楊波 肖大軍

【摘要】目前為響應(yīng)國家創(chuàng)建能源節(jié)約型社會的要求，在煤炭生產(chǎn)中設(shè)計長距離膠帶機已成為趨勢。但當(dāng)距離過長或坡度過大時，膠帶機的動態(tài)特性使其控制難度遞增，為降低帶強多點驅(qū)動則成為必然的選擇。本文就陜西黃陵二號煤礦205工作面順槽膠帶機采用頭部3臺CST加中部2臺CST控制的一些技術(shù)問題加以探討，總結(jié)了長距離膠帶機的控制過程中成熟應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】長距離帶機；CST，DH+網(wǎng)絡(luò)；多點驅(qū)動；張力控制

前言

針對我國煤炭能源節(jié)約的需求，設(shè)計長距離膠帶機已成為趨勢。黃陵二號煤礦總結(jié)長期在膠帶機中積累的經(jīng)驗，與道奇公司（Dodge）共同探討，研究設(shè)計出適合長距離膠帶機控制的方案，在黃陵二號煤礦205工作面順槽膠帶機中成功應(yīng)用，大大的提高了礦井的經(jīng)濟效益。

黃陵二號煤礦205工作面順槽膠帶機設(shè)計長度4700米，配置一部DSJ140/250/3×560+2×560型可伸縮膠帶機，通過CST多點驅(qū)動控制。多點驅(qū)動是指一條膠帶機存在頭部、中部或中部有兩個或兩個以上驅(qū)動點的驅(qū)動方式。利用CST（可控起動傳輸裝置）在國內(nèi)外已經(jīng)有過成功的應(yīng)用先例，但控制長距離膠帶機，對于黃陵二礦來說還無先例。

1.膠帶機多點驅(qū)動工作原理

1.1 多點驅(qū)動控制工作原理 CST是由美國道奇公司生產(chǎn)的可控啟動傳輸裝置，它是集機電液控為一體的產(chǎn)品，運用在電機驅(qū)動的動力系統(tǒng)中，通過控制其輸出軸的轉(zhuǎn)速和扭矩來實現(xiàn)大慣性負(fù)載的平滑啟制動，而多點驅(qū)動控制是根據(jù)膠帶機各個驅(qū)動點的控制方式的不同、受力的不同，及啟動和運行時所需要的轉(zhuǎn)矩和動作時間的不同，來實現(xiàn)平衡膠帶機的多點受力。

1.2 頭部控制工作原理 頭部驅(qū)動方式為“速度+功率平衡”控制：即CST1設(shè)為主驅(qū)為速度閉環(huán)控制，CST的功率輸出隨速度的變化而變化：起動時保證運行曲線，運行時保證額定速度；從驅(qū)CST2和CST3為功率平衡閉環(huán)控制，它們的輸出功率始終跟蹤主驅(qū)（CST1）的功率值，并與其保持一致，隨負(fù)載的變化而變化。

圖1：頭部CST控制工作原理圖

1.3 中部控制工作原理 中部驅(qū)動方式為張力控制：中部驅(qū)動站實際是一個助力站，當(dāng)頭部拉不動或負(fù)荷較大時，則需要中部部驅(qū)動幫助推動。實際操作需測量中部驅(qū)動點的膠帶張力，時刻和膠帶機在這點的設(shè)定張力（通過動、靜態(tài)分析計算獲得）相比較，當(dāng)實際張力大于設(shè)定張力時，說明頭部負(fù)荷較大，需要助動力；而當(dāng)實際張力小于設(shè)定張力時，說明助力過大應(yīng)該減少助動力。因此，CST4 設(shè)為主驅(qū)為張力閉環(huán)控制，保證帶機在助力點的正常張力。本項目中CST5作為備用設(shè)備，如果投運，則作為中部驅(qū)動的從驅(qū)，把CST4的功率值作為設(shè)定值賦給CST5的功率值，使其自動調(diào)節(jié)離合壓力，保證功率值跟隨CST4。

圖2：中部CST控制工作原理圖

1.4 DH+網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)性能 膠帶機長度近4700米，頭部和中部的控制系統(tǒng)通訊聯(lián)絡(luò)采用光DH+網(wǎng)絡(luò)通訊控制電纜主干網(wǎng)絡(luò)。

圖3：膠帶機控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性能圖

1.5 多點驅(qū)動控制特點

1.5.1軟連接、可控軟起動，無級調(diào)速

1.5.2平衡功率，延長使用壽命

1.5.3實現(xiàn)主電機空載起動，降低起動電流

1.5.4集機電控于一體，智能故障自診斷功能

1.5.5控制系統(tǒng)開放，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)

2.多點驅(qū)動控制設(shè)計方案

根據(jù)膠帶機各個驅(qū)動點的控制方式的不同、受力的不同，黃陵二號煤礦205工作面順槽膠帶機設(shè)計長度為4700米，采用PVG2000阻燃膠帶，每小時設(shè)計輸送量為2500噸，帶速為每秒4米。采用頭部3臺CST（630KS）驅(qū)動控制，其特征是速度+功率平衡；中部2臺CST（630KS）驅(qū)動控制，其特征是張力控制及助力站。通過頭部的3臺CST（630KS）和中部2臺CST（630KS）驅(qū)動控制方式，5臺電機功率均為630KW.為目前黃陵礦業(yè)公司最長的帶式輸送機。

圖4： 膠帶機多點驅(qū)動設(shè)計圖

3.膠帶機運行狀況

膠帶機安裝調(diào)試完成后，正常運行性能良好。CST空載運行曲線如圖5，重載運行曲線如圖6。

圖中紅色為主電機功率，1至4號電機按線形的由細(xì)到粗區(qū)分。

藍(lán)色為CST輸出軸速度（即膠帶機速度）給定理想曲線。

綠色為CST輸出軸實際速度曲線，1至4號CST按線形的由細(xì)到粗區(qū)分。

粉紅色為CST離合器壓力，1至4號CST按線形的由細(xì)到粗區(qū)分。

黑色為膠帶機中部定張力值，啟動時為210KN，運行時為185KN。

黃色為膠帶機中部實際運行測量張力值。

圖5：膠帶機空載啟動運行圖

圖6：膠帶機重載啟動運行圖

由實際運行曲線可見，膠帶機啟動時，加速平穩(wěn)，和理想的曲線基本吻合。其中，加速時間設(shè)定為150秒。

4.長距離膠帶機多點驅(qū)動設(shè)計結(jié)論

4.1長距離膠帶機多點驅(qū)動技術(shù)要求

4.1.1所有電機能夠空載起動；

4.1.2負(fù)載變化（即速度和張力變化）時能夠及時響應(yīng)；

4.1.3功率平衡控制；

4.1.4各個驅(qū)動點的驅(qū)動力能夠協(xié)調(diào)配合；

CST驅(qū)動除能滿足以上要求外，其獨特的離合器設(shè)計也能夠滿足助力站根據(jù)膠帶張力變化0～100%出力的要求。并且CST控制器能夠根據(jù)設(shè)計要求方便的對電機的最大出力，以及膠帶張力的過大過小進(jìn)行限制，當(dāng)超出設(shè)定限制值時，可以輸出信號停止給料或直接停止膠帶機。

4.2作為長距離多點驅(qū)動膠帶機，整條膠帶機的張力控制是非常重要的，中部的張力測量則是關(guān)鍵。

關(guān)于張力傳感器的一些需要重點關(guān)注事項介紹如下：

4.2.1轉(zhuǎn)載單元的張力測定應(yīng)該安裝兩個張力元件。原因很明顯，單邊受力不均，不能準(zhǔn)確反應(yīng)實際滾筒的受力。

4.2.2張力元件是精密傳感器容易受到大電流的沖擊而損壞，比如附近電焊時產(chǎn)生的沖擊電流。兩個張力元件，取平均信號值?？缃鱼~條保護(hù)，其兩側(cè)應(yīng)跨接短路銅條，以防止意外沖擊電流通過損壞張力元件。

4.2.3安裝時必須保證設(shè)計的偏轉(zhuǎn)角，否則張力的計算將不會準(zhǔn)確。

4.2.4測量裝置的固定應(yīng)為鉸接形式。

4.2.5張力元件安裝底座平坦，固定鏍栓大小合適。

4.2.6傳感器受力點正確。

4.2.7張力元件專用供電電源保證精確的供電電壓。

異常變化的膠帶張力對系統(tǒng)的危害是很大的，會影響到膠帶機的壽命。絞車、機架、滾筒、軸承、托輥、啟動器、膠帶、接頭等等，整個膠帶機系統(tǒng)的所有機械部件都有可能因此而出現(xiàn)大量問題，引發(fā)大量的維護(hù)維修工作，最后形成“膠帶機質(zhì)量不好”的觀念，但實際上是由于不恰當(dāng)?shù)膹埩刂圃斐傻?，而張力控制的關(guān)鍵則在于準(zhǔn)確的張力信號。本膠帶機張力元件安裝如圖7。

圖7：膠帶機中部張力元件安裝圖

5.結(jié)束語

黃陵二號煤礦精心組織，合理安排，205長距離工作面順槽膠帶機自投入以來，各項參數(shù)比較平穩(wěn)，成功的實現(xiàn)了長距離膠帶輸送機多點驅(qū)動控制，為黃陵礦業(yè)公司煤炭產(chǎn)能的穩(wěn)步提升打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]CST機械系統(tǒng)說明書.

[2]CST控制系統(tǒng)說明書.

[3]運輸機械設(shè)計手冊.

作者簡介

楊波，男，1983.12，陜西洋縣人，本科，工程師，陜西黃陵二號煤礦機電部副部長

肖大軍，男，1983.4，四川儀隴人，本科，工程師，陜西黃陵二號煤礦機電隊隊長