刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究

翟峻

摘要：為了加強井下煤礦生產(chǎn)效率與質(zhì)量，分析刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用。首先介紹該設(shè)備的性能，明確變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用的必要性，有利于加強井下煤礦生產(chǎn)信息化、數(shù)字化。其次闡述變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)的構(gòu)建，掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與各個元器件選擇要求，最后分析變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，總結(jié)優(yōu)化刮板輸送機應(yīng)用效果的建議，有利于提升該設(shè)備運行穩(wěn)定性與效率，為今后井下煤礦生產(chǎn)提供現(xiàn)代化系統(tǒng)支持。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機;變頻驅(qū)動控制系統(tǒng);綜采工作面;機械傳動系統(tǒng)

中圖分類號：TD528.3;TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0065-02

0? 引言

綜采工作面、采煤機以及液壓支架需要運用刮板輸送機，該設(shè)備是采煤機行走軌道，也是液壓支架必不可少的推溜支點。將刮板輸送機運用到生產(chǎn)當中，因為綜采工作面所有煤層不斷變化，加之地板起伏變化，刮板輸送機工況也會產(chǎn)生改變，致使在運行期間產(chǎn)生故障。如果刮板輸送機重載啟動或是載荷突變，那么運行期間刮板鏈條有可能會產(chǎn)生卡鏈和拉斷等故障。鑒于此，建議在刮板輸送機運行期間搭建變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制效果。

1? 刮板輸送機性能分析

刮板輸送機的運行動力來自刮板鏈，憑借鏈傳動這一基本原理，在煤礦井下生產(chǎn)中應(yīng)用是非常重要的散料運輸裝置（刮板輸送機結(jié)構(gòu)如圖1所示，參數(shù)如表1）。刮板輸送機傳動系統(tǒng)內(nèi)部有電機、驅(qū)動鏈輪機構(gòu)、減速機構(gòu)等，當該設(shè)備運行過程中，電機通電之后開始運轉(zhuǎn)，電機連接液力偶合器和減速機構(gòu)等，為鏈輪傳遞動力，隨之帶動鏈輪以及刮板鏈運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鏈板上方物料傳遞。與此同時，刮板運輸機運行期間，鏈輪承受載荷較大，尤其是負壓沖擊、脈動條件下刮板輸送機使用，會增加刮板輸送機性能的損耗，縮短其使用期限[1]。

除此之外，刮板輸送機的落煤時間與重量具有不規(guī)則性的特點，當該設(shè)備處在運行狀態(tài)下，無規(guī)律滿載、空載相互交替，符合設(shè)備運行規(guī)定，而刮板輸送機的啟動轉(zhuǎn)距也要相應(yīng)的提升。當前井下煤炭生產(chǎn)中采用的刮板輸送機啟動狀態(tài)下，過載系數(shù)在2.5-2.8之間，如果重載啟動頻率較高，受到無規(guī)律性能的影響，有可能會出現(xiàn)斷鏈問題，并且加劇零件磨損程度，直接影響到刮板輸送機運行狀態(tài)與穩(wěn)定性，威脅煤礦用電設(shè)備安全性。

2? 刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 機械傳動系統(tǒng)

機械傳動系統(tǒng)包括動力輸入端、齒輪傳動部件、液力耦合器、動力輸出端，按照設(shè)計需求選擇不同的元器件，例如齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)部需要安裝減速器，建議采用直角型三級齒輪減速器，動力輸出端的減速器建議選擇行星齒輪減速器[2]。

2.1.2 液壓控制系統(tǒng)

在設(shè)計液壓控制系統(tǒng)時，采用液壓元器件作為液壓油缸壓力控制的主體，傳遞液壓油缸壓力到液力耦合器，有效控制輸出轉(zhuǎn)距。

2.1.3 潤滑冷卻系統(tǒng)

潤滑冷卻系統(tǒng)的作用是負責驅(qū)動控制系統(tǒng)冷卻，發(fā)動機運行傳動零件開始進行高速相對運動，將潔凈潤滑油傳輸至傳動件摩擦表面，在表面上方形成油膜，達到液體摩擦的目的，有利于減少功率耗損以及機件磨損，降低摩擦阻力，加強發(fā)動機運行持久性與穩(wěn)定性[3]。

設(shè)計潤滑冷卻系統(tǒng)需要注意以下幾點問題：

①嚴格控制油壓以及摩擦表面油亮的供應(yīng);

②做好機油濾清工作，確保潔凈性;

③機油自動冷卻維持規(guī)定油溫;

④降低功率消耗與機油損失量;

⑤注意觀察是否存在堵油與漏油問題。

2.1.4 電氣控制系統(tǒng)

設(shè)計電氣控制系統(tǒng)，需要運用到PLC控制器與變頻器，通過不同類型的傳感器采集刮板輸送機當前運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且利用PLC控制器展開數(shù)據(jù)分析。結(jié)合智能變頻器的電氣系統(tǒng)圖，變頻器主控制器包括顯示模塊、外部控制、對外輸出、操作健康這四個部分，溫度檢測單元、電源總成、漏電單元、DSP模塊、電動機對變頻器主控器進行控制，逆變模塊、電容、整流模塊、充電模塊、高壓轉(zhuǎn)換、控制電源、AC/DC轉(zhuǎn)換、過壓保護單元相互連接，共同構(gòu)成智能變頻器電氣系統(tǒng)。按照刮板輸送機運行過程中顯示的實際情況總結(jié)控制指令，負責變頻器控制。而變頻器在電機控制作用下，結(jié)合實際要求調(diào)整刮板輸送機參數(shù)?，F(xiàn)場傳感器中包含油溫傳感器、油壓傳感器等幾種類型，在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求下，通過不同類型的傳感器可以及時發(fā)現(xiàn)刮板輸送機潛在故障，并且及時預(yù)警，操作人員可以通過上位機顯示機顯示數(shù)值了解刮板輸送機運行狀態(tài)。

2.2 選擇元器件

刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)需要運用PLC控制器、變頻器等設(shè)備，選擇不同種類的元器件要結(jié)合變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)要求，保證元器件和系統(tǒng)契合度。

第一，選擇PLC控制器。根據(jù)PLC控制器應(yīng)用經(jīng)驗，結(jié)合刮板輸送機在變頻控制方面的要求，需要將PLC控制器與電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、接口模塊等結(jié)合，隨后展開PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。在刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，明確控制要求，建議在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定輸模擬量輸入模塊，總共設(shè)計8路，而模擬量輸出模塊則設(shè)置4路，數(shù)字量輸入模塊與輸出模塊分別有96點和48點。

第二，選擇變頻器。變頻器的選擇需要參考該設(shè)備的容量，刮板輸送機在運行期間，電機負載電流需要準確計算，計算公式如下：I=P/（1.732Ucos？漬）①。公式①中P代表刮板輸送機額定功率，cos？漬是刮板輸送機驅(qū)動電機功率因數(shù)，U代表的是額定電壓。計算得出負載電流之后考慮到刮板輸送機運行期間，會有滿載啟動以及空載運輸工況，所以刮板輸送機平均力矩要超過額定例句值1.5倍左右。電動機是變頻驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的主要來源，設(shè)定最大轉(zhuǎn)距要超過額定負載轉(zhuǎn)距1.9倍左右。隨后計算變頻器容量，計算公式如下：1.5PCN②。公式②中PCN代表的是變頻器容量，K是安全系數(shù)，？濁M表示三相異步電動機效率。按照變頻器運行顯示負載電流值、最小容量值，可以確定變頻器型號，并且設(shè)置變頻器參數(shù)。

3? 刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)應(yīng)用

在井下煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)，要加強電機負荷均衡性。一般情況下功率比較大的刮板輸送機需要多臺驅(qū)動電機同步運行，按照該設(shè)備運行特點與性能，在電機負荷均衡性這一方面，建議采用主從的方式控制變頻器。按照主變頻器運行實際情況，明確輸出電流頻率，加強主從驅(qū)動電機負載均衡性。刮板輸送機運行期間，機尾變頻器可以當作主機，而機頭變頻器則當做從機，采用集中控制器將運行指令發(fā)送給機尾主變頻器，隨后從機利用CAN通信的方式得到指令，加強所有驅(qū)動電機功率的均衡性。當刮板輸送機運行時，有可能會導(dǎo)致卡鏈問題，若情節(jié)嚴重還有可能會出現(xiàn)刮板輸送機的鏈條斷裂，影響到采面作業(yè)的正常進行。應(yīng)用變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)展開實時檢測，將檢測得到數(shù)值輸入到系統(tǒng)中，分析電流降低率，判斷是否存在刮板機斷鏈現(xiàn)象。設(shè)置刮板鏈參數(shù)是保證刮板輸送機有序運行的前提。在設(shè)置參數(shù)期間，驅(qū)動電機的瞬間電流下降率預(yù)警值設(shè)定70%，如果超過這一數(shù)值可能會導(dǎo)致斷鏈漏報現(xiàn)象，若小于70%則有可能會出現(xiàn)故障誤報問題。

如果在刮板輸送機運行期間，刮板鏈有卡鏈或者煤壁片幫等問題，此時驅(qū)動電機會瞬間堵轉(zhuǎn)，如果長期高頻率堵轉(zhuǎn)問題得不到解決，便會影響到采面生產(chǎn)。通過采面刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)，提前設(shè)定額定工作電流數(shù)值，當電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)問題，此時電流值超過額定工作電流值，驅(qū)動電機的運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹愎β剩?qū)動電驅(qū)動電機內(nèi)部電流值處于不斷增加的狀態(tài)，而電機轉(zhuǎn)速卻降低。建議采用滑差率保護的方法，設(shè)定刮板輸送機驅(qū)動電機的滑差率與持續(xù)時間，當這些參數(shù)值超過30%、52s，便可以確定此時刮板輸送機有斷鏈、摩擦故障，必須馬上停機檢查。

井下煤礦生產(chǎn)采面工作周圍條件比較惡劣，刮板輸送機在現(xiàn)場重載啟動的頻率較高，變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)必須要保證充足的重載啟動轉(zhuǎn)距，然而，當刮板輸送機運行狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩依然較大，若有卡鏈故障，在這一環(huán)境下極有可能會導(dǎo)致刮板機鏈條斷裂，所以刮板機啟動與運行期間要依次設(shè)置刮板輸送機轉(zhuǎn)距與電流上限。當前啟動變頻機的額動額定轉(zhuǎn)距、額定電流可以達到2.2倍，當設(shè)備處在正常運行條件下，轉(zhuǎn)矩電流值利用變頻器的顯示屏，按照礦井采面變頻器中儲存數(shù)據(jù)便可以實時調(diào)整。機尾主變頻器在運行期間利用CAN總線得到機頭變頻器的運行參數(shù)，在通信網(wǎng)絡(luò)的作用下將變頻器運行參數(shù)傳輸?shù)街醒肟刂婆_，即PLC控制器中，隨后利用控制臺信息傳輸模塊和井下通信網(wǎng)絡(luò)，獲取刮板機運行數(shù)值，并且傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，充分發(fā)揮出變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，獲得最為理想的刮板輸送機控制效果。

4? 結(jié)束語

綜上所述，構(gòu)建刮板輸送機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)，在刮板輸送機這一設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用信息技術(shù)搭建具備信息化、數(shù)字化特點的控制系統(tǒng)，負責煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場刮板輸送機設(shè)備運行的控制。憑借該控制系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)斷鏈問題，支持設(shè)備參數(shù)的實時調(diào)整，保證刮板輸送機運行穩(wěn)定性與煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)安全性。

參考文獻：

[1]楊建軍.關(guān)于礦用刮板輸送機變頻驅(qū)動控制方法的設(shè)計研究[J].機械管理開發(fā)，2020，35（09）：254-256.

[2]王波，劉鄒縣，劉小哲，邢旭東.刮板輸送機智能變頻調(diào)速控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦機械，2019，40（12）：140-143.

[3]王虹，申國建，王騰.刮板輸送機用閥控型液力偶合器技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].煤炭科學技術(shù)，2019，047（001）：11-17.