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長距離帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化研究

文檔作者：楊雪文檔來源：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦機(jī)電管理科		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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總第228期
2022年第4期
自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)計(jì)
摘要：針對(duì)長距離帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中存在的啟動(dòng)功率不平衡及空載、低載荷運(yùn)行狀態(tài)等問題，提出了運(yùn)
用耦合補(bǔ)償與變頻調(diào)速的方法進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。經(jīng)測(cè)試表明，該方法解決了長距離帶式輸送機(jī)啟動(dòng)功率不平衡及
空載、低載荷運(yùn)行等問題，減少了設(shè)備磨損，提升了能源使用率，降低了企業(yè)成本，達(dá)到了節(jié)能優(yōu)化的目的。
關(guān)鍵詞：長距離帶式輸送機(jī)恒速運(yùn)行耦合補(bǔ)償變頻調(diào)速
中圖分類號(hào)：TD528.1
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENT
長距離帶式輸送機(jī)節(jié)能優(yōu)化研究
楊雪
（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦機(jī)電管理科，山西大同037000）
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Total228
No.4,2022
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2022.04.112
文章編號(hào)：1003-773X（2022）04-0271-02
引言
隨著能源價(jià)格的不斷上漲，通過節(jié)能改造進(jìn)行
成本控制已經(jīng)越來越受到企業(yè)的關(guān)注。帶式輸送機(jī)
作為煤炭開采行業(yè)的一種主要運(yùn)輸設(shè)備，對(duì)其的節(jié)
能優(yōu)化改造對(duì)于企業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。傳統(tǒng)帶式輸送
機(jī)的運(yùn)行模式大多為恒速模式，由于企業(yè)在實(shí)際開
采過程中無法做到恒量產(chǎn)出，這就使得帶式輸送機(jī)
在運(yùn)輸貨物的過程中出現(xiàn)低負(fù)荷甚至空載運(yùn)行的狀
況，大大浪費(fèi)了帶式輸送機(jī)運(yùn)行能源，降低了設(shè)備電
能使用效率，提升了企業(yè)運(yùn)行成本-5]。針對(duì)這一問
題，本文擬通過對(duì)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過程與速度調(diào)節(jié)
功能兩方面對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造，以期
提升設(shè)備電能使用率，降低企業(yè)成本，增加企業(yè)市場(chǎng)
競(jìng)爭(zhēng)力。
1長距離帶式輸送機(jī)能耗原因分析
長距離帶式輸送機(jī)一般分為六部分，分別為驅(qū)
動(dòng)設(shè)備、滾筒、輸送帶、拉緊裝置、托輥及輔助裝置，
其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，長距離帶式輸送機(jī)的
驅(qū)動(dòng)設(shè)備是由多臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)組成的，在實(shí)際
生產(chǎn)過程中，多臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生功率
不均衡的現(xiàn)象，這導(dǎo)致帶式輸送機(jī)的電機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生
不均現(xiàn)象，使得設(shè)備能源損耗上升，成本無法控制，
嚴(yán)重者會(huì)使電機(jī)磨損，造成電機(jī)燒毀現(xiàn)象。電機(jī)均衡
性的影響因素分為靜態(tài)因素與動(dòng)態(tài)因素兩類。其中，
靜態(tài)因素主要是長距離帶式輸送機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)是否
合理；動(dòng)態(tài)因素為在產(chǎn)生不均衡現(xiàn)象時(shí)，設(shè)備是否具
有迅速響應(yīng)機(jī)制，可在時(shí)間要求范圍之內(nèi)對(duì)不均衡
現(xiàn)象進(jìn)行處理，保證帶式輸送機(jī)的有效運(yùn)行。
長距離帶式輸送機(jī)的另外一個(gè)問題為速度調(diào)節(jié)
問題。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)一般采用恒速運(yùn)行的模式，
但實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中恒定不變的煤炭產(chǎn)量是十分少
收稿日期：2021-10-11
作者簡(jiǎn)介：楊雪（1992一），女，河北懷安人，本科，畢業(yè)于中國
礦業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，助理工程師，研究方向?yàn)榈V山機(jī)械
給料裝置
傳動(dòng)滾筒-C）
改向滾筒
見的，這就使得帶式輸送機(jī)會(huì)有較多情況處于空載
或低載荷運(yùn)行狀態(tài)，造成電能浪費(fèi)，增加企業(yè)成本。
2帶式輸送機(jī)啟動(dòng)功率平衡控制優(yōu)化分析
傳統(tǒng)的功率平衡控制主要有主從控制和并行控
制兩種，主從控制為以主機(jī)控制為主，從機(jī)進(jìn)行配
合，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)同步：并行控制為將電機(jī)參數(shù)統(tǒng)一設(shè)
置，統(tǒng)一給定運(yùn)行。并行控制抗干擾能力不強(qiáng)，主從
控制同步性較弱，均無法完美解決功率不平衡問題。
基于上述現(xiàn)象，本文提出了耦合補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)電機(jī)
進(jìn)行功率平衡控制，通過測(cè)定各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)
的參數(shù)，依據(jù)參數(shù)的變化量進(jìn)行差異性分析并進(jìn)行
相應(yīng)補(bǔ)償。該方法既可解決電機(jī)之間的運(yùn)行誤差，又
可使電機(jī)轉(zhuǎn)速精確達(dá)到設(shè)定值，減少運(yùn)行誤差。其具
體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
功率平衡控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)各電機(jī)進(jìn)行電流與轉(zhuǎn)速
分析，得出電機(jī)工作狀態(tài)結(jié)果。假設(shè)圖2中兩臺(tái)發(fā)電
機(jī)一臺(tái)為電動(dòng)狀態(tài)，另外一臺(tái)為發(fā)電狀態(tài)。將兩臺(tái)的
控制三相異步電動(dòng)機(jī)
控制器變頻器2
圖2帶式輸送機(jī)啟動(dòng)功率平衡控制優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖
輸送方向
輸送帶托規(guī)、
拉緊滾筒6
拉緊配重：
改向滾筒
圖1帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
變頻器
尾部浪量
相異步電動(dòng)機(jī)2
.272·
負(fù)載率進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)載率較大的電機(jī)為電動(dòng)電機(jī)
時(shí)，表明電動(dòng)電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)，電機(jī)需對(duì)輸送機(jī)提
供正牽引力，增大發(fā)電電機(jī)功率，提供負(fù)載；當(dāng)負(fù)載
率較大的電機(jī)為發(fā)電電機(jī)時(shí)，表明發(fā)電電機(jī)處于負(fù)
載狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)減少功率輸出，使電動(dòng)電機(jī)進(jìn)人發(fā)電
狀態(tài)。
3帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速優(yōu)化分析
3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
針對(duì)傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)恒速運(yùn)行的端，本文提
出運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。
對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法包括電磁調(diào)速、變極調(diào)速、
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、變頻調(diào)速等方法。其中，變頻調(diào)速
因其調(diào)速平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、輸出穩(wěn)定、節(jié)能等特點(diǎn)
逐漸成為調(diào)速主流方式。變頻調(diào)速的主要元件為變
頻器，通過與PLC相組合的方法對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行
調(diào)速優(yōu)化。其具體布置示意圖如圖3所示。其中，
PLC為主控制器，變頻系統(tǒng)與PLC通過通信線進(jìn)行
連接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與處理。PLC還可將變頻器
的數(shù)據(jù)向上位機(jī)傳輸，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)帶式輸送機(jī)
的精準(zhǔn)控制。
變頻器
M3
2號(hào)驅(qū)動(dòng)滾筒減速箱
減速箱
電
M2
機(jī)
圖3變頻調(diào)速系統(tǒng)布置示意圖
3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1變頻器選型
變頻器可分為兩種，分別為交-交變頻器與交-
直-交變頻器。交-交變頻器的變頻范圍小，應(yīng)用面
較窄，故本文選用交－直－交變頻器。交-直-交
變頻器主要是通過整流裝置將交流電轉(zhuǎn)化為直流
電，然后利用逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為可調(diào)的頻率與
電壓，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速
由于長距離帶式輸送機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載模式，故
設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制要求較高。故本文
選用SIMOVERTMV變頻器，其具體配置如圖4所
示。該變頻器為西門子公司研發(fā)制造，屬于中壓變頻
器，設(shè)計(jì)連接電機(jī)額定電壓為2.3～6.6kV，功率為
0.66~7.2MW。該變頻器具有啟動(dòng)電流小、力矩大、
磨損與損耗較小、啟動(dòng)停止時(shí)間可調(diào)等特點(diǎn)，且對(duì)
于帶式輸送機(jī)功率平衡問題有所幫助，較為適合本
jxglknjb@126.com
機(jī)械管理開發(fā)
10KV電網(wǎng)斷路器
OF
設(shè)計(jì)。
3.2.2PLC選型
PLC控制系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)采集、故障判
斷與控制、人機(jī)對(duì)話。經(jīng)分析，由于PLC有儲(chǔ)存容量
要求，且PLC與變頻器等設(shè)備的通信采用PROFIBUS
通信網(wǎng)絡(luò)，故本文選用CPU315-2DP可編程邏輯控
制器，其模塊配置及參數(shù)要求較為符合。
4系統(tǒng)測(cè)試
1）輸送機(jī)啟動(dòng)功率平衡控制優(yōu)化方案無論處于
靜負(fù)載還是動(dòng)負(fù)載狀態(tài)下，無論電機(jī)參數(shù)是否相同，
輸出轉(zhuǎn)矩都可按照比例進(jìn)行分配，未出現(xiàn)欠載或者
過載現(xiàn)象，解決了帶式輸送機(jī)啟動(dòng)功率不平衡現(xiàn)象。
2）將上述兩種方案應(yīng)用于實(shí)際中后，長距離帶
式輸送機(jī)使用電量大幅下降，按工業(yè)電價(jià)0.83元/kWh
計(jì)算，一年約可節(jié)省95萬元，降低了企業(yè)成本，提升
了能源使用率。
變頻器5結(jié)論
MI
隨著能源使用成本的不斷提高，對(duì)于設(shè)備的節(jié)
減速箱能改造逐漸引起企業(yè)的重視。長距離帶式輸送機(jī)因
其啟動(dòng)功率不平衡及帶式輸送機(jī)常處于空載或低負(fù)
帶式輸送機(jī)
載狀態(tài)，使得設(shè)備電能利用率較為低下。針對(duì)這一現(xiàn)
1號(hào)驅(qū)動(dòng)滾簡(jiǎn)象，本文進(jìn)行了針對(duì)性節(jié)能分析，運(yùn)用耦合補(bǔ)償與變
頻調(diào)速的方法對(duì)其進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，并得出了
變頻器以下結(jié)論：
1耦合補(bǔ)償方法可有效解決長距離帶式輸送機(jī)
啟動(dòng)時(shí)功率不平衡現(xiàn)象，降低設(shè)備磨損，提高能源使
用率。
2）帶式輸送機(jī)啟動(dòng)功率平衡控制優(yōu)化方案與輸
送機(jī)變頻調(diào)速優(yōu)化方案的使用可大幅度降低企業(yè)用電
成本，提升能源利用率，按工業(yè)電價(jià)0.83元/kWh計(jì)
算，一年約可節(jié)省95萬元，達(dá)到了節(jié)能改造的目的。
[1]劉治軍，王強(qiáng)周，楊金胡.石灰石長距離帶式輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要
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（編輯：李俊慧）（下轉(zhuǎn)第277頁）
第37卷
三繞組變壓器變頻器
SIMOVERT MV
圖4變頻調(diào)速系統(tǒng)配置示意圖
參考文獻(xiàn)
三相異步電動(dòng)機(jī)
M
3~
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Automation Control Technology of Coal Mining Machine in Header
（Shanxi Coal Transportation and Sales Group Energy Investment and Development Co.，
Abstract:In order to ensure the safe operation of coal mining machine and accelerate the intelligent construction of
working face,thecoal rock recognition technology is analyzed and the superiority of machine deep learing coal rock
recognition technology is determined； meanwhile,the coal seam geological model establishment and coal mining
machine pre-cutting line are given by establishing the unified coordinate axis of coal mining machine and coal seam
geology，which effectively improves the automatic operation of coal mining machine and provides some basis and
reference for theefficient mining,intelligent and automaticconstruction.
Key words：coal mining machine;coal rock identification;cut-offline;geneticalgorithm
（上接第272頁）
Study on Energy Saving Optimization of Long Distance Belt
(Mechanical and Electrical Management Section tai Mine, Jinneng Holding Coal Group,
Abstract:Aimingat theproblems of unbalanced starting powerand no-load and low-load operating conditions in the
operation of long-distance belt conveyor,the method of using coupling compensation and frequency conversion speed
regulation is proposed for energy-saving optimization The test shows that the method solves the problems of
unbalanced starting power and no-load and low-load operation of long-distance belt conveyor，reduces equipment
wear and tear,improves energy utilization rale,reduces enterprise cost，and achieves the purpose of energy-saving
optimization.
Key words: long distance belt conveyor constant speed operation; coupling compensation；variable frequency speed
regulation
（上接第274頁）
CAN Bus Based Electro-Hydraulic Control System Design for Thin
(Zhenchengdi Mine,Xishan Coal &amp;amp; Electric Group Co.,td.,Tan Shanxi 030053)
Abstract:In orderto solvetheproblem of low degree of automation and intelligent miningof thincoal seam and
improve the working efficiency of hin coal seam hydraulic brackel,the design idea of electro-hydraulic control system
ofthincoalseam hydraulic bracket based on double CAN bus,theoverall architectureof electro-hydrauliccontrol
system is designed,and the softwareand hardwarestructure and communication schemeof control system are designed
andresearched，andtheadjacentframecontrolandremotecontrolofhydraulicbracket areverified byexperimentwith
highreal-time and stability
Key words:thincoal seam;hydraulic support;CANbus;electro-hydrauliccontrolsystem
應(yīng)用研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2021.36（8）:280-282.
[]郝立光.劉召勇.綜采工作面智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研
究[J].煤炭與化工，2021,44（8):80-82.
（編輯：李俊慧）
Working Face
Li Xuebing
Ltd.,Taiyuan Shanxi 030053)
Conveyor
Yang Xue
Datong Shanxi 037000)
CoalSeam Hydraulic Support
Tian Wei

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