一种带式输送机优化运行控制方法

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及煤矿生产领域中带式输送机的高效运行控制。

背景技术

带式输送机是煤炭生产的重要装备，但由于煤矿开采的不均衡性，导致带式输送机常处于“大马拉小车”的非最优运行状态，不仅造成电能浪费，而且也使带式输送机传动系统、转动部件、输送带形成无效磨损，缩短了设备使用寿命，实现带式输送机智能化运行是当前带式输送机技术的发展方向。

近年来，煤矿带式输送机已经大量采用变频驱动方式，而且采用液力耦合器驱动方式的带式输送机也有逐步改造为变频驱动的趋势。同时带式输送机物料检测技术以及煤矿企业设备管理水平得到不断提升，带式输送机优化运行的基本条件已经具备。根据带式输送机载荷分布情况自适应调速，可以有效的减少设备磨损和节省电能；对带式输送机的启停过程优化，可以有效的减少启停过程中对传动设备的机械冲击；针对顺槽带式输送机随着采煤工作面的推进而缩短，张紧力保持恒定，会增加胶带和滚筒的磨损等问题。所以研究提高带式输送机的运行效率，同时对节能降耗效果进行分析就非常有意义。

目前带式输送机的优化控制技术发展相对滞后，为保证安全生产，带式输送机的运行控制通常仅是有煤时提前启动，无煤时延时停车；带式输送机的载荷分布情况不清晰，造成带式输送机运行过程中满速运行；启停过程中启动时间固定、自由停车；在顺槽带式输送机随着采煤工作面的推进，顺槽带式输送机不断缩短，而张紧力保持恒定。当前针对带式输送机的优化控制技术在煤矿企业也有尝试性应用，特别是根据载荷自动调速，但均未得到普及和常态化运行，主要是技术不太成熟，故障率高，增加工人维护工作量；同时节能、降耗和减员效果不明显，因此大大降低了输送机优化控制系统的工作效率。

由此可见，现急需一种高效的输送机优化控制系统为本领域需解决的的问题。

发明内容

针对有输送机优化控制系统存在效率不高的技术问题，本发明的目的在于提供一种带式输送机优化运行控制方法，其能够减少无效能耗和设备磨损，延长带式输送机使用寿命，进而达到带式输送机运行的优化，

为了达到上述目的，本发明提供的一种带式输送机优化运行控制方法，包括：

通过带式输送机的载荷分布来计算带式输送机的实时煤量的控制方法；

通过机械特性，带式输送机基于载荷分布下带式输送机调速，自动启停控制以及张紧力的调节的控制方法。

进一步地，实时煤量的控制方法是通过将输送机上的传感器所检测到的带速和煤流量的数值传输至主控制系统中的荷载分布单元形成计算模块。

进一步地，计算模块满足于以下公式形成：

煤流量＝计算系数*输送机带速*煤流量检测体积。

进一步地，输送带张紧力的自适应调节通过带式输送机(顺槽)长度变化为例来计算实际所需张紧力大小。

进一步地，将张紧力调节数据库固化在主控制系统中，在带式输送机运行时，在带式输送机运行时，主控制系统对长度、坡度及连续载荷通过检测器进行实时跟踪并将检测的数据传输至主控制系统中与张紧力调节数据库进行比对，比对后将实际所需张紧力大小形成控制指令发送至张紧装置进行调节。

进一步地，启停控制中启动控制自适应调节应基于以下公式形成控制逻辑：

m

通过上述公式可得出mL，mD和a三个数值，通过这三个数值可得出输送机的惯性力FA：

F

公式中的F

m

m

K

N为输送机驱动单元数；

J

I

R为传动滚筒半径；

J

r

P

P

F

q

q

q

q

进一步地，启停控制中停止控制自适应调节应基于以下公式形成控制逻辑：

a输送带平均加(减)速度；

F

m

m

进一步地，带式输送机优化运行控制方法还包括带式输送机节能降耗的控制方法，带式输送机节能降耗的控制方法基于以下公式形成控制逻辑：

带式输送机功率计算就是带式输送机运行阻力和速度的乘积：

N＝Fv

其中N为能耗率；Qav是指平均负载量；L指运输距离。

此公式为带式输送机每运输1吨物料1公里的距离所消耗的能量。

本方案提供的带式输送机优化运行控制方法，其通过带式输送机的载荷计算，实现带式输送机煤料量的透明感知；在此基础上，根据带式输送机的机械特性，实现带式输送机基于载荷分布的自适应调速、启停控制和张紧力的自适应调节，减少无效能耗和设备磨损，延长带式输送机使用寿命，进而达到带式输送机运行的优化，

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为带式输送机巷道及示意参数图；

图2为带式输送机只张紧装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

针对有输送机优化控制系统存在效率不高的技术问题，基于此技术问题，本发明提供了一种带式输送机优化运行控制方法，其能够达到带式输送机运行的优化，减少无效能耗和设备磨损，延长带式输送机使用寿命。

本方案提供的带式输送机优化运行控制方法，本方法通过带式输送机的载荷计算，实现带式输送机煤料量的透明感知；在此基础上，根据带式输送机的机械特性，实现带式输送机基于载荷分布的自适应调速、启停控制和张紧力的自适应调节，达到带式输送机运行的优化，减少无效能耗和设备磨损，延长带式输送机使用寿命。

进一步地，带式输送机在实际的使用中，由于给煤机的开口度、采煤机的行走进度、输送机自身的速度等因素会造成输送机上物料变化，输送机局部会出现物料堆积，在严重的情况下会压带或洒料，造成输送机在运行过程中存在安全隐患，不利于设备的安全运行。另外，输送系统输送量随时间变化，而如果输送机仍以最大运量时的速度运行，就会造成运输能力和能源的浪费。

因此，根据煤料量检测数据的特点，结合带式输送机的带速以及设计运量参数传输到主控制系统上，主控制系统根据带速以及设计运量建立带式输送机载荷分布单元，通过载荷分布单元内的计算模块计算出带式输送机的实时煤量，实现带式输送机载荷分布的透明展现。

通过荷载分布计算带式输送机的实时煤量，带式输送机的实时煤量的计算满足于以下公式：

煤流量＝计算系数*带速*检测体积

进一步地，前级带式输送机的煤流量基于以下公式：

Q1＝K1*V1*M：

Q1前级带式输送机煤流量(t/s)；V1前级带式输送机带速(m/s)；M煤量体积(m

同样的，本级带式输送机的煤流量基于以下公式：

Q2＝K2*V2*M

Q2前级带式输送机煤流量(t/s)；V2前级带式输送机带速(m/s)；M煤量体积(m

其中，前级和本级带式输送机的带速V通过设置在前级和本级输送带两侧的速度传感器检测，并将检测到的带速传输给载荷分布单元内的计算模块中进行计算。

前级和本级带式输送机上的煤量体积M通过设置于前级和本级输送机上的煤流量检测传感器检测，并将检测到的煤量数据传输给载荷分布单元内的计算模块中进行计算。

进一步地，带式输送机需要一定的张紧力以保证在正常运行过程中输送带不出现打滑并在受载时输送带在托辊间的垂度保持在一定范围内，现阶段张紧装置的计算选型都是满足带式输送机在最大、最恶劣工况下的张力大小，其使用过程仅在带式输送机起动、运行、停止三种状态下进行了简单设定，而实际中，带式输送机运行所需张紧力的大小跟载荷、长度及巷道的坡度有直接关联的。

而顺槽胶带机随着开采的推进不断缩短，所需张紧力变小，仅在带式输送机长度改变这一条件下按实际所需拉紧力运行就极大地提高了机架、胶带及拉紧滚筒轴承使用寿命。

因此，本方案在带式输送机基于载荷分布下提供了张紧力的自适应调节方法以带式输送机(顺槽)长度变化为例来计算实际所需张紧力大小，如表1所示，带式输送机有关参数如图1-图2所示。

表1拉紧力随输送长度变化表

由上表1的数据分析可知，仅在带式输送机长度改变这一条件下按实际所需拉紧力运行就极大地提高了机架、胶带及拉紧滚筒轴承使用寿命；因此，为保证带式输送机安全、可靠、高效运行，需根据长度、巷道坡度及载荷变化得到的一系列不同张紧力数据进行处理。

首先，将张紧力调节数据库固化在主控制系统中，在带式输送机运行时，在带式输送机运行时，主控制系统对长度、坡度及连续载荷通过检测器进行实时跟踪并将检测的数据传输至主控制系统中与张紧力调节数据库进行比对，比对后将实际所需张紧力大小形成控制指令发送至张紧装置进行调节。

带式输送机是大惯量低阻尼设备，平滑的带式输送机启(停)加(减)速度曲线应能使其平稳地进行,最大限度地减小带式输送机在启(停)过程产生的惯性力和冲击力，减少启动电流对电网的冲击，同时可减轻启动力矩对负载带来的机械振动，从而降低输送机承受的载荷，延长使用寿命。

带式输送机在启动和制动过程中，使其由静止状态逐渐加速至额定带速或由动态逐渐减速至停机，均需克服运动系统的惯性，因此必须考虑动负荷Fa，并保证启(停)时的加减速度在最不利的工况下能够确保物料与输送带之间不打滑。

因此，本方案在带式输送机基于载荷分布下提供了基于载荷分布的带式输送机启停控制方法：

(1)输送机启动应基于以下公式能够实现对输送机启停的标准：

输送机在启动加速和减速停车期间，将输送带视为刚体，通过以下公式可计算出输送机的惯性力，惯性力因满足于以下公式：

F

m

其中，公式中的FA为输送机各运动体的总惯性力；

mL为输送机运动体转换到输送带上直线运动的等效质量；

mD为输送机旋转部件转换到输送带上直线运动的等效质量；

K1为托辊旋转部分质量变换为直线运动等效质量的转换系数；

N为输送机驱动单元数；

JiD为驱动单元第i个旋转部件的转动惯量；

Ii为驱动单元第i个旋转部件至传动滚筒的传动比；

R为传动滚筒半径；

Ji为第i个滚筒的转动惯量；

ri为第i个滚筒的滚筒半径；

PM1我输送机实际选用驱动电动机的功率之和；

PM为输送机所需正功率；

FU输送机各运动体的总惯性力；

qB每米输送带的质量；

qG输送带上每米物料的质量；

qRO带式输送机承载分支每米机长托辊旋转部分质量；

qRU带式输送机回程分支每米机长托辊旋转部分质量。

由于旋转部分的惯性力涉及部件较多，其数值在样本中很难得到，因此在工程计算时，常常用启动系数Ka(1.3～1.7,当使用软启动装置时，可通过动态分析设定。)或m

通过分析，当启动装置转矩可控时，上述加速度公式所表达的含义为，实际启动加速度值是启动时给定的驱动圆周力减去稳定运行工况圆周驱动力(计算圆周驱动力)之差再除以转换到直线运动的等效质量(m

进一步地，输送机减速停车的减速度应满足于以下公式：

大型输送机，根据性能及工况参数可采用自由停车、减力停车、增惯(加装增惯飞轮)停车和制动停车等方式。

其中，自由停车减速度可按

a输送带平均加(减)速度；

FU输送机各运动体的总惯性力；

mL为输送机运动体转换到输送带上直线运动的等效质量；

mD为输送机旋转部件转换到输送带上直线运动的等效质量。

在理想状况下，可设电机转矩做功全部转换为动能，则W＝E，W＝Pt,E＝1/2(mv2)；可推出

这里自由停车减速度过程为本领域技术人员所熟知，这里就不加以详细赘述。

基于上述公式能够形成输送机启停时的标准设定，能够进一步地保证启(停)时的加减速度在最不利的工况下能够确保物料与输送带之间不打滑。

同时，本方案还给出了带式输送机节能降耗的计算方法，其满足于以下公式：

带式输送机功率计算就是带式输送机运行阻力和速度的乘积：

N＝Fv

进一步地，

其中N为能耗率；Qav是指平均负载量；L指运输距离。

此公式的意义为带式输送机每运输1吨物料1公里的距离所消耗的能量。

由上述方案构成的带式输送机优化运行控制方法，其能够达到带式输送机运行的优化，减少无效能耗和设备磨损，延长带式输送机使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。