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皮帶輸送機節(jié)能運行優(yōu)化研究

文檔作者：王亞珍1 趙英杰文檔來源： 1.陽煤納谷（山西)節(jié)能服務(wù)有限責(zé)任公司 2.山西陽中新材有限責(zé)任公		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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上一篇：強力皮帶機安全防護的現(xiàn)狀及改進措施的研究

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總第261期
2025 年第1期
優(yōu)化改造
摘要：皮帶輸送機在對物料運輸過程中存在能耗浪費情況，分析能耗浪費原因，并通過多變量遺傳算法對皮帶輸
送機進行節(jié)能優(yōu)化，建立皮帶輸送機阻力模型、能耗模型與能源成本模型，以能耗作為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化煤炭運輸速度
與驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)速得到能耗全局最優(yōu)解，降低皮帶輸送機總能耗，并通過仿真分析對比驗證了該算法優(yōu)化的可行性。
關(guān)鍵詞：皮帶輸送機；遺傳算法；多變量；節(jié)能
中圖分類號：TD634.1
0引言
山西兆豐鋁電氧化鋁分公司使用的是拜耳法生
產(chǎn)氧化鋁。鋁礬土礦中主要成分是氧化鋁、硅酸鹽、氧
化鐵。拜耳法原理是先將氫氧化鈉堿溶液通過蒸汽升
溫到一定溫度，從而將鋁礬土礦中的氧化鋁溶解，得
到鋁酸鈉溶液；再將鋁酸鈉溶液進行稀釋和冷卻分解
析出氫氧化鋁；最后將氫氧化鋁焙燒得到氧化鋁。氫
氧化鈉溶液加熱以蒸汽作為熱源。蒸汽由燃煤鍋爐提
供。輸煤皮帶承擔(dān)著將優(yōu)質(zhì)煤輸送至原煤倉內(nèi)儲備，
再輸送至鍋爐進行燃燒，保障蒸汽穩(wěn)定供應(yīng)，確保生
產(chǎn)可持續(xù)進行[1-2]。
輸煤皮帶依據(jù)摩擦傳動原理，由傳動滾筒帶動輸
送帶運轉(zhuǎn)，將物料運輸至目的地。鍋爐車間皮帶總長
910m，皮帶電機總功率590kW，單條皮帶最大運輸
能力800t/h，帶寬1000mm，帶速2.0m/s。煤倉漏斗
采用單板式結(jié)構(gòu)。輸煤皮帶系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程控制和就地
控制兩種。正常運行為遠(yuǎn)程控制，皮帶處于恒定功率
運行狀態(tài)。
皮帶輸送機主要由傳動機構(gòu)、支架、輸送帶、托輥
組等構(gòu)成。該設(shè)備可進行遠(yuǎn)距離輸送、適應(yīng)性廣、承載
能力大、易于維護等優(yōu)點，并且可以進行連續(xù)性輸送。
然而，鍋爐在實際運行當(dāng)中，煤倉下料有一定的波動
性，皮帶輸送機全時恒定功率運行，當(dāng)煤倉下料量少
時，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成能耗浪費，不利于降
低成本。針對該現(xiàn)象,本著降本增效的目標(biāo),擬研究多
變量遺傳算法控制，優(yōu)化皮帶輸送機傳送速率和物料
下料量之間的匹配度，從而在煤炭下料量波動時即使
調(diào)節(jié)電機功率,達到皮帶輸送機性能優(yōu)化，節(jié)約能耗
的效果。以山西兆豐鋁電氧化鋁分公司熱電廠1號一
6號輸煤皮帶為研究對象,皮帶型號均為DT75,帶寬
1000mm,帶速2.0m/s,最大輸送量800t/h。輸煤系統(tǒng)
各設(shè)備耗能,如表1所示。
收稿日期：2024-06-28
第一作者簡介：王亞珍（1982一）,女，陜西商洛人，本科，畢業(yè)于陜西理工學(xué)院,機械工程師,研究方向為機械設(shè)備優(yōu)化。
機械管理開發(fā)
Mechanical Management and Development
皮帶輸送機節(jié)能運行優(yōu)化研究
王亞珍1，趙英杰?
（1.陽煤納谷（山西)節(jié)能服務(wù)有限責(zé)任公司，山西陽泉045000；
2.山西陽中新材有限責(zé)任公司，山西陽泉　045000）
文獻標(biāo)識碼：A
25
斗輪機190
碎煤機250
1號輸煤皮帶A/B 90
2號輸煤皮帶A/B 75
3號輸煤皮帶A/B 110
4號輸煤皮帶A/B 110
5號輸煤皮帶A/B 160
6號輸煤皮帶A/B 45
帶式除鐵器(RCDD-10C3) 17.5
帶式除鐵器
(RCDD-10G2)
盤式除鐵器
除塵器(JJDCC-19-1)
除塵器(JJDCC-7-11)
合計
1皮帶輸送機能耗和能源成本模型
1.1皮帶輸送機受力分析
皮帶輸送機主要結(jié)構(gòu)見圖1,傳動方式為摩擦傳
動。主要由驅(qū)動滾筒、改向滾筒、側(cè)擋輥、調(diào)心托輥、承
載托輥、回程托輥、張緊裝置、輸送帶等。驅(qū)動滾筒由
傳動機構(gòu)驅(qū)動（電機、減速機等）；改向滾筒起到改變
皮帶轉(zhuǎn)動方向的目的；側(cè)擋輥、調(diào)心托輥主要調(diào)整皮
帶運行方向，避免跑偏，承載托輥、回程托輥為皮帶、
物料提供支撐力；張緊裝置為皮帶提供適度的張力，
以提高摩力,避免皮帶打滑,影響物料輸送。皮帶輸
送機安裝方式主要根據(jù)輸送要求，分為傾斜安裝、平
行安裝兩種方式，以傾斜方式居多[3-4]。
設(shè)備在運行時所受阻力主要由四個方面，即主要
阻力（Fn）次要阻力（F）坡度阻力（Fs）、特殊阻力
（Fsr),其中FH為托輥與輸送帶運行阻力、En為下料時
Total 261
No.1, 2025
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.01.061
文章編號：1003-773X(2025)01-0179-03
表1輸煤系統(tǒng)各設(shè)備耗能表
名稱功率/kW 設(shè)備使用數(shù)量耗電量/(kW·h)
葉輪給煤機2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
14.6 2
≤11.6 4
30 6
7.5 6
50
190
250
90
75
110
110
160
45
35
29.2
46.4
180
45
1 415.6
機械管理開發(fā)
·180· jxglkfbjb@126.com 第40卷
摩擦阻力、Fs為物料上升時重力、Fsr為其他組件摩擦
力。各阻力向量和為皮帶輸送機所需驅(qū)動力[5]。
煤倉
承載托輥
物料
Q-回程托輥
拉緊裝置
L一驅(qū)動滾筒與改向滾筒的中心距；
0一皮帶輸送機和地面構(gòu)成的傾斜角
圖1傾斜皮帶輸送機模型
1.2建立能耗模型
模型可靠度和計算精度呈正比關(guān)系。通過受力分
析，獲得受力模型，以生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)參
數(shù)獲取。
該設(shè)備以恒定功率運轉(zhuǎn)時，物料輸送耗能超過設(shè)
備運轉(zhuǎn)總耗能的80%。經(jīng)過分析得到皮帶輸送機功率
PT、物料速度T、驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)速V之間具有如下關(guān)系：
P=TV T2 3.6
(1-20 )+k3+Ca V +ki T2
Q
參數(shù)設(shè)置如下：
αi=6.48pb
Q
α3=k1.
d4-gLsin g+gicos 2
3.6
優(yōu)化后的模型：
T2 Pr=αiVT2+α2V+αV;- +α43.6
該模型中，各參數(shù)含義見表2。取值為相應(yīng)參數(shù)
平均值。
表2相關(guān)參數(shù)含義與取值
式中符號參數(shù)表示含義
T 煤炭運輸速度/(t/h）
V 驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)速/m/h）
QRU 回程托輥質(zhì)量/(kg/m）
g 重力加速度/(m/s2)
P 煤炭密度/(kg/m²)
摩擦系數(shù)
QB 煤炭質(zhì)量/(kg/m）
L 皮帶長度/m
QG 皮帶質(zhì)量/(kg/m）
皮帶輸送機與水平面夾角/°）
b1 側(cè)板寬度/m
結(jié)合實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，代人模型進行參數(shù)辨辯識，優(yōu)
化得出模型參數(shù)αivα2、α3α4取值0.00016846、
20 543.14.0.006 5、2 404.64。
1.3能源成本模型驅(qū)動滾筒
當(dāng)物料處于波動時，實時調(diào)節(jié)設(shè)備輸出功率，提
Q 高兩者間匹配度，減少能耗浪費。設(shè)備運輸空擋,可根
據(jù)實際情況，選擇停機或保持低功率運行，以達到節(jié)能
效果。電能消耗、電能單價、實時功率等表達式如下：
Je= / P(v(t), T(t))dt.
Jc= / Pr(v(t), T(t)p(t)dt.
式中：to—t為正常運行時段；Je為設(shè)備在工作時段的
總能耗；Jc為設(shè)備在該工作時段的電費;Vt)為驅(qū)動
滾筒轉(zhuǎn)速;T(t)為物料供應(yīng)速度;p(t)為該時段電價表
達式，用電時段不同，電價不等。
2多變量遺傳算法優(yōu)化
遺傳算法屬于全局搜索算法，采取復(fù)制迭代繁
衍,持續(xù)更新適應(yīng)度函數(shù)、變更運算準(zhǔn)則,最后得出最
優(yōu)解。
-+(9Lsin gtgcos +k) . 2.1能耗模型優(yōu)化與約束條件
3.6 基于上述模型，對設(shè)備進行優(yōu)化，獲取物料速度
T和滾筒速度V的最優(yōu)解。先假設(shè)條件成立：物料庫
1 存充足，并且經(jīng)過運輸?shù)奈锪蠠o堆積現(xiàn)象；皮帶輸送
機在運輸過程中的銜接時間忽略不計。
min=(aiv T+a.V+α: T2 +α4T+3.6
式中：n為輸送效率,取0.88;t為設(shè)備運行時間。氧化+k2
鋁生產(chǎn)作業(yè)中，由于下料速度的波動,運輸物料速度
和滾筒轉(zhuǎn)速不匹配,造成物流輸送中能耗浪費。
V2T 約束條件：皮帶輸送機驅(qū)動滾筒線速度取決于系
統(tǒng),Vmax=4.3m/s,Vmim=0m/s;皮帶輸送機物料輸送速度
取決于系統(tǒng)，Vma=800t/h，Vmin=0t/h；氧化鋁屬于連續(xù)
型生產(chǎn)作業(yè)，因此皮帶輸送機每天運行時間為24h。
2.2多變量遺傳算法設(shè)計
取值采取多變量遺傳算法的目標(biāo)是求出最優(yōu)解(設(shè)備
800 能耗最小值）。變量為滾筒轉(zhuǎn)速、物料速度。確立適應(yīng)
4.3 度函數(shù)：
13.9
9.8
1000
0.002 4
142.08
2. 415.69
18.81
20
0.75
V2T）.
_/ cm-(x), (x)

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