800t/h且持续时间超过60s，则变频器将输出电流频率调增至40Hz，带式输送机进入到第4阶段控制模式；若运输量降至800t/h以内且持续时间超过60s时，则变频器将输出电流频率降至15Hz、运行速度调至0.8m/s4）第4阶段控制模式。若带式输送机运输量始终在800t/h以内时，则带式输送机保持低速运行；若运输量超过800t/h且持续时间超过60s，则变频器输出电流频率调整至30Hz并进入到第3阶段控制模式。

结束语

在煤矿生产中使用皮带机进行运输，受到荷载、运行速度的影响，皮带机极容易发生磨损，影响皮带机的寿命。因此，在皮带机中进行变频器的改造，充分发挥变频器优势，控制输出电压，实现自动化速度控制，更有利于智能化生产，减少皮带机受到的磨损，节约生产成本和资源，减少磨损检修和故障处理，支持煤矿生产的节能减排。

参考文献

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作者简介:姓名：张祖亚  出生年月：1982.06.18 性别：男  籍贯：江苏徐州丰县  专业：机械电子工程  研究方向：电力传动与自动控制