煤矿带式输送机的电气特性及节能分析初探

陈庆祥

摘要：在煤矿的生产中使用机械设备也是非常普遍和重要的。带式输送机是一个一种广泛应用于煤矿生产的输送设备。带式输送机在操作过程中消耗大量能量，这无疑是其最大的缺点。如何让它达到节约能源的效果和能源消耗的减少是本文讨论的关键问题。本文将重点介绍输送机的工作原理，操作的驱动方法和节能方法几个方面进行详细的阐述。

关键词：煤矿；带式输送机；电气节能

1带式输送机的工作原理

传送带由橡胶覆盖层和钢丝绳芯或织物芯的弹性单元组成。带式输送机在结构上是灵活的并且在操作期间相对稳定，但是在急停或起动的过程中会产生比较复杂的动力学特性，在大负载的情况下，紧急停止操作可能导致传送带断裂。目前大多数煤矿企业都使用皮带输送机，皮带输送机操作简单，维护方便。目前主要使用的皮带输送机主要包括驱动辊和减速机，输送带和辊子。根据使用的条件，机架，张紧装置，驱动电机和驱动器，制动器，控制和保护装置等也配备有不同的设备。例如，发电厂的煤矿带式输送机也需要配备溜槽，给料机等装置。主要工作原理是电机驱动皮带运输。一般的煤带式输送机在头部和尾部有两个驱动辊。两个驱动辊驱动皮带旋转，并且大量皮带安装在两个驱动辊的中间。滚轮支撑皮带进行运输，因此皮带在运输过程中承受的重力较小。为了确保材料在运输过程中不散开，支撑辊通常布置成V形，使得带处于运输过程中可以携带更多的材料。输送的皮带对强度有一定的要求，确保皮带在运输过程中不会受到张力，导致破损。一般的带式输送机在头部位置卸载，并且根据要运输的材料进行中间卸载。在输送过程中，皮带应保持稳定，皮带的波动会影响驱动滚筒和皮带的使用寿命。

2带式输送机驱动方式

当前煤矿井下带式输送机常见的驱动方式有以下几种：

2.1直流电动机拖动

直接起动是将电机的定子直接连接到电网，电机的定子可以获得整个网络的全电压。直接起动的起动电路最简单，起动电流大，起动转矩大，起动时间短，设备价格低。但是，这种起动方法有许多缺点。感应电机在额定电压下起动，其输入电流值通常为铭牌值（额定电流）的5至6倍。由于机械惯性和与其耦合的机械负载特性的组合，在加速的连续时域中的这种突然过电流将导致非常高的温升，这将破坏电动机。更不利的后果是在馈线上产生大的电压降，这对附近的其他电气设备产生不利影响。在正常情况下，只有直接起动引起的起动电流在电网中不超过10%～15%（对于经常起动的电动机取10%，对于不经常起动的电动机取15%），才允许直接起动。

2.2电动机加液粘离合器传动

液粘性离合器，也称为粘性离合器，油膜离合器或Ω离合器，通过改变离合器板的间距来改变传动扭矩，以改变粘性液体的剪切力。当调节离合器片的间隙时，可以相应地改变传递扭矩和输出速度。典型的液粘性离合器是差动轮式液体粘度调节器。CST是美国DODGE公司开发的一种新型机电一体化产品。它由多级齿轮减速器，湿式线性离合器，液压系统和控制系统组成。它是以Ω离合器为核心部件的传动系统。工作原理如下：系统所需的输出加速度在电液控制器中设定。在接收到电动机的启动信号后，电动机在空载时启动，并且在达到额定速度后，液压控制器开始增加到Ω离合器系统的液体压力。当Ω离合器开始工作时，输出扭矩逐渐驱动负载。当接收到停止信号时，液压控制器开始降低到Ω离合器系统的液体压力。通过调节液体压力，输送机获得恒定的减速并停止。

2.3电动机加液力耦合器传动

液力耦合器是利用液力来传递功率（力矩）的装置，采用液力耦合器传动可改善系统的起动性能，增大起动力矩，缩短电动机的起动时间。液力耦合器应用较多的是调速型液力耦合器。调速型液力耦合器主要由液力耦合器、电动执行器、稀油润滑装置与油箱等组成。它的主要特点是在输入转速不变的情况下，通过导管或其他方式调节工作腔中的充油量以改变输出转速和力矩，而且其充油量的调节是在运行中进行的。

2.4交流电动机变频调速

交流电动机变频调速通过改变定子的供电频率，改变电动机的同步频率，实现速度调节。它具有速度范围宽，精度高的特点。很容易实现起动和制动速度曲线的自动跟踪。它可以提供理想的可控启动和制动性能。它可以在多个电机驱动时有效地分配负载，并实现多个驱动器。电机之间的功率平衡响应负载变化而快速。可根据预设的“S”形速度曲线控制输送机启动和制动，以满足整机的动态稳定性和可靠性要求。變频器还可以提供低速磁带检测。随着变频技术的发展和成熟，它已广泛应用于煤炭行业，具有优异的性能和简单的维护特性。

3带式输送机的节能方法

3.1电机功率控制节能

电动机功率控制技术节能是指通过降低电动机的输出功率来使负载大小与驱动功率相匹配。关键是要准确判断增加和减少电机的时间。目前，主要有两种方法：堆、取料机位置检测方法和电机电流检测方法。堆、取料机位置检测方法是在重新选择所需电机的额定功率的前提下，在堆、取料机行走轨道的适当位置安装具有状态锁定功能的行程开关或编码器。在皮带输送机的启动阶段，所有电机都投入运行，然后通过行程开关或编码器检测堆、取料机的工作位置。如果堆、取料机位于输送机的临界位置（根据输送机的实际所需功率确定），则皮带输送机可减少一台电机的阻力。如果堆、取料机位于临界位置之外，则皮带输送机仍然被所有电机拖动。虽然改进方法简单，但由于不考虑轻载条件，不能判断是否应根据煤流量进行电动机减速运转，因此仍存在电动机利用效率为不高。

电机电流检测法是指当带式输送机负荷较大时，电机电流也较大；当带式输送机负荷较小时，电机电流也较小。无论是带式输送机承载物料长度的改变，还是承载物料流量的改变，都会引起电机工作电流的变化。此法可以实时动态监控带式输送机上负荷的大小，但是由于受到外界干扰时会造成负荷波动，检测到的电流值有时不能真实反应带式输送机的稳定负荷，会出现明显的偏差。

3.2异步电动机Y-△接法节能

根据异步电动机的工作原理可知，三角形接法（△）定子绕组上的相电压V△Φ与线电压VL相等，星形接法（Y）定子绕组上的相电压VYΦ=VL/√3。电机所需要的无功功率Q包括励磁无功功率QJC和漏磁无功功率QLC两部分，即Q=QJC+QLC。由于漏磁无功功率与用电设备的负荷电流成正比，且负荷不变时三角形接法和星形接法电机的负荷电流大小相同，因此两种接法的漏磁无功功率QLC也相同。而励磁无功功率QJC与定子绕组上的相电压的平方成正比，因此定子绕组为星形接法的电机所需的励磁无功功率仅是三角形接法电机的1/3。

由于在同样电压和负荷下，电动机的△接法比Y接法的无功功率大，而有功功率相等，因此电动机的△接法比Y接法所耗总功率P大，又因为总功率P=N·ω，因此转速ω一定时，电动机的接法比Y接法输出扭矩N也大。所以，在带式输送机的工作过程中，采用在△接法下起动电动机，在Y接法下运行的方法，从而达到节能降耗的目的，提高电机的使用效率。

4结束语

带式输送机在煤矿的开采过程中具有重要的作用，也是煤矿开采过程中主要使用的设备，在煤的输送过程中要求带式输送机能平稳的运行，这在一定程度上能较少能源的消耗，减少设备的磨损。通过对带式输送机的输送原理进行深入的分析，不断开发新的节能技术，降低煤矿在运输过程的成本消耗，新的节能技术需要我们在带式输送使用的过程中不断的进行研究和分析，寻找新的节能方法和新的节能工艺。

参考文献：

[1]张沿江.带式输送机节能控制系统技术研究[D].西安科技大学，2014.

[2]岳佩轩，杨利，郭威华.煤矿带式输送机变频节能系统的应用和实现[J].煤矿机械，2016，37（07）：141-143.

[3]肖卫雄.煤矿带式输送机节能降耗控制系统的改造[J].煤矿机电，2014（01）：104-105+108.