1、主井帶式輸送機(jī)實(shí)施技術(shù)改造的背景
晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司成莊礦主斜井帶式運(yùn)輸機(jī)，是我國(guó)煤炭系統(tǒng)引進(jìn)的第一條長(zhǎng)距離變頻驅(qū)動(dòng)的
帶式運(yùn)輸機(jī)。輸送帶全長(zhǎng)2 667 m，寬度1.4m，帶強(qiáng)3500 N/mm．物料提升高度約為184 m，最大傾角130，平均傾角4°，設(shè)計(jì)運(yùn)量為1350t/h，運(yùn)行速度為4 m/s。輸送機(jī)采用雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，其機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒同時(shí)又作為卸載滾筒，控制部分采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軟起動(dòng)和功率平衡。隨著礦井的不斷延伸，其運(yùn)量需進(jìn)一步提升，這樣，系統(tǒng)運(yùn)行的問(wèn)題越來(lái)越多，輸送能力不能滿足礦井發(fā)展的需要，主要表現(xiàn)在以下幾方面：
(1)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制模式不合理，輸送機(jī)速度超過(guò)3 m/s后，振動(dòng)會(huì)逐漸加大，系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，致使運(yùn)量只能控制在1000 t/h，輸送機(jī)達(dá)不到原設(shè)計(jì)運(yùn)量。
(2)由于產(chǎn)量提升，輸送機(jī)運(yùn)量需提升至1770t/h，不僅原驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量必須增大，而且變頻器容量也不能滿足要求。
(3)原有變頻器采用模擬電路進(jìn)行控制，控制方式落后，且為水冷方式，系統(tǒng)故障率高，不能滿足礦井安全生產(chǎn)。
由于以上原因，成莊煤礦必須對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造，必須將系統(tǒng)輸送能力提升至1770t/h。根據(jù)計(jì)算和分析，需將電機(jī)容量更換為900 kW，減速器也需要重新選型，同時(shí)要更新變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
確定了合理的主從控制模式后，可達(dá)到既實(shí)現(xiàn)電機(jī)之間功率和力矩平衡，又減小對(duì)輸送機(jī)設(shè)備的沖擊。
2、技術(shù)改造方案
(1)雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式
帶式輸送機(jī)采用雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)的物理模型，其輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置設(shè)在機(jī)頭回程側(cè)，驅(qū)動(dòng)模型如圖1所示。
通過(guò)建立輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)機(jī)電耦合數(shù)學(xué)模型，為進(jìn)一步研究雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)系統(tǒng)的加速特性、控制原則和策略等提供了理論基礎(chǔ)。
(2)輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程的拋物線組合加速度控制曲線
輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程中分為三個(gè)階段：初始起動(dòng)階段，由牽動(dòng)整條輸送帶所需時(shí)間確定；靜阻力施加于驅(qū)動(dòng)滾筒的階段，由靜阻力從最后一個(gè)托輥組反射回驅(qū)動(dòng)滾筒所需的時(shí)間確定；輸送機(jī)起動(dòng)到額定速度的階段。為了使輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，減小動(dòng)張力，輸送機(jī)的起動(dòng)有一個(gè)預(yù)加速及低速爬行階段和主加速階段。目前，帶式輸送機(jī)廣泛使用的加速度控制曲線有：澳大利亞Harrsion的正弦形加速度控制曲線，美國(guó)Nordell的三角形加速度控制曲線等。
通過(guò)理論分析與仿真研究發(fā)現(xiàn)，采用拋物線、正弦形、三角形加速度曲線與sm(31rt/T)合理組合，可以削平拋物線、正弦形、三角形的峰值，研究發(fā)現(xiàn)，其拋物線組合加速度曲線的峰值最小。從限制輸送帶動(dòng)張力的角度考慮，拋物線組合加速度曲線為最佳。
(3)確定合理的主從控制模式
通過(guò)對(duì)輸送機(jī)的速度控制原則，力矩控制原則，功率控制原則，以及綜合控制原則的理論分析，計(jì)算機(jī)仿真，以及大量的工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究，確定控制原則為：以I級(jí)驅(qū)動(dòng)的l#電機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，按速度給定的2’電機(jī)按力矩跟蹤；Ⅱ級(jí)驅(qū)動(dòng)的3’電機(jī)按給定速度的1.1倍跟蹤，并進(jìn)行力矩限制。這種主從控制模式不僅能保證輸送機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行，而且其組合加速度達(dá)到最佳狀態(tài)。
3、具體改造內(nèi)容
(1)更換電機(jī)，變頻器及減速器
更換原型號(hào)為HM65的3臺(tái)750 kW水冷電機(jī)，全部選用西門子公司生產(chǎn)的型號(hào)為ILA4 500-4CV90-2的900 kW風(fēng)冷式電機(jī)。將原CE型3臺(tái)水冷變頻器，全更換為西門子公司生產(chǎn)的6SE8014 -1AAOI-Z型風(fēng)冷變頻器。將原戴維．布朗公司生產(chǎn)的B3-500型3臺(tái)水冷減速器（速比為26.98），全部更換為德國(guó)FLENDER公司生產(chǎn)的B3SH-19型（速比為25.409）風(fēng)冷減速器。
(2)采用閉環(huán)控制技術(shù)
西門子公司的6SE8014-1AAOI-Z型變頻器采用高精度的矢量控制技術(shù)，其控制核心為全數(shù)字化SIMADYN D（32位），采用閉環(huán)控制。協(xié)調(diào)3臺(tái)變頻器之間的主從控制及遠(yuǎn)端控制功能，增設(shè)1臺(tái)西門子S7 -300PLC可編程控制器來(lái)完成此項(xiàng)功能。
4、改造完成后的效果分析
(1)技術(shù)改造前帶式輸送機(jī)曾出現(xiàn)滾筒因輸送帶受力分配不均局部過(guò)載而造成主驅(qū)動(dòng)滾筒軸承損壞，二次滾筒斷軸減速器齒面剝落等故障，通過(guò)改造后，采用拋物線組合加速度起動(dòng)曲線，其輸送機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)張力曲線更加平緩，有效地限制了輸送帶的動(dòng)張力和彈性振動(dòng)，成功解決了起動(dòng)沖擊對(duì)輸送機(jī)造成的損害，有效抑制了輸送帶的抖動(dòng)現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、減速器、托輥等部件的機(jī)械工況也得到了明顯改善。
(2)從多滾筒、多電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)出發(fā)，運(yùn)用輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各驅(qū)動(dòng)滾筒的牽引力和牽引功率的均衡分配，采用以I驅(qū)動(dòng)的14電機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，按速度給定，I驅(qū)動(dòng)的29電機(jī)按力矩跟蹤，Ⅱ驅(qū)動(dòng)的34電機(jī)按給定速度的1.1倍跟蹤，并進(jìn)行力矩限制的工作模式。這種優(yōu)化多電機(jī)主從控制原則，使3臺(tái)電機(jī)的功率分配更加均勻，保證了輸送機(jī)系統(tǒng)正常工作。從運(yùn)行圖中可以看出，3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)電流、速度曲線重合度非常好，組合加速度為最佳狀態(tài)，極大地減小了系統(tǒng)的彈性振動(dòng)。
(3)系統(tǒng)改造完成后，主井輸送機(jī)運(yùn)量有了很大的提升，運(yùn)量由1000t/h提升至1770 t/h，運(yùn)行速度達(dá)到4 m/s，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，為成莊礦下一步發(fā)展創(chuàng)造了必要條件。
5、經(jīng)濟(jì)效益分析
通過(guò)運(yùn)用合理的控制原則，不僅保證了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)安全，而且節(jié)省了能耗。按可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命為2年計(jì)算，每年設(shè)備的折舊為100萬(wàn)元，可節(jié)約資金為200萬(wàn)元/a；改造完成后，大大提升了礦井主運(yùn)系統(tǒng)的能力，按每天運(yùn)行18 h、每年生產(chǎn)日為330 d、每噸凈利潤(rùn)為120元計(jì)算，每年可創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益：(1 770 -1 000) x18 x330 x120 =54 885.6萬(wàn)元/a�？偟慕�(jīng)濟(jì)效益合計(jì)為：200+54 885.6=55335.6萬(wàn)元/a—5.5億元/a
