带式输送机的能耗分析及变频驱动节能研究

智能制造与设计
今 日 自 动 化
Intelligent manufacturing and Design
Automation Today
2021.3 今日自动化 ｜ 43
2021年第3期
2021 No.3
目前，煤矿业依旧是我国最大的能源工业，我国在煤矿开采方面的耗能约占到全国能源总消耗量的3.86%。

由此可见，煤矿业是我国产能最大的领域，同时也成为耗能最大的领域。

以某年产量为2 000万～3 000万t 、下属有12～17个新老煤矿的矿业集团为例，用于提升、通风、排水、运输、空压、热力、洗选、采掘等方面的较大型电力驱动装备为700～800台套，其各类设备数量及电耗情况如表1所示。

表1 煤矿生产主要工序中较大型电力驱动装备耗能情况表系统提升通风排水运输空压机热力洗选
采掘
总计数量/台套 50781529010919810/条线30700～800
总装机容量/
万kWh
4.6
3.910.6 1.427 1.712预计年节能空
间/万Tce
4.1
1.1
0.5
0.5
2.3
0.3
0.3
10（约12
亿度电）
在煤矿开采中，主运输系统主要由带式输送机构成，针对带式输送机的大耗电率进行节能改造，将会对整体煤矿耗能产生巨大的影响。

1 皮带耗能分析
1.1 传动滚筒上所需圆周力的计算
在稳定运行时，钢绳芯带式输送机（受力示意见图1）的传动滚筒圆周力等于带式输送机的运行总阻力。

钢绳芯带式输送机的运行总阻力是由几种阻力组成的，这些阻力可分为五类：主要阻力F H 、倾斜阻力F st 、附加阻力F N 、特种主要阻力F s 1、特种附加阻力F s 2。

主要阻力F H 和附加阻力F st 的计算公式：
（1）
式（1）中，F H 为主要阻力，ω为运行阻力系数（取值见表2），L 为钢绳芯带式输送机长度，g 为重力加速度，取g =9.8 m/s 2，
为每米输送机上托辊转动部分重量，为每米输送机下托辊转动
部分重量，q 0为每米钢绳芯胶带重量，β为输送机运输倾角。

表2 运行阻力系数ω取值机型
水平及上运型
下运型
工作条件室内清洁干燥，设备质量良好湿度正常，灰尘不大，设备质量一般灰尘较多，输送摩擦较大的物料，设备质量较差湿度大，尘大，
寒冷，使用条件恶劣，设备质量差有载出
现负功
有载不出
现负功呈空载
阻力系
数ω
0.020
0.025
0.030
0.040
0.012
与水平型相同
（2）
式（2）中：q 为每米输送上物料重量，kg/m ，Q 为输送量，t/h ，
v 为带速，m/s 。

（3）
式（3）中：F st 为倾斜阻力，N ；H 为输送机卸料段与装料段之间的高差，m 。

附加阻力指在加料区的物料加速惯性力和摩擦力，在导料机槽与胶带之间的摩擦力，从动滚筒轴承处产生的摩擦力以及胶带在滚筒上缠绕产生的弯曲阻力，按国际标准计算方法，把附加阻力划到主要阻力当中去，其方法是把主要阻力乘以系数C ，即
（4）
式（4）中：
F N 为附加阻力，N ；C 为系数。

表3 附加阻力系数
输送机的长度
L /m
100
150
200
600 1 0001 5002 0002 5003 0005 000
系数C 1.77 1.59 1.46 1.21 1.07 1.05 1.03 1.0281.0261.025
简单计算时，驱动滚筒圆周力F u 为：
［摘 要］目前我国煤矿主运输系统带式输送机耗电占比较大，其节能改造对整体煤矿耗能有巨大价值。

通过对钢绳芯带式输送机运行时
各种阻力的计算、轻载或空载运行状态时的能量消耗分析，得出调整相应轻载或空载带式输送机的带速，可以实现最大限度的节能。

结合变频调速原理，验证了空载运行及轻载运行状态下，改变电机的频率实现带式输送机运行时节能的理论依据。

阐述了防爆变频器在我国煤矿广泛推广的现状下，变频驱动节能的前景需求。

［关键词］带式输送机；
变频器驱动；节能［中图分类号］TD528.1 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2021）03–0043–02
Energy saving analysis of variable frequency drive belt conveyor
Chai Jie ，Zhang Yang
［Abstract ］At present, the energy consumption of belt conveyor in the main transport system of coal mine in China is relatively large, and its
energy saving transformation has great value to the energy consumption of the whole coal mine.Based on the calculation of various resistance of the steel rope core belt conveyor and the analysis of energy consumption in the light or no-load running state, this paper concludes that adjusting the corresponding belt speed of the light or no-load belt conveyor can achieve maximum energy bined with the principle of frequency conversion speed regulation, the paper verifies the theoretical basis of changing the frequency of the motor to realize the running time of the belt conveyor under no-load operation and light-load operation.This paper expounds the prospect and demand of energy saving in the situation that explosion-proof frequency converter is widely popularized in China's coal mines.
［Keywords ］belt conveyor ，variable frequency drive ，energy conservation
带式输送机的能耗分析及变频驱动节能研究
柴　杰，张　杨
（中信重工开诚智能装备有限公司，河北唐山 063020）
Measured values
Bulkscan
V:Volume of a bulk good
slice at the time x
V(n+x)
传送带速度
图2 智能隔爆型煤流量检测仪
传感器采用LMS传感器硬件技术，基于时间飞行原理，用于对传送带上物体散料体积和流量进行非接触式测量。

通过发送与接收激光脉冲的时间差，计算出2 D轮廓，然后再结合输送带速度，生成可靠的体积流量信号。

将实时煤量采样至PLC进行数据分析和处理，结合电机电流以及前后级带式输送机运行情况进行综合分析，对带式输送机变频器进行速度调整，通过变频器的升、降速使皮带上煤量接近满皮带状态，直至带速降到最低设定值，如
从空载至重载的各种状态里，系统做功分为两部分。

一部分为运输有益载荷Q的有用功，这部分功是随着负载的变化而变化另一部分则是之前研究的空载状态下的做功。

在同样给煤的前提下，有用功的大小与带式输送机的速度没有关系，只与给煤的多少有关系。

由式（2）可知，在相同的给煤量即相同的有益载荷Q下，带式输送机速度高只是q增加，即运输的效率高；速度低则q减小，即运输的效率低。

因此，轻载过程中的调速，对于有益载荷是不节能的，但是对于空载部分的能量还是可以成线性节约的。

状及推广前景。