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皮帶輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化研究

文檔作者：王亞珍1 趙英杰文檔來(lái)源： 1.陽(yáng)煤納谷（山西)節(jié)能服務(wù)有限責(zé)任公司 2.山西陽(yáng)中新材有限責(zé)任公		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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總第261期
2025 年第1期
優(yōu)化改造
摘要：皮帶輸送機(jī)在對(duì)物料運(yùn)輸過(guò)程中存在能耗浪費(fèi)情況，分析能耗浪費(fèi)原因，并通過(guò)多變量遺傳算法對(duì)皮帶輸
送機(jī)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，建立皮帶輸送機(jī)阻力模型、能耗模型與能源成本模型，以能耗作為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化煤炭運(yùn)輸速度
與驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速得到能耗全局最優(yōu)解，降低皮帶輸送機(jī)總能耗，并通過(guò)仿真分析對(duì)比驗(yàn)證了該算法優(yōu)化的可行性。
關(guān)鍵詞：皮帶輸送機(jī)；遺傳算法；多變量；節(jié)能
中圖分類號(hào)：TD634.1
0引言
山西兆豐鋁電氧化鋁分公司使用的是拜耳法生
產(chǎn)氧化鋁。鋁礬土礦中主要成分是氧化鋁、硅酸鹽、氧
化鐵。拜耳法原理是先將氫氧化鈉堿溶液通過(guò)蒸汽升
溫到一定溫度，從而將鋁礬土礦中的氧化鋁溶解，得
到鋁酸鈉溶液；再將鋁酸鈉溶液進(jìn)行稀釋和冷卻分解
析出氫氧化鋁；最后將氫氧化鋁焙燒得到氧化鋁。氫
氧化鈉溶液加熱以蒸汽作為熱源。蒸汽由燃煤鍋爐提
供。輸煤皮帶承擔(dān)著將優(yōu)質(zhì)煤輸送至原煤倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)備，
再輸送至鍋爐進(jìn)行燃燒，保障蒸汽穩(wěn)定供應(yīng)，確保生
產(chǎn)可持續(xù)進(jìn)行[1-2]。
輸煤皮帶依據(jù)摩擦傳動(dòng)原理，由傳動(dòng)滾筒帶動(dòng)輸
送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將物料運(yùn)輸至目的地。鍋爐車間皮帶總長(zhǎng)
910m，皮帶電機(jī)總功率590kW，單條皮帶最大運(yùn)輸
能力800t/h，帶寬1000mm，帶速2.0m/s。煤倉(cāng)漏斗
采用單板式結(jié)構(gòu)。輸煤皮帶系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程控制和就地
控制兩種。正常運(yùn)行為遠(yuǎn)程控制，皮帶處于恒定功率
運(yùn)行狀態(tài)。
皮帶輸送機(jī)主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架、輸送帶、托輥
組等構(gòu)成。該設(shè)備可進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送、適應(yīng)性廣、承載
能力大、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且可以進(jìn)行連續(xù)性輸送。
然而，鍋爐在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，煤倉(cāng)下料有一定的波動(dòng)
性，皮帶輸送機(jī)全時(shí)恒定功率運(yùn)行，當(dāng)煤倉(cāng)下料量少
時(shí)，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成能耗浪費(fèi)，不利于降
低成本。針對(duì)該現(xiàn)象,本著降本增效的目標(biāo),擬研究多
變量遺傳算法控制，優(yōu)化皮帶輸送機(jī)傳送速率和物料
下料量之間的匹配度，從而在煤炭下料量波動(dòng)時(shí)即使
調(diào)節(jié)電機(jī)功率,達(dá)到皮帶輸送機(jī)性能優(yōu)化，節(jié)約能耗
的效果。以山西兆豐鋁電氧化鋁分公司熱電廠1號(hào)一
6號(hào)輸煤皮帶為研究對(duì)象,皮帶型號(hào)均為DT75,帶寬
1000mm,帶速2.0m/s,最大輸送量800t/h。輸煤系統(tǒng)
各設(shè)備耗能,如表1所示。
收稿日期：2024-06-28
第一作者簡(jiǎn)介：王亞珍（1982一）,女，陜西商洛人，本科，畢業(yè)于陜西理工學(xué)院,機(jī)械工程師,研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)備優(yōu)化。
機(jī)械管理開(kāi)發(fā)
Mechanical Management and Development
皮帶輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化研究
王亞珍1，趙英杰?
（1.陽(yáng)煤納谷（山西)節(jié)能服務(wù)有限責(zé)任公司，山西陽(yáng)泉045000；
2.山西陽(yáng)中新材有限責(zé)任公司，山西陽(yáng)泉　045000）
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
25
斗輪機(jī)190
碎煤機(jī)250
1號(hào)輸煤皮帶A/B 90
2號(hào)輸煤皮帶A/B 75
3號(hào)輸煤皮帶A/B 110
4號(hào)輸煤皮帶A/B 110
5號(hào)輸煤皮帶A/B 160
6號(hào)輸煤皮帶A/B 45
帶式除鐵器(RCDD-10C3) 17.5
帶式除鐵器
(RCDD-10G2)
盤式除鐵器
除塵器(JJDCC-19-1)
除塵器(JJDCC-7-11)
合計(jì)
1皮帶輸送機(jī)能耗和能源成本模型
1.1皮帶輸送機(jī)受力分析
皮帶輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,傳動(dòng)方式為摩擦傳
動(dòng)。主要由驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、側(cè)擋輥、調(diào)心托輥、承
載托輥、回程托輥、張緊裝置、輸送帶等。驅(qū)動(dòng)滾筒由
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)（電機(jī)、減速機(jī)等）；改向滾筒起到改變
皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向的目的；側(cè)擋輥、調(diào)心托輥主要調(diào)整皮
帶運(yùn)行方向，避免跑偏，承載托輥、回程托輥為皮帶、
物料提供支撐力；張緊裝置為皮帶提供適度的張力，
以提高摩力,避免皮帶打滑,影響物料輸送。皮帶輸
送機(jī)安裝方式主要根據(jù)輸送要求，分為傾斜安裝、平
行安裝兩種方式，以傾斜方式居多[3-4]。
設(shè)備在運(yùn)行時(shí)所受阻力主要由四個(gè)方面，即主要
阻力（Fn）次要阻力（F）坡度阻力（Fs）、特殊阻力
（Fsr),其中FH為托輥與輸送帶運(yùn)行阻力、En為下料時(shí)
Total 261
No.1, 2025
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.01.061
文章編號(hào)：1003-773X(2025)01-0179-03
表1輸煤系統(tǒng)各設(shè)備耗能表
名稱功率/kW 設(shè)備使用數(shù)量耗電量/(kW·h)
葉輪給煤機(jī)2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
14.6 2
≤11.6 4
30 6
7.5 6
50
190
250
90
75
110
110
160
45
35
29.2
46.4
180
45
1 415.6
機(jī)械管理開(kāi)發(fā)
·180· jxglkfbjb@126.com 第40卷
摩擦阻力、Fs為物料上升時(shí)重力、Fsr為其他組件摩擦
力。各阻力向量和為皮帶輸送機(jī)所需驅(qū)動(dòng)力[5]。
煤倉(cāng)
承載托輥
物料
Q-回程托輥
拉緊裝置
L一驅(qū)動(dòng)滾筒與改向滾筒的中心距；
0一皮帶輸送機(jī)和地面構(gòu)成的傾斜角
圖1傾斜皮帶輸送機(jī)模型
1.2建立能耗模型
模型可靠度和計(jì)算精度呈正比關(guān)系。通過(guò)受力分
析，獲得受力模型，以生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)參
數(shù)獲取。
該設(shè)備以恒定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，物料輸送耗能超過(guò)設(shè)
備運(yùn)轉(zhuǎn)總耗能的80%。經(jīng)過(guò)分析得到皮帶輸送機(jī)功率
PT、物料速度T、驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速V之間具有如下關(guān)系：
P=TV T2 3.6
(1-20 )+k3+Ca V +ki T2
Q
參數(shù)設(shè)置如下：
αi=6.48pb
Q
α3=k1.
d4-gLsin g+gicos 2
3.6
優(yōu)化后的模型：
T2 Pr=αiVT2+α2V+αV;- +α43.6
該模型中，各參數(shù)含義見(jiàn)表2。取值為相應(yīng)參數(shù)
平均值。
表2相關(guān)參數(shù)含義與取值
式中符號(hào)參數(shù)表示含義
T 煤炭運(yùn)輸速度/(t/h）
V 驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速/m/h）
QRU 回程托輥質(zhì)量/(kg/m）
g 重力加速度/(m/s2)
P 煤炭密度/(kg/m²)
摩擦系數(shù)
QB 煤炭質(zhì)量/(kg/m）
L 皮帶長(zhǎng)度/m
QG 皮帶質(zhì)量/(kg/m）
皮帶輸送機(jī)與水平面夾角/°）
b1 側(cè)板寬度/m
結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，代人模型進(jìn)行參數(shù)辨辯識(shí)，優(yōu)
化得出模型參數(shù)αivα2、α3α4取值0.00016846、
20 543.14.0.006 5、2 404.64。
1.3能源成本模型驅(qū)動(dòng)滾筒
當(dāng)物料處于波動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備輸出功率，提
Q 高兩者間匹配度，減少能耗浪費(fèi)。設(shè)備運(yùn)輸空擋,可根
據(jù)實(shí)際情況，選擇停機(jī)或保持低功率運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能
效果。電能消耗、電能單價(jià)、實(shí)時(shí)功率等表達(dá)式如下：
Je= / P(v(t), T(t))dt.
Jc= / Pr(v(t), T(t)p(t)dt.
式中：to—t為正常運(yùn)行時(shí)段；Je為設(shè)備在工作時(shí)段的
總能耗；Jc為設(shè)備在該工作時(shí)段的電費(fèi);Vt)為驅(qū)動(dòng)
滾筒轉(zhuǎn)速;T(t)為物料供應(yīng)速度;p(t)為該時(shí)段電價(jià)表
達(dá)式，用電時(shí)段不同，電價(jià)不等。
2多變量遺傳算法優(yōu)化
遺傳算法屬于全局搜索算法，采取復(fù)制迭代繁
衍,持續(xù)更新適應(yīng)度函數(shù)、變更運(yùn)算準(zhǔn)則,最后得出最
優(yōu)解。
-+(9Lsin gtgcos +k) . 2.1能耗模型優(yōu)化與約束條件
3.6 基于上述模型，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，獲取物料速度
T和滾筒速度V的最優(yōu)解。先假設(shè)條件成立：物料庫(kù)
1 存充足，并且經(jīng)過(guò)運(yùn)輸?shù)奈锪蠠o(wú)堆積現(xiàn)象；皮帶輸送
機(jī)在運(yùn)輸過(guò)程中的銜接時(shí)間忽略不計(jì)。
min=(aiv T+a.V+α: T2 +α4T+3.6
式中：n為輸送效率,取0.88;t為設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。氧化+k2
鋁生產(chǎn)作業(yè)中，由于下料速度的波動(dòng),運(yùn)輸物料速度
和滾筒轉(zhuǎn)速不匹配,造成物流輸送中能耗浪費(fèi)。
V2T 約束條件：皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒線速度取決于系
統(tǒng),Vmax=4.3m/s,Vmim=0m/s;皮帶輸送機(jī)物料輸送速度
取決于系統(tǒng)，Vma=800t/h，Vmin=0t/h；氧化鋁屬于連續(xù)
型生產(chǎn)作業(yè)，因此皮帶輸送機(jī)每天運(yùn)行時(shí)間為24h。
2.2多變量遺傳算法設(shè)計(jì)
取值采取多變量遺傳算法的目標(biāo)是求出最優(yōu)解(設(shè)備
800 能耗最小值）。變量為滾筒轉(zhuǎn)速、物料速度。確立適應(yīng)
4.3 度函數(shù)：
13.9
9.8
1000
0.002 4
142.08
2. 415.69
18.81
20
0.75
V2T）.
_/ cm-(x), (x)

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