多点驱动控制的技术分析

邵宁范

【摘 要】长距离带式输送机起制动过程的合理设计是输送机设计的重要内容。着重分析输送机各元件的最大受力情况，才能生产制造出性能稳定正常的带式输送机。

【关键词】可控软起动装置；张紧绞车；优化设计

0.前言

近年来，随着我国对煤炭需求量的持续增加，煤矿也在向大型化、集约化、高产高效的方向发展。对于主要运输工具的带式输送机，单机运输距离也从几年前的3公里，变为6公里，甚至十几公里。

带式输送机一般分为固定带式输送机和可伸缩带式输送机。为了降低带强，长距离带式输送机一般采用头尾驱动或增加卸载式中间驱动的方式。固定带式输送机一般选用钢绳芯胶带，可伸缩带式输送机必须选用PVC或PVG带。PVC或PVG胶带比钢绳芯弹性模量小的多，所以可伸缩带式输送机比固定带式输送机更复杂，也更难以控制。

下面是我公司生产的6.3Km长的可伸缩带式输送机的设计特点：

1.用道奇公司CST作为该机的可控软起动装置

长距离、大运量带式输送机的技术核心是根据潜在的动力学问题，解决起动、停车加速度曲线的控制及多电机之间的功率平衡。CST可控软起动系统是高可靠性的机电液一体化驱动系统，可根据胶带输送机起动，运行工况需要，通过控制器设置需要的加速度曲线和起动时间，并使输出力矩与液压系统的压力成正比。同时通过输出轴上的速度传感器，检测出转速并反馈给控制系统，该转速将与控制系统设定的加速度曲线比较，其差值将用于调整湿式离合器摩擦盘的压力，从而确定胶带输送机的加速度斜率，输出软起动曲线。在正常运行时，还可根据各电机的电流大小，改变输出速度大小，实现多电机之间的功率平衡。

CST正常起动曲线

上面是CST的起动曲线，它能大幅度的降低胶带的张力。在起动曲线中，延迟段的速度为10%的额定速度。在延迟段内，下垂胶带被张紧。在延迟段结束后，按最小加速度或最小冲击的方式完成输送机的起动过程，从而最大程度地降低了胶带机的起动张力。

2.张紧绞车

本机做为国产化项目，最初我们考虑到运距长，运量大，国产张紧绞车的响应速不够快，选用了进口ACE公司的APW电-液张紧绞车。在神东公司的使用经验证明，APW绞车在起动时，响应速度快，性能甚佳。但当整个系统断电停车时，因其距离长，胶带张力急剧增加（有时会超过设定值的2-3倍），往往会造成钢丝绳断裂，从而引起游动小车、滚筒及储带仓的损坏。这个问题在神东公司发生过数起（包括从ACE公司进口的输送机），给矿上造成了很大的损失。

分析其原因，是由绞车的工作原理引起的：该绞车在胶带张力超过设定值需要松绳时，采用的是电机反馈发电制动，正常停车没有问题。但当整个系统失电时，电机反馈发电完全失效，绞车不能释放钢丝绳，造成胶带张力急剧增加而引起上述事故。后来又引进了HDW变频绞车，同样没有很好的解决上述问题。APW绞车还有一个卷带模式。为了不造成卷带时乱卷，在液压系统中设置了一个阻尼孔，从而使钢丝绳不完全松弛，带有一个小的辅助张力。正常工作时，这个功能效果显著。但有时因为某种原因，辅助张力过大，造成卷带马达卷不动或液压系统的损坏。

综合以上的原因，加上进口绞车价格昂贵，我公司在选用绞车时，寻求用国产绞车代进口绞车。在调研过程中发现，国产SZL-1400/400型绞车为机械绞车+油缸的结构可以很好地解决整个系统断电停车时绞车释放钢丝绳的问题。但也存在着一些问题，如绞车的动态响应性能欠佳、自动化程度低、卷带时松绳速度过低，影响卷带速度等。

针对这些问题，西北煤机公司和徐州五洋科技公司共同协商对SZL-140/400进行了如下改进：

（1）增大了机械绞车的电机功率，使松绳时绳速达到0.2m/s，完全满足了卷带的要求。

（2）正常工作时，机械绞车及油缸均能自动工作，拉紧油缸只做为动态补偿装置。

（3）另配测力装置（含测力油缸和压力传感器等），并依靠压力继电器及油缸接近开关进行校核和保护（及具有双重保护功能），以确保设备的工作可靠性。

（4）增加双油泵系统，在油泵出现问题时可马上切换到备用油泵，尽量减少停车时间。

（5）拉紧装置实现人机界面（汉字化，数字化），状态输出为模拟量输出。

（6）预留通讯接口，可以实现数字化传输的方式。

该拉紧绞车的售价20万元，与进口绞车相比可节约50-80万元。而且整体性能已达到或部分功能已超过了进口绞车。是一种性价比较高的设备。在实际使用中发现，整体输送机性能稳定，代表了年产1000万吨级全部国产化综采设备工作面的顺槽输送机的最高水平。

3.中间驱动的特点

传统的中间驱动采用预设时间的方法控制机头与中驱的顺序起动。也就是机头驱动先起动，达到了预设的时间后，中间驱动再起动。问题是这个时间是变量，不同的胶带，不同的距离，不同的运量，以及是否满载起动或空载起动，这个时间都是变化的。这就给控制程序带来了很大的困难。如果中驱起动过早，容易引起打滑，起动过晚，机头驱动又容易过载。鉴于此，我们在中间驱动部设计了张力传感器，适时检测松边胶带的张力。也就是机头驱动先起动，中间驱动部松边胶带的张力达到了预设值后，中间驱动再起动。很好地解决了上述问题。

4.本机的设计采用了动态分析的方法

长距离带式输送机起制动过程的合理设计是输送机设计的重要内容。输送机各元件的受力状况都是在起制动过程中达到最大，所以分析输送机各元件的最大受力要对起制动过程进行动力学分析。标准的设计方法采用的是将输送带看成是刚体对输送带进行力学分析，这种分析方法对小运量、短距离的输送机可以得到满足工程设计要求的精度。然而对于大运量、长距离的大型带式输送机，刚性力学的分析方法已不能满足设计要求，计算结果有较大的误差。因此，对大型带式输送机必须采用较为精确过程的动力学分析方法。

带式输送机的动态分析可以得到以下结果。

（1）给出输送机各主要零件的受力状况，应用这些结果可以进一步对各零部件进行强度设计。

（2）提供合理的驱动装置起制动过程的驱动力和制动力的控制要求。

（3）为输送机的拉紧装置设计提供设计参数，包括拉紧装置的速度、行程，进而可以设计拉紧装置的驱动功率。

（4）检验初步设计结果的合理性，通过分析结果对初步设计进行改进。

5.结束语

通过分析得知，长距离带式输送机起、制动过程的合理设计是输送机设计的重要内容，必须采用较为精确过程的动力学分析方法。才能生产制造出性能稳定正常的带式输送机。