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膠帶輸送機(jī)智能化節(jié)能運(yùn)行研究

文檔作者：田振國(guó) 文檔來(lái)源：陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)七元煤業(yè)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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上一篇：焦?fàn)t電機(jī)車常見故障的分析及處理措施

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試驗(yàn)研究
2023年第9期 Mechanical Management and Development No.9,2023
總第245期 機(jī)械管理開發(fā) Total245
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.09.016
膠帶輸送機(jī)智能化節(jié)能運(yùn)行研究
田振國(guó)
（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)七元煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西晉中045400)
摘要：為解決當(dāng)前綜采工作面多電機(jī)膠帶輸送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中由于負(fù)載不均勻?qū)е鹿β什黄胶饧半娔芾速M(fèi)的問(wèn)
題，在對(duì)膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)以及功率不平衡原因分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)電機(jī)連接方式的不同提出了不同控制策略，并對(duì)
功率平衡控制策略的功率平衡控制效果及節(jié)能效果進(jìn)行仿真分析，表明均得到理想結(jié)果。
關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī)；功率平衡；變頻調(diào)速；主從控制；轉(zhuǎn)矩偏差比例耦合補(bǔ)償轉(zhuǎn)速
中圖分類號(hào)：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-773X(2023)09-0039-02
0弓引言
膠帶輸送機(jī)為煤礦生產(chǎn)中的主要運(yùn)輸設(shè)備，在煤
礦生產(chǎn)能力激增的形勢(shì)下，膠帶輸送機(jī)將朝著長(zhǎng)距
離、大運(yùn)量以及高運(yùn)速的方向發(fā)展；同時(shí)，為了減小長(zhǎng)
距離輸送帶之間的張力,采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是非常有
必要的。對(duì)于多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的膠帶輸送機(jī)而言，其中的
一個(gè)電機(jī)會(huì)由于不間斷運(yùn)行而出現(xiàn)超載或過(guò)載的問(wèn)
題，從而導(dǎo)致其燒毀，此種現(xiàn)象一般由各電機(jī)功率不
平衡所導(dǎo)致；同時(shí)，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的能耗勢(shì)必增大，對(duì)于
傳統(tǒng)的恒速控制而言，更會(huì)加劇電能的浪費(fèi)[1-5]。因
此，本文將從智能化運(yùn)行的角度解決膠帶輸送機(jī)多電
機(jī)功率不平衡和能耗嚴(yán)重的問(wèn)題。
1 膠帶輸送機(jī)概述
本文重點(diǎn)在對(duì)膠帶輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)分析的基
礎(chǔ)上，分析導(dǎo)致其多電機(jī)不平衡的主要原因，并提出
了實(shí)現(xiàn)多電機(jī)功率平衡運(yùn)行的策略和減少電能消耗
的策略。
1.1 膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)
膠帶輸送機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，一般
膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由圖1可以看出，膠帶輸送機(jī)主要包括滾筒、輸
送帶、托輥以及張緊裝置等。其中，根據(jù)滾筒功能的不
同可分為傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、張緊輥筒以及尾部滾
筒等。通過(guò)確定電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒，依靠滾筒與輸送帶之
間的摩擦作用實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于其驅(qū)動(dòng)裝
置，膠帶輸送機(jī)原理上可采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電
動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。目前，工作面
所布置的膠帶輸送機(jī)為滿足長(zhǎng)距離、高運(yùn)速以及大運(yùn)
量的運(yùn)輸要求，均配置為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，并以交流
給料裝置輸送方向
傳動(dòng)滾筒輸送帶托輥尾部滾筒
改向滾筒
拉緊滾筒一改向滾筒
拉緊配重一
圖1一般膠帶輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖
驅(qū)動(dòng)為主。
本文將以多電機(jī)交流變頻驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)展開
系列研究。
1.2 膠帶輸送機(jī)功率不平衡原因及解決方案
導(dǎo)致膠帶輸送機(jī)功率不平衡的直接原因?yàn)樨?fù)荷
分配不均勻，從而導(dǎo)致某些電機(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀
態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)過(guò)度磨損；而對(duì)于其他電機(jī)處于
低效率運(yùn)行狀態(tài)，從而導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。因此，實(shí)現(xiàn)膠
帶輸送機(jī)各電機(jī)的功率平衡控制是非常重要的。
所謂功率平衡控制指的是，在各種運(yùn)行工況下均
可以保證各個(gè)電機(jī)的輸出功率與其實(shí)際額定功率的
比值一致。以雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的膠帶輸送機(jī)為例，提出功
率平衡控制的解決方案。
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的膠帶輸送機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接方
式可分為剛性連接和柔性連接，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同連
接方式提出不同的功率平衡控制策略。
1.2.1 剛性連接的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)
對(duì)于剛性連接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，由于其連接主要
依靠減速器、萬(wàn)向聯(lián)軸器等剛性部件實(shí)現(xiàn)連接，兩電
機(jī)的轉(zhuǎn)速基本可以保持同步狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，僅需
保證各電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與其額定功率成比例即可保
證雙電機(jī)的功率平衡控制。
因此，可將主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出信號(hào)作為從驅(qū)
動(dòng)電機(jī)的輸入控制信號(hào)，保證從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
根據(jù)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變化而變化。對(duì)應(yīng)的控制
框圖如圖2所示。
速度給定* 控制器1 電機(jī)1 n
Tel
T
控制器2 電機(jī)2 n
T
圖2 剛性連接方式的主從功率平衡控制
收稿日期：2022-05-13
作者簡(jiǎn)介：田振國(guó)（1986一），男，山西陽(yáng)泉人，本科，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采礦專業(yè)，礦建助理工程師，從事礦井機(jī)電管理工作。
下轉(zhuǎn)第45頁(yè)
?40 第38卷
機(jī)械管理開發(fā)
jxglkfbjb@126.com
1.2.2 柔性連接的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)
對(duì)于柔性連接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置
距離較遠(yuǎn)，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)為分布式的布置方式；此時(shí)，各
電機(jī)的耦合程度不高。因此,實(shí)現(xiàn)柔性連接的雙電機(jī)
膠帶輸送機(jī)的功率平衡控制，不僅需要對(duì)各電機(jī)的輸
出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，還需對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。針對(duì)此，采用
基于轉(zhuǎn)矩偏差比例耦合補(bǔ)償轉(zhuǎn)速的策略實(shí)現(xiàn)多電機(jī)
的功率平衡控制，具體控制框圖如圖3所示。
速度給定* 控制器電機(jī)1
速度Tel
補(bǔ)償器
控制器2 電機(jī)2 n2
T2
速度
補(bǔ)償器
圖3 柔性連接電機(jī)的功率平衡控制
2 功率平衡控制策略仿真及節(jié)能分析
2.1 功率平衡控制策略仿真分析
實(shí)際生產(chǎn)中，膠帶輸送機(jī)以柔性連接為主，即驅(qū)
動(dòng)電機(jī)為頭、尾布置方式。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率
一致，其關(guān)鍵參數(shù)存在一定的差異，具體參數(shù)如表
1所示。
表1 柔性連接頭、尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)
電機(jī)參數(shù)頭部電機(jī)尾部電機(jī)
電機(jī)極對(duì)數(shù)2 2
定子繞組電阻/Q 0.61 0.59
定子繞組漏感/H 0.0013 0.0015
轉(zhuǎn)子繞組電阻/Q2 0.52 0.51
轉(zhuǎn)子繞組漏感/H 0.0013 0.0015
由于頭部電機(jī)和尾部電機(jī)的額定功率一致，即兩
個(gè)電機(jī)在不同工況下的功率應(yīng)為1：1時(shí)才能夠?qū)崿F(xiàn)
功率平衡控制的效果。設(shè)定的仿真條件如下：系統(tǒng)在
空載狀態(tài)啟動(dòng)，并在0.3s的時(shí)刻點(diǎn)分別為兩個(gè)電機(jī)
添加不同的負(fù)載；并在0.4s的時(shí)刻點(diǎn)為系統(tǒng)介人功
率平衡控制策略。對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行仿真，并得出如圖
4所示的仿真結(jié)論。
由圖4-1可以看出，膠帶輸送機(jī)為空載啟動(dòng)后，
在完成啟動(dòng)后由于無(wú)負(fù)載，其電機(jī)的轉(zhuǎn)矩降為0；在
0.30s時(shí)刻分別給予60N·m和30N·m的不同負(fù)載；
在0.40s時(shí)刻由于功率平衡控制裝置的介人使得兩
電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩按照其額定功率的比例1：1運(yùn)行，
達(dá)到了功率平衡控制的效果。
由圖4-2可以看出，由于兩電機(jī)的額定功率一
80
電機(jī)1轉(zhuǎn)矩70 電機(jī)2轉(zhuǎn)矩
60
(UN)/
50
40
30
20
10
0
-10 +
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
時(shí)間/s
4-1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波形
700 電機(jī)1轉(zhuǎn)速
600 電機(jī)2轉(zhuǎn)速
500
(uu/)/
400
300
200
100
-100
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
時(shí)間/s
4-2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形
圖4 柔性連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率平衡控制效果
致，其轉(zhuǎn)速在整個(gè)過(guò)程均處于一致狀態(tài)。
2.2 變頻調(diào)速節(jié)能控制效果分析
變頻調(diào)速控制策略為當(dāng)前在煤礦生產(chǎn)應(yīng)用較為
廣泛的方式，在最初引人該項(xiàng)策略時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了其軟
啟動(dòng)功能，即可在重型設(shè)備啟動(dòng)階段減緩對(duì)設(shè)備及其
電網(wǎng)造成較為嚴(yán)重的沖擊狀態(tài)。在上述功率平衡控制
的基礎(chǔ)上，基于變頻調(diào)速控制策略，通過(guò)變頻器對(duì)電
機(jī)運(yùn)行頻率進(jìn)行控制，從而對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，繼而
對(duì)輸送帶的運(yùn)行速度進(jìn)行合理控制。在上述控制流程
上，變頻調(diào)速控制策略可根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)量對(duì)其運(yùn)速進(jìn)行
調(diào)整，從而避免了“大馬拉小車”的問(wèn)題，最終達(dá)到節(jié)
能的目的。
實(shí)踐表明,基于功率平衡控制的變頻調(diào)速控制系
統(tǒng)可直接節(jié)約34.94萬(wàn)元。
3結(jié)語(yǔ)
膠帶輸送機(jī)為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸
性能間接決定了煤礦的生產(chǎn)能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，為
了滿足運(yùn)輸需求，多電機(jī)膠帶輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用。由
于工作面工況復(fù)雜，常常由于負(fù)載不均勻?qū)е买?qū)動(dòng)電
機(jī)功率不平衡，從而導(dǎo)致一部分電機(jī)磨損嚴(yán)重或燒
毀，一部分工作效率低造成電能浪費(fèi)等。為此，本文針
對(duì)剛性連接的多電機(jī)提出了主從控制策略；針對(duì)柔性
連接的多電機(jī)提出轉(zhuǎn)矩偏差比例耦合補(bǔ)償轉(zhuǎn)速的控
制策略；上述兩種控制策略不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)多電機(jī)的功
率平衡控制,而且具有顯著的節(jié)能效果
參考文獻(xiàn)
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Anal
(編輯：王婧）
上接第42頁(yè)
（編輯：李俊慧）
上接第40頁(yè)）
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（編輯：王婧）
2023年第9期 白立鑫：散熱器 置對(duì)變壓器溫度變化的影響分析 45
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sis of the Influence of Heat Sink Structural Arrangement on Transformer Temperatur
Changes
Bai Lixin
(Qingciyao Coal Mine of Jinneng Coal Mine Group, Datong Shanxi 037000, China )
Abstract: The increase in transformer capacity causes a large increase in temperature, which affects the life and stability of the transformer.
As the main form of cooling, the structure of the chip radiator has an important influence on the temperature of the transformer. Simulation
analysis of the form of different structures of the radiator on the impact of temperature change, the results show that, with the increase in the
number of pieces of radiator, the total heat emitted by the transformer gradually increased, the exit of the oil temperature continues to
decrease, the rate of heat emitted and the rate of decline of the oil temperature is also gradually reduced, and ultimately the rate of change
of temperature stabilised at 12%.
Key words: transformer; heat sink; structural arrangement; temperature; heat dissipation; oil temperature
[3] 薛彥波.多機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡控制方法J].工礦自動(dòng)
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Research on Intelligent Energy Saving O( peration of Belt Conveyor
Tian Zhenguo
(Yangquan Coal Group Qiyuan Coal Co., Ltd., Jinzhong Shanxi 045400, China)
Abstract: In order to solve the problem of power imbalance and power waste caused by uneven load of multi-motor belt conveyor in the
current synthesis mining face in actual production, based on the analysis of the structure of the belt conveyor and the reason of power
imbalance, different control strategies are proposed according to the different connection methods of motors, and the simulation analysis of
the power balance control effect and energy saving effect of the power balance control strategy shows that ideal results are obtained. The
power balance control effect and energy saving effect of the power balance control strategy are simulated and analysed, showing that ideal
results are obtained.
Key words: belt conveyor; power balance; frequency conversion speed control; master-slave control; torque deviation proportional coupling
compensation speed
系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J].煤礦機(jī)械，2021,42(12）：120-123.
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ysis of Changes in Frame Strength of Trackless Rubber-Wheeled Vehicles in Operatiol
QiuHua
( Jinneng Holding Coal Group Dadougou Coal Co., Ltd., Datong Shanxi 037000,China )
Abstract: In the process of underground coal conveying, trackless rubber wheelbarrow has high requirements on the strength of the frame
due to the influence of the ground condition. Finite element simulation is used to analyse the stress and strain of the frame under bending
and torsion loads, and the results show that the stress and strain of the frame of the rubber-wheeled vehicle mainly occurs in the rear frame
near the overhanging position, and the magnitude of the stress and strain meets the requirements of the system.
Key words: trackless rubber wheelbarrow; frame; bending and torsion; overhang; stress; strain

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