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膠帶輸送機智能化節能運行研究

文檔作者：田振國文檔來源：陽泉煤業集團七元煤業有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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試驗研究
2023年第9期 Mechanical Management and Development No.9,2023
總第245期 機械管理開發 Total245
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.09.016
膠帶輸送機智能化節能運行研究
田振國
（陽泉煤業集團七元煤業有限責任公司， 山西晉中045400)
摘要：為解決當前綜采工作面多電機膠帶輸送機在實際生產中由于負載不均勻導致功率不平衡及電能浪費的問
題，在對膠帶輸送機結構以及功率不平衡原因分析的基礎上，根據電機連接方式的不同提出了不同控制策略，并對
功率平衡控制策略的功率平衡控制效果及節能效果進行仿真分析，表明均得到理想結果。
關鍵詞：膠帶輸送機；功率平衡；變頻調速；主從控制；轉矩偏差比例耦合補償轉速
中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)09-0039-02
0弓引言
膠帶輸送機為煤礦生產中的主要運輸設備，在煤
礦生產能力激增的形勢下，膠帶輸送機將朝著長距
離、大運量以及高運速的方向發展；同時，為了減小長
距離輸送帶之間的張力,采用多電機驅動也是非常有
必要的。對于多電機驅動的膠帶輸送機而言，其中的
一個電機會由于不間斷運行而出現超載或過載的問
題，從而導致其燒毀，此種現象一般由各電機功率不
平衡所導致；同時，多電機驅動的能耗勢必增大，對于
傳統的恒速控制而言，更會加劇電能的浪費[1-5]。因
此，本文將從智能化運行的角度解決膠帶輸送機多電
機功率不平衡和能耗嚴重的問題。
1 膠帶輸送機概述
本文重點在對膠帶輸送機基本結構分析的基
礎上，分析導致其多電機不平衡的主要原因，并提出
了實現多電機功率平衡運行的策略和減少電能消耗
的策略。
1.1 膠帶輸送機結構
膠帶輸送機作為煤礦生產的關鍵運輸設備，一般
膠帶輸送機的結構如圖1所示。
由圖1可以看出，膠帶輸送機主要包括滾筒、輸
送帶、托輥以及張緊裝置等。其中，根據滾筒功能的不
同可分為傳動滾筒、改向滾筒、張緊輥筒以及尾部滾
筒等。通過確定電機驅動滾筒，依靠滾筒與輸送帶之
間的摩擦作用實現對輸送帶的驅動。對于其驅動裝
置，膠帶輸送機原理上可采用直流電機驅動系統、電
動滾筒驅動系統、交流電機驅動系統等。目前，工作面
所布置的膠帶輸送機為滿足長距離、高運速以及大運
量的運輸要求，均配置為多電機驅動方式，并以交流
給料裝置輸送方向
傳動滾筒輸送帶托輥尾部滾筒
改向滾筒
拉緊滾筒一改向滾筒
拉緊配重一
圖1一般膠帶輸送機基本結構示意圖
驅動為主。
本文將以多電機交流變頻驅動膠帶輸送機展開
系列研究。
1.2 膠帶輸送機功率不平衡原因及解決方案
導致膠帶輸送機功率不平衡的直接原因為負荷
分配不均勻，從而導致某些電機處于超負荷運行狀
態，進而導致其出現過度磨損；而對于其他電機處于
低效率運行狀態，從而導致電能的浪費。因此，實現膠
帶輸送機各電機的功率平衡控制是非常重要的。
所謂功率平衡控制指的是，在各種運行工況下均
可以保證各個電機的輸出功率與其實際額定功率的
比值一致。以雙電機驅動的膠帶輸送機為例，提出功
率平衡控制的解決方案。
雙電機驅動的膠帶輸送機根據驅動電機連接方
式可分為剛性連接和柔性連接，根據驅動電機不同連
接方式提出不同的功率平衡控制策略。
1.2.1 剛性連接的雙電機驅動膠帶輸送機
對于剛性連接的驅動電機而言，由于其連接主要
依靠減速器、萬向聯軸器等剛性部件實現連接，兩電
機的轉速基本可以保持同步狀態。在此基礎上，僅需
保證各電機的輸出轉矩與其額定功率成比例即可保
證雙電機的功率平衡控制。
因此，可將主驅動電機的轉矩輸出信號作為從驅
動電機的輸入控制信號，保證從驅動電機的輸出轉矩
根據主驅動電機的輸出轉矩變化而變化。對應的控制
框圖如圖2所示。
速度給定* 控制器1 電機1 n
Tel
T
控制器2 電機2 n
T
圖2 剛性連接方式的主從功率平衡控制
收稿日期：2022-05-13
作者簡介：田振國（1986一），男，山西陽泉人，本科，畢業于中國礦業大學采礦專業，礦建助理工程師，從事礦井機電管理工作。
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?40 第38卷
機械管理開發
jxglkfbjb@126.com
1.2.2 柔性連接的雙電機驅動膠帶輸送機
對于柔性連接的驅動電機而言，兩驅動電機布置
距離較遠，即驅動電機為分布式的布置方式；此時，各
電機的耦合程度不高。因此,實現柔性連接的雙電機
膠帶輸送機的功率平衡控制，不僅需要對各電機的輸
出轉矩進行控制，還需對轉速進行控制。針對此，采用
基于轉矩偏差比例耦合補償轉速的策略實現多電機
的功率平衡控制，具體控制框圖如圖3所示。
速度給定* 控制器電機1
速度Tel
補償器
控制器2 電機2 n2
T2
速度
補償器
圖3 柔性連接電機的功率平衡控制
2 功率平衡控制策略仿真及節能分析
2.1 功率平衡控制策略仿真分析
實際生產中，膠帶輸送機以柔性連接為主，即驅
動電機為頭、尾布置方式。兩個驅動電機額定功率
一致，其關鍵參數存在一定的差異，具體參數如表
1所示。
表1 柔性連接頭、尾驅動電機參數
電機參數頭部電機尾部電機
電機極對數2 2
定子繞組電阻/Q 0.61 0.59
定子繞組漏感/H 0.0013 0.0015
轉子繞組電阻/Q2 0.52 0.51
轉子繞組漏感/H 0.0013 0.0015
由于頭部電機和尾部電機的額定功率一致，即兩
個電機在不同工況下的功率應為1：1時才能夠實現
功率平衡控制的效果。設定的仿真條件如下：系統在
空載狀態啟動，并在0.3s的時刻點分別為兩個電機
添加不同的負載；并在0.4s的時刻點為系統介人功
率平衡控制策略。對上述過程進行仿真，并得出如圖
4所示的仿真結論。
由圖4-1可以看出，膠帶輸送機為空載啟動后，
在完成啟動后由于無負載，其電機的轉矩降為0；在
0.30s時刻分別給予60N·m和30N·m的不同負載；
在0.40s時刻由于功率平衡控制裝置的介人使得兩
電機的輸出轉矩按照其額定功率的比例1：1運行，
達到了功率平衡控制的效果。
由圖4-2可以看出，由于兩電機的額定功率一
80
電機1轉矩70 電機2轉矩
60
(UN)/
50
40
30
20
10
0
-10 +
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
時間/s
4-1 驅動電機輸出轉矩波形
700 電機1轉速
600 電機2轉速
500
(uu/)/
400
300
200
100
-100
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
時間/s
4-2 驅動電機轉速波形
圖4 柔性連接驅動電機功率平衡控制效果
致，其轉速在整個過程均處于一致狀態。
2.2 變頻調速節能控制效果分析
變頻調速控制策略為當前在煤礦生產應用較為
廣泛的方式，在最初引人該項策略時重點關注了其軟
啟動功能，即可在重型設備啟動階段減緩對設備及其
電網造成較為嚴重的沖擊狀態。在上述功率平衡控制
的基礎上，基于變頻調速控制策略，通過變頻器對電
機運行頻率進行控制，從而對其轉速進行控制，繼而
對輸送帶的運行速度進行合理控制。在上述控制流程
上，變頻調速控制策略可根據實時運量對其運速進行
調整，從而避免了“大馬拉小車”的問題，最終達到節
能的目的。
實踐表明,基于功率平衡控制的變頻調速控制系
統可直接節約34.94萬元。
3結語
膠帶輸送機為煤礦生產的關鍵運輸設備，其運輸
性能間接決定了煤礦的生產能力。在實際生產中，為
了滿足運輸需求，多電機膠帶輸送機被廣泛應用。由
于工作面工況復雜，常常由于負載不均勻導致驅動電
機功率不平衡，從而導致一部分電機磨損嚴重或燒
毀，一部分工作效率低造成電能浪費等。為此，本文針
對剛性連接的多電機提出了主從控制策略；針對柔性
連接的多電機提出轉矩偏差比例耦合補償轉速的控
制策略；上述兩種控制策略不僅可實現對多電機的功
率平衡控制,而且具有顯著的節能效果
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上接第42頁
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sis of the Influence of Heat Sink Structural Arrangement on Transformer Temperatur
Changes
Bai Lixin
(Qingciyao Coal Mine of Jinneng Coal Mine Group, Datong Shanxi 037000, China )
Abstract: The increase in transformer capacity causes a large increase in temperature, which affects the life and stability of the transformer.
As the main form of cooling, the structure of the chip radiator has an important influence on the temperature of the transformer. Simulation
analysis of the form of different structures of the radiator on the impact of temperature change, the results show that, with the increase in the
number of pieces of radiator, the total heat emitted by the transformer gradually increased, the exit of the oil temperature continues to
decrease, the rate of heat emitted and the rate of decline of the oil temperature is also gradually reduced, and ultimately the rate of change
of temperature stabilised at 12%.
Key words: transformer; heat sink; structural arrangement; temperature; heat dissipation; oil temperature
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Research on Intelligent Energy Saving O( peration of Belt Conveyor
Tian Zhenguo
(Yangquan Coal Group Qiyuan Coal Co., Ltd., Jinzhong Shanxi 045400, China)
Abstract: In order to solve the problem of power imbalance and power waste caused by uneven load of multi-motor belt conveyor in the
current synthesis mining face in actual production, based on the analysis of the structure of the belt conveyor and the reason of power
imbalance, different control strategies are proposed according to the different connection methods of motors, and the simulation analysis of
the power balance control effect and energy saving effect of the power balance control strategy shows that ideal results are obtained. The
power balance control effect and energy saving effect of the power balance control strategy are simulated and analysed, showing that ideal
results are obtained.
Key words: belt conveyor; power balance; frequency conversion speed control; master-slave control; torque deviation proportional coupling
compensation speed
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ysis of Changes in Frame Strength of Trackless Rubber-Wheeled Vehicles in Operatiol
QiuHua
( Jinneng Holding Coal Group Dadougou Coal Co., Ltd., Datong Shanxi 037000,China )
Abstract: In the process of underground coal conveying, trackless rubber wheelbarrow has high requirements on the strength of the frame
due to the influence of the ground condition. Finite element simulation is used to analyse the stress and strain of the frame under bending
and torsion loads, and the results show that the stress and strain of the frame of the rubber-wheeled vehicle mainly occurs in the rear frame
near the overhanging position, and the magnitude of the stress and strain meets the requirements of the system.
Key words: trackless rubber wheelbarrow; frame; bending and torsion; overhang; stress; strain

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