长距离多坡段带式输送机启动过程特性的研究

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带式输送机作为现代化大型矿井的主要提升和运输设备，由于受复杂地理环境、井田开拓方式的要求，逐渐朝着超长距离、多坡段、高带速、大运量的方向发展。对于这种长距离、多坡段、高带速、大运量的带式输送机来说，启动过程的工况十分复杂，传统的纯理论的静态设计计算经常会 导致带式输送机故障频发 ，设计出来的带式输送机不能满足实际生产需要。对线路布置复杂的带式输送机启动过程进行动态模拟和故障预测分析是必不可少的设计步骤。本文针对目前国内单机较长、布置线路复杂的长距离带式输送机的启动过程进行动态研究，分析带式输送机启动过程的各种特性，以便于使用者更好地对其进行管理和维护。

1 带式输送机的侧形图及其主要技术参数对山西某煤矿在用长距离多坡段带式输送机启动过程进行预测分析，带式输送机的侧形线路图如图 1所示。该条带式输送机作为该矿的主要提升设备，设置在该煤矿主平硐中，主平硐全长 l2.8 km，倾角-2。25 ～1。50 ，呈马鞍”型布置。

该带式输送机的主要技术参数 如下 ：输送机运 距全长 12 800 m，总提升高度 47.3 m，最大倾角-2。25 ，堆积密度 900 kg/m。，粒度小于 300 mm，最大块度比率 5 ，水分 7%，静堆积角 40。，含矸率 6.07 9/6。输送机运量 3 000 t/h～4 000 t/h，设计带速 4 m/s，带宽l 600 mm，采用阻燃型ST4500钢绳芯胶带，摩擦因数取 厂-0.02；承载分支托辊每米旋转部分质量 qm-17.88 kg(选择 159托辊)，托辊间距 2 m；回程分支托辊每米质量 q -7.62 kg(选择 159托辊)，托辊间距4 m；每米输送带质量(初选阻燃带 ST/$4500)q -77.6 ；每米输送物料质量 qG185.2 kg。

图 1 带式输送机的侧形线路 图2 数学模型建立2.1 启动过程速度曲线该条带式输 送机 驱动装 置 的装机 总功 率为5 000 kW，采用头部双滚筒三电机驱动尾部单电机驱动的方式。驱动装置采用变频器闭环矢量控制方式，当输送带速度≥0，输送带张力≥298 kN时，机尾驱动开始启动。输送机采用 S形曲线启动方式，启动速度曲线如图 2所示。

2.2 变频器数学模型该条带式输送机采用西门子完美无谐波 6 kV变频驱动技术，根据结构建立了变频器的数学模型，其传递函数框图如图 3所示。

图3中，K。为放大系数，取值-般≥100， 为正反方向限幅器的限幅值，-般取值等于给变频器输入的最大电压 ， ，，为从变频器出来电源的频率 ，t。

收稿 日期：2013-01-24；修 回 日期 ；2013-02-24作者简介：张磊 (1965-)，男，山西大同人，工程师，本科，主要从事矿山机电液-体化方面的技术工作。

2013年第4期 张磊 。等：长距离多坡段带式输送机启动过程特性的研究 · 217 ·为积分器的时间常数，K。为比例系数：Kz- 。

J∞、 、瑙期需/，，f77//，0 5O 100 150 200 250 300t/s图 2 带式输送机启动速度 曲线I...................... .....。

图 3 变频器传递 函数框 图2.3 驱动电机数学模型10 kV高压电从高压柜出来，经过变频器中的整流、滤波、逆变等环节，送人三相异步电动机，作为驱动电源，现建立异步电动机的传动函数框图，如图 4所示 。

图 4 驱动电机传递函数框 图图4中，K，为电机绕组旋转速度与输入电流频率n的比值，K r： ，P为驱动电机的极对数；K。为驱动P电机的启动电流倍数； 为驱动电机的额定转速；k为驱动电机启动转矩倍数；P 为驱动电机的额定功率；， 为驱动电机的额定电压；Mz为负载转矩；G为驱动电机转子的重量；D为驱动电机转子的直径；I为驱动电机的额定电流。

2.4 减速器数学模 型在驱动 系统 中，采 用 SEW 减 速 器，减 速 比为28.8l，减速器的数学模型为：(s)-U · 1(s)。

其中：n(s)为减速器输入轴的输入转速； (s)为减速器输出轴的输出转速；，为减速器的电压。

3 启动过程分析空载启动是带式输送机启动模式中使用最频繁的- 种模式，对该条带式输送机空载启动工况进行了模拟，得出了其启动过程中的特性曲线，如图 6所示。从图 6中可以看出：输送带空启过程中头部张力远远大于尾部张力，大约是尾部张力的 1.5倍；驱动过程中，头、尾部张力同时达到峰值，峰值时间是第 60 S；头部最大张力为 665 kN，尾部最大张力 450 kN。从尾部啮合点张力和分离点张力可以看出，当尾部滚筒张力达到 298 kN时 ，尾驱启 动，此 时啮合点 张力迅速增大，啮合点张力大约是 438 kN。

1 2001 000z 800600400200图 5 减速器的传递 函数I p7 /J-- 尾 驱滚简 啮合 ：张力。0厂 I-，. - ' J0- r尾驱 寝椭 离点予 力 0 5O 10O 15O 200 250 300t/s图 6 张力 曲线启动过程中输送带的速度特性如图 7所示。从图7中可以看出，启动过程速度主要分为 4个阶段，第 1阶段是匀加速启动，第 2阶段是恒速爬行阶段 ，第 3阶段是正弦加速度启动，第 4阶段是稳定运行阶段。

- ：尾 ；滚筒 离点. 誊：头部 逮度 蕾 -鸯t 厶 上 由瞎Ft/s图 7 速度 曲线启动过程中张紧装置的位移特性如图8所示。从图8中可以看出：空载启动时，匀加速阶段向上运动2.6 m左右 ，在输送带恒速度爬行阶段 ，张紧装 置位移为-0.9 rn，第 90 S开始进行正弦加速度，此阶段输送带开始时张紧装置位移逐渐稳定，当速度达到 4.5 m/S后，位移上升0.5 m；在整个空载过程中，张紧装置的最大位移为 2.6 m左右，在安装张紧装置时，-定要考虑其有足够大的行程空间。

4.03.02.0l0o.0静 -L o- 2.o- 3.O- 4.0- 5.0- 6.0A /，rV O 5O 100 150 200 250 300t/s图 8 张 紧装置位移 曲线4 4 3 3 2 2 1 1 O 5 4 3 2 l O l - 鞠· 218 · 机 械 工 程 与 自 动 化 2013年第 4期4 结语本文建立了长距离多坡段带式输送机驱动部分的数学模型，并对该条带式输送机启动过程的动态特性进行研究，得出了输送带空载启动过程中头部张力远远大于尾部张力，大约是尾部张力的 1.5倍的结论。

机头速度和机尾速度紧随输送带的设定速度，张紧装置的最大位移达到 2.6 1TI。本文的分析方法和得出的结论可为超长距离带式输送机的设计和研究提供参考 。