矿用带式输送机自动张紧控制系统研究

魏振宇

摘  要： 带式输送机是矿井常用运输设备，具有结构简单、维修方便、运输距离长以及运量大等优点。近些年来，随着矿井综采、综掘技术的不断 发展，井下煤炭产量、生产效率等大幅提升，对带式输送机运输系统的稳定性提出了更高的要求。本文对矿用带式输送机自动张紧控制系统进行研究。

关键词： 带式输送机;控制系统;研究

1 张紧力自动控制系统的作用

（ 1 ）确保带式输送机驱动滚筒与胶带分离点位置胶带有足够张紧力， 避免胶带在分离点处的张紧力过小引起打滑。（ 2 ）确保胶带在两邻近托 辊间有足够的张紧力，避免胶带在物料重力作用下出现过度松弛或者悬垂 量过大，导致胶带上物料抛洒;同时给胶带足够的张紧力也可降低托辊对 胶带的磨损。（ 3 ）通过调整作用到胶带上的张紧力可及时补偿载荷变化 引起的胶带延长变形或者对胶带长时间使用引起的蠕变进行补偿。（ 4 ） 在带式输送机启停过程中，在惯性影响下胶带会受冲击载荷影响，通过调 整张紧力可削弱冲击载荷影响。（ 5 ）张紧力调节装置可为胶带接头操作 提供一定的行程。

2 张紧控制系统结构

带式输送机自动张紧控制系统结构见图1 ，组成部分包括支架、滚 筒、绳轮组、钢丝绳以及永磁变频同步电机等。永磁变频同步电机是张紧 系统动力源以及核心部件，电机的运行稳定性直接影响张力控制系统的响 应速度以及精度。电气控制系统结构包括隔爆操作箱、变频调速控制器以 及张力传感器等，用来对带式输送机运行各阶段的张力数据进行分析并控 制张紧系统正常运行。

3 自动张紧控制系统张紧力控制分析

带式输送机在不同的工作阶段对胶带张紧力有不同的要求，根据带 式输送机工作状态的差异可将张紧力运行控制分为3个阶段：（ 1 ）启动阶 段。此阶段处于带式输送机启动初期，张紧力控制系统发出控制信号确保 张紧装置提供的张紧力稍微大于正常张紧力，避免在启动初期出现胶带打 滑、跑偏等故障。一般情况下，为正常张紧力的1.4～ 1.8倍。（ 2 ）启动至 正常运行阶段。此阶段张紧装置提供的张紧力逐渐向正常张紧力过渡，待 带式输送机的运行速度达到预先设定的速度后，张紧装置提供的张紧力降低至正常张紧力。（ 3 ）正常运行阶段。此阶段张力控制系统维持带式输 送机平稳运行，为正常张紧力，当胶带受到的张紧力偏小时，控制系统动 作使胶带张紧力提升至正常值。带式输送机在静态、动态工况下对张紧力 的要求有差异，运行工况与张紧力设定值对应关系见图2。

张紧装置中永磁同步电机采用矢量控制系统控制运行，矢量控制系统 结构一般为内、外环联级结构。通过布置的传感器检测永磁电机的实际转 速，通过分析实际转速、期望转速，得到转速差;通过模糊PID控制器得 到期望转速对应的期望电流iqref;得到三相电源相对应的电流（ ia 、ib 、 ic），并经过Clarke 、Park变化，得到旋转坐标体系下对应的电流值id 、 iq;将其与期望电流iqref进行比较，其中电流差值为iqref，确保iqref = 0， 计算得到永磁同步电机精準控制量;后经过逆变转换、 SVPWM调节等，得 到控制量，从而实现张力自动调节。

4 自动张紧控制系统应用模拟分析

采用MatLab软件对传统液压张紧装置以及文中所述自动张紧控制方式 下带式输送机启动期间胶带张紧力的变化进行分析。带式输送机初期启动 时间设计为140s ，具体模拟仿真结果见图3。从图中看出，自动张紧控制 方式下，张紧力会先下降，后经0.5s后逐渐增加，张紧力增加时间相对于 传统的液压张紧装置提前约1.98s;带式输送机启动12s后胶带张紧力达到 预先设定值，耗时相对于液压张紧装置提前约13s ;自动张紧控制方式张 紧力最大超调量为0.51kN，较液压张紧装置的0.96kN减少约0.45kN。

待带式输送机启动140s后进入到正常运行阶段， 自动张紧控制方式及 时动作可将张紧力快速降至正常张紧力，整个过程耗时控制在5.4s以内， 而液压张紧装置则需耗时约12.8s。从带式输送机初期启动模拟结果发现， 自动张紧控制方式较传统的液压张紧装置，调整响应速度更快，张紧力变 化曲线更为平滑、调节耗时更短。

结束语： 为提高矿用带式输送机的运行可靠性，文中提出一种基于永 磁同步电机的带式输送机自动张紧控制系统，并系统的结构、工作原理以 及控制方法等进行了分析。采用Matlab对比分析自动张紧控制系统、液压 张紧控制装置在带式输送机启动初期张紧力的调节情况，发现自动张紧控 制系统在张紧力调节响应速度、调节精度以及超调量等方面均有显著的技 术优势，可满足带式输送机张紧力调节控制的需要。

参考文献：

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