殷志強(qiáng)

【摘要】本文對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了盤式制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及詳細(xì)的控制方案，針對(duì)每種工況提出了相應(yīng)的控制策略，并編制了控制軟件。

【關(guān)鍵詞】下運(yùn)帶式輸送機(jī)；制動(dòng)；控制技術(shù)

前言

下運(yùn)帶式輸送機(jī)在我國于80年代末開始用于傾斜煤層的開采，隨著其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的解決以及對(duì)傾斜煤層開采量的逐漸加大，長距離、大運(yùn)量、大傾角的下運(yùn)帶式輸送機(jī)在我國煤礦井下的需求量也越來越大。

下運(yùn)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)工況：（1）無載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行阻力大于輸送帶下滑分力，為克服運(yùn)行阻力，以電動(dòng)方式運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)裝運(yùn)物料很少，物料以及輸送帶的下滑分力不足以克服整機(jī)的運(yùn)行阻力時(shí)，也以電動(dòng)方式運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）滿載或裝運(yùn)物料較多時(shí)，物料以及輸送帶的下滑分力大于輸送機(jī)的運(yùn)行阻力，使輸送帶不斷加速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)超過其同步轉(zhuǎn)速后，電動(dòng)機(jī)以發(fā)電方式運(yùn)轉(zhuǎn)，向電網(wǎng)反饋電能，直至加速力矩與電動(dòng)機(jī)的電磁反力矩（制動(dòng)力矩）平衡時(shí)，輸送機(jī)保持一個(gè)穩(wěn)定速度運(yùn)行。

1.控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

盤式制動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

下運(yùn)帶式輸送機(jī)在制動(dòng)時(shí)，輸送帶測(cè)速裝置實(shí)時(shí)地檢測(cè)輸送機(jī)的帶速，并送入控制器與給定的速度信號(hào)比較，如果不相等則輸出不為零的誤差信號(hào)，經(jīng)調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流信號(hào)送入電液比例溢流閥進(jìn)而調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的出口油壓，盤式制動(dòng)器油缸中的壓力發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變制動(dòng)器對(duì)制動(dòng)盤的正壓力，制動(dòng)盤給下運(yùn)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置提供的制動(dòng)力矩也就相應(yīng)變化，最終使輸送機(jī)的速度發(fā)生改變，趨于與給定的速度一致。如此，下運(yùn)帶式輸送機(jī)即可按給定的制動(dòng)速度曲線實(shí)現(xiàn)“柔性制動(dòng)”。同時(shí)控制系統(tǒng)還要對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，能夠應(yīng)對(duì)超速、打滑等情況，以免發(fā)生事故。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.系統(tǒng)的控制方案

下運(yùn)帶式輸送機(jī)在電動(dòng)和饋電兩種工況下的控制比較復(fù)雜，需要認(rèn)真考慮到以下六個(gè)方面的問題：

（1） 起動(dòng)

下運(yùn)帶式輸送機(jī)處于重載負(fù)阻力工況時(shí)，若一開始就給電機(jī)送電，則電機(jī)在驅(qū)動(dòng)滾筒上產(chǎn)生的起動(dòng)力矩與負(fù)阻力產(chǎn)生的力矩同向，下運(yùn)帶式輸送機(jī)將在兩個(gè)力矩的共同作用下起動(dòng)，可能導(dǎo)致加速度過大，使輸送帶的張力增大，對(duì)系統(tǒng)各部件產(chǎn)生機(jī)械沖擊和電氣沖擊。因此，下運(yùn)帶式輸送機(jī)處于重載負(fù)阻力工況時(shí)的起動(dòng)方案應(yīng)是：在短時(shí)間內(nèi)（本論文設(shè)為1s）將盤式制動(dòng)器全打開，延時(shí)3秒后判斷加速度的大小，若加速度小于臨界加速度ac則說明起動(dòng)時(shí)間過長，應(yīng)立即啟動(dòng)電機(jī)；若加速度大于臨界加速度ac，則進(jìn)一步將此加速度值與0.9amax （amax =0.3m/s2）進(jìn)行比較，若大于該值則投入盤式制動(dòng)器提供適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力矩，控制速度起動(dòng)，下運(yùn)帶式輸送機(jī)自行下滑，帶速逐漸增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速也逐漸增加，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)再將電機(jī)投入，這就是“同步投入”的概念。實(shí)際情況中，考慮到檢測(cè)系統(tǒng)從檢測(cè)到同步信號(hào)至電機(jī)接入電網(wǎng)各繼電器的動(dòng)作時(shí)間，通常將同步投入轉(zhuǎn)速整定到小于同步轉(zhuǎn)速而大于額定轉(zhuǎn)速。電機(jī)投入后其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩增加，直到發(fā)電制動(dòng)力矩與負(fù)載力矩相平衡。

下運(yùn)帶式輸送機(jī)處于空載和輕載工況時(shí)，多數(shù)情況下都不能自行下滑或加速度過小，這時(shí)應(yīng)采用電機(jī)強(qiáng)迫送電起動(dòng)方式。

（2） 超速保護(hù)

大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的電機(jī)通常工作于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載力矩超過電機(jī)的最大發(fā)電制動(dòng)力矩MQ時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，制動(dòng)力矩下降，以致發(fā)生嚴(yán)重的“飛車”事故。因此，控制系統(tǒng)必須具有電機(jī)超速保護(hù)功能，即檢測(cè)系統(tǒng)必須有電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路。

超速可以分為兩個(gè)級(jí)別：

1） 超速Ⅰ

當(dāng)輸送機(jī)上的載荷超過額定負(fù)載一定量時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，此時(shí)應(yīng)停止向輸送機(jī)加載，在停止加載后，轉(zhuǎn)速將下降，待轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常后又可繼續(xù)加載。

2） 超速Ⅱ

當(dāng)輸送機(jī)上的載荷使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于發(fā)電制動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)處于嚴(yán)重的超載工況，停止加載已無法解決，應(yīng)立即發(fā)出停車指令。

超速Ⅰ、Ⅱ?qū)?yīng)的具體數(shù)值，應(yīng)根據(jù)具體的電機(jī)特性而定。

當(dāng)發(fā)生超速情況時(shí)，應(yīng)將盤式制動(dòng)器投入工作，增加制動(dòng)力矩使轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定。

（3） 打滑保護(hù)

打滑分兩種情況：第一種主要是由于輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒間的摩擦系數(shù)降低或超載，歐拉摩擦條件破壞，輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒間產(chǎn)生了相對(duì)滑動(dòng)，并且?guī)俑哂隍?qū)動(dòng)滾筒的表面線速度，此稱為打滑Ⅰ；第二種是由于運(yùn)行中的輸送帶因種種原因運(yùn)動(dòng)受阻，其速度低于額定速度而產(chǎn)生打滑，此稱為打滑Ⅱ。

1） 打滑Ⅰ

打滑Ⅰ不僅會(huì)造成輸送帶的磨損，更嚴(yán)重的是由于摩擦發(fā)熱可能導(dǎo)致輸送帶的燃燒，甚至引起瓦斯、煤塵的爆炸。因此，要求檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)輸送帶的線速度，如超過額定線速度的15%，則發(fā)出指令停止加載，使系統(tǒng)漸趨于穩(wěn)定運(yùn)行。

2） 打滑Ⅱ

打滑Ⅱ不僅能造成打滑Ⅰ的后果，而且還可能造成撕帶等事故，當(dāng)檢測(cè)到帶速低至額定轉(zhuǎn)速的85%時(shí)，發(fā)出制動(dòng)停車信號(hào)。

（4） 正常制動(dòng)

正常制動(dòng)時(shí)，電控系統(tǒng)發(fā)出停車信號(hào)，首先停止給料，延時(shí)一段時(shí)間（此時(shí)間取決于輸送機(jī)長度和額定速度），待輸送機(jī)上物料卸盡后，執(zhí)行制動(dòng)程序。

（5） 緊急制動(dòng)

當(dāng)遇到突發(fā)事故，如撕帶、煙霧、跑偏、超溫等需緊急制動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即執(zhí)行制動(dòng)程序。

（6） 突然停電

當(dāng)發(fā)生斷電事故時(shí)，液壓系統(tǒng)應(yīng)動(dòng)作使輸送機(jī)緩慢停車，而不致失去控制以致“飛車”或制動(dòng)減速度過大造成事故。

3.電控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式，通過選擇開關(guān)可方便的在兩種模式間進(jìn)行切換。手動(dòng)模式的采用使系統(tǒng)的檢測(cè)和調(diào)試具有較大地靈活性。

在自動(dòng)工作模式下，自動(dòng)模式選擇開關(guān)處于“開”狀態(tài)，手動(dòng)模式選擇開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)，按下正常起動(dòng)按鈕則執(zhí)行自動(dòng)起動(dòng)過程。

若采用手動(dòng)起動(dòng)方式，自動(dòng)模式選擇開關(guān)置于“關(guān)”狀態(tài)，手動(dòng)模式選擇開關(guān)置于“開”狀態(tài)，按下手動(dòng)啟動(dòng)泵站電機(jī)按鈕啟動(dòng)泵站電機(jī)，再按下開盤閘按鈕打開盤閘，最后按下正常起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將執(zhí)行“測(cè)輸送機(jī)加速度 和電機(jī)轉(zhuǎn)速”往下的過程。

無論自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式，按下正常停車按鈕則發(fā)出“正常停車指令”，按下緊急停車按鈕或PLC接收到故障信號(hào)觸發(fā)中斷則發(fā)出“緊急停車指令”，兩者都將執(zhí)行正常制動(dòng)停車過程。

4.應(yīng)用實(shí)例

本文所研制的控制系統(tǒng)在本礦帶式輸送機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，帶式輸送機(jī)的主要參數(shù)如下：長度L=950m，運(yùn)量Q=150t/h，帶寬B=800mm，帶速v=1.25m/s，傾角α=-20o，電機(jī)功率N=55kW。

自2011年元月開始使用，期間僅出現(xiàn)過一次因泵站電磁閥密封圈損壞導(dǎo)致的漏油現(xiàn)象，更換后即解決問題，到目前為止再?zèng)]有出現(xiàn)過其他問題，用戶反映良好。

5.結(jié)論

（1）本文主要對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)工況進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上制定了盤式制動(dòng)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和控制方案，同時(shí)對(duì)起動(dòng)、超速、打滑、正常停車、緊急停車以及突然停電等不同的工況提出了詳細(xì)的控制策略。實(shí)際應(yīng)用表明所研制的控制具有良好的使用效果。

（2）此外，下運(yùn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況較為復(fù)雜，還應(yīng)針對(duì)空載、載荷較小和滿載分別采用不同的控制策略，以更好地滿足煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]宋偉剛.大型帶式輸送機(jī)合理可控起動(dòng)曲線的研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2002（8）：20-23

[2]李玉瑾.帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性分析與軟起動(dòng)設(shè)計(jì)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2002（6）：294-299

[3]包繼華，于巖，周滿山.下運(yùn)帶式輸送機(jī)盤式制動(dòng)系統(tǒng)的研究[J].煤礦自動(dòng)化，2000（5）：9-10

[4]王光炳.淺析下運(yùn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)與起動(dòng)[J].煤礦機(jī)電，2001（1）：31-34

[5]于勵(lì)民，王得勝，劉剛?cè)A.帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)原理與選型設(shè)計(jì)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003

[6]張愛民.自動(dòng)控制原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006

[7]解冬惠，白云.大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)電控設(shè)計(jì)淺析[J].礦山機(jī)械，2006（9）：92-93