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带式输送机驱动系统智能化改造研究

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2023-12-06 11:53:35

煤矿开采时采掘作业产生的原煤、矸石等普遍采用带式输送机外运,带式输送机运行效率会直接影响矿井生产。现阶段带式输送机多用传统驱动方式,结构包括异步电机、耦合器、减速器、联轴器等。随着煤岩运输量不断增加,传统驱动应用时普遍面临启动转矩小、重载启动困难、启动稳定性差、故障率高等问题。为提高带式输送机运行可靠性及运行效率,山西某矿针对井下带式输送机驱动系统存在的问题,提出使用永磁智能驱动对传统驱动系统进行改造,并采用PLC、变频器等实现带式输送机启停、智能控制等功能。文中就对带式输送机驱动系统智能化改造使用的驱动系统结构、功能以及应用效果等进行分析。

 

1   工程概况

 

山西某矿产能680t / a,服役时间超过45 a. 井田内可采煤层包括3号、11号、14号及15号等,现阶段生产主要集中在11号煤层。11 号煤层为矿井主采煤层,厚度均值638 m,赋存稳定,全区可采,顶底板岩性以粉砂岩、炭质泥岩等为主,采用综放开采工艺。11 号煤层采掘作业面生产的原煤、矸石等均通过带式输送机外运,其中东翼大巷负责东翼原煤运输工作,是煤炭主要运输通道。东翼大巷内铺设的带式输送机长度为1 980 m,额定运量11 kt / h、输送带宽度1 600 mm,额定运行速度v = 56 m / s,采用的输送带型号为ST / S6300.带式输送机驱动系统布置在机头位置,布置2台功率均为800 kW 的电机、2台型号为4×SHI2512300 的制动器、2套型号为1175NRT 的低速逆止。由于在东翼大巷内布置的带式输送机使用时间超过10 a,现阶段带式输送机在使用时不同程度地面临能耗高、机械冲击大以及故障率高等问题,无法满足原煤高效运输需要,为此用智能直驱系统改造现有的驱动系统。

 

2   智能直驱系统分析

 

21    系统结构

 

智能直驱系统包括电控系统、永磁电机、变频器及水冷系统等。变频器调节输出电流频率调整永磁直驱电机,电机驱动滚筒转动,结构见图1.采用的智能直驱系统与传统的驱动方式相比,省去了减速器、液力耦合器以及同步齿轮等。在变频器中内置控制器、控制软件,可提升工作性能。


 

永磁电机用联轴器连接滚筒,输出的转矩为额定转矩的2 倍以上,且可实现软启动,降低初期启动产生的机械及电气冲击影响。煤矿现阶段井下常用的驱动系统对比情况见表1.



22   永磁智能驱动系统性能分析

 

永磁智能驱动系统、传统的异步电机驱动启动期间,启动转矩与额定转矩之比变化曲线见图2.永磁智能驱动系统提供的启动转矩可达额定转矩的220%,可适应重载启动需要而异步电机启动转矩与额定转矩之比为55%,在重载启动时往往需要工作人员卸载方可实现重载启动。

 

带式输送机传统驱动系统为液力耦合器、电机及减速器等组合,传动环节多、传动效率偏低。永磁智能直驱系统结构简单,电机及传动效率较高。传统驱动方式与永磁智能直驱方式间的传动效率特征曲线对比情况见图3.永磁智能直驱系统传动效率可达到 95%,较传统的驱动系统传输效率提升20% 以上。同时永磁智能直驱系统具备故障发生率低、便于维护、调速范围宽以及便于实现功率平衡等优势。



3   改造方案及现场应用情况分析

 

31   驱动系统改造方案

 

对矿井东翼大巷带式输送机驱动系统进行智能化改造,将机头位置原有的异步电机、减速器、液力耦合器等拆除,在原位置增设2台型号为TBVF-  500 /80YC ( 660 /1140) 永磁电机,采用2 BPJ-  630 /1140 变频器控制永磁电机,变频器电源为KBSGZY 1600 /10 /114KTC101 控制系统、KXJ127可编程控制器实现变频器、组合开关等控制,改造后智能驱动系统结构见图 4.


 

沿线温度、堆煤等各传感器监测信号接入到 KXJ127 可编程控制器中,当KTC101 控制系统接收到启动指令且带式输送机满足启动条件时,正常启动。在运行期间,胶带秤实现运输量监测并将结果传输给KTC101控制系统,控制系统依据运输量监测结果调整带式输送机运行速度,在满足运输基础上减少电能消耗,实现智能化运行。

 

32   现场应用情况分析

 

202010月完成对矿井东翼大巷带式输送机驱动智能化改造,驱动系统可满足带式输送机重载启动需要,未出现机械或者电气冲击情况,同时可满足重载启动需要。永磁智能驱动系统故障发生率较传统的驱动系统降低28%,同时带式输送机自动化及智能化控制水平得以明显提升。

 

东翼大巷带式输送机年运行时间设定为330 d,每天运行16 h,改造前后驱动系统应用情况比对结果见表 2.

 

从表2 中看出,在10 a 内,采用永磁智能驱动系统时电能消耗较传统驱动系统节省约4 140万元,减少维护及保养费用约70 万元。


 

4    结语

 

1)    带式输送机驱动系统工作效率直接影响启动、运行效果以及能耗。东翼大巷内带式输送机负载量大、工作时间长以及运输距离大,为实现带式输送机高效运行,提出采用永磁智能驱动系统对原有驱动系统进行改造。对系统结构、性能等进行分析,永磁智能驱动系统在重载启动、系统可靠性及智能化程度、节能降耗等方面明显优于传统控制系统。

 

2)    依据东翼大巷现场情况对改造方案及应用效果等进行分析。永磁智能驱动系统运行平稳,可满足现场环境需要。在10 a 内使用永磁智能驱动系统较传统驱动系统在节能方面可节省约4 140 万元,维护及保养方面约节省70 万元,并能显著减少驱动系统维护、保养等工作量。


 

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