徐凤明1 刘亚明1 万朝雄2 卫 高1 赵仁铭1
1.四川华蓥山广能集团嘉华机械有限责任公司 四川广安 638600； 2.四川华蓥山广能集团有限公司物资供应部 贵州六盘水 553000
摘要：本文简要介绍了煤矿井下顺槽用可伸缩带式输送机传统的技术配置、结构、工作原理及存在的问题。重点阐述了优化设计后永磁直驱系统、液压自控拉紧及自移机尾与带式输送机传统结构的对比。该应用技术提高了输送机的运行效率与安全，满足综采自动化工作面的快速推进需求和以后无人工作面的发展。
关键词：可伸缩带式输送机；优化设计；永磁直驱；液压自控拉紧；自移机尾
前言
煤矿井下可伸缩带式输送机主要用于综合机械化采煤工作面的顺槽运输，也可用于一般采煤工作面的顺槽运输和巷道掘进运输。用于顺槽运输时，尾端配刮板转载机与工作面运输机相接；用于巷道掘进运输时，尾端配胶带转载机与掘进机相接。顺槽用可伸缩带式输送机作为综采智能化工作面的重要组成部分，如何也实现带式输送机的智能化控制，让设备安全、高效的运转，是急需解决的问题。
1 可伸缩带式输送机主要特征
（1）机尾设置缓冲托辊并提供转载机的行走轨道，通过牵引机构可实现机尾沿输送机中心线方向的位移。
（2）在头部设置收放带装置、储带装置以实现胶带的伸长或缩短，从而实现整机的伸长或缩短，从而提高工作面的快速推进，有效地提高采掘速度和顺槽运输能力。
（3）非固定部分的机身，由无螺栓连接的快速可拆装支架（纵梁、支腿或钢丝绳）和托辊组组成，结构简单，拆装方便，劳动强度低，操作时间短。
（4）设置在储带装置的胶带张紧装置采用绞车张紧。
2 可伸缩带式输送机工作原理
可伸缩带式输送机和普通胶带输送机一样是以胶带作为牵引承载机构的连续运输设备。它与普通胶带输送机相比，增加了储带装置、收放胶带装置和机尾牵引绞车等机构。它利用胶带多次折返和收放的原理调节长度，当张紧车向机尾一端移动时，胶带进入储带装置内，机尾在绞车牵引下回缩或延伸，从而使输送机具有可伸缩的性能，以适应前进或后退式长壁采煤顺槽运输和巷道掘进运输的需要，当张紧车到达轨道的终端时，就需要收掉或接入一卷胶带，使输送机保持连续伸缩的功能。
3 存在的问题
随着现在采区综采智动化及无人工作面的发展，顺槽可伸缩带式输送机无法做到机头驱动内部质量的监测，设备故障不易发现，容易导致整套生产系统的停产。机尾的推移不仅需要在机尾处安排大量的人工配合作业，而且还要在张紧位置安排人值守，配合机尾推移后胶带的张紧，即使这样需要大量人工的情况进度依然缓慢，严重影响工作面的推进，满足不了综采自动化工作面快速推进的要求，也不利于智能化无人工作面的发展。
4 可伸缩带式输送机的改造设计
4.1驱动部的优化设计
4.1.1传统的驱动部主要是由异步电机、液力耦合器、减速器组成（如图1）。
1 减速器 2液力耦合器 3 异步电机
图1
4.1.2驱动采用低速大扭矩永磁电机直接驱动，大幅简化系统结构，减少故障点（如图2）。
1 永磁电机 2 传动滚筒
图2
4.1.3永磁直驱电机有以下几个优点：
（1）高效
采用优化设计，电机效率高达93%-97%，功率因数高达99%，有功功率比例提高。在调速范围内可保持极高的效率。异步电机在低速运行时效率下降明显（如图3）。
图3
（2）系统效率
异步电机+减速器结构
异步电机效率94%、功率因数0.85、齿轮箱结构92%，异步电机+齿轮箱结构系统效率：0.94×0.85×0.92=73.5%
永磁直驱电机
永磁电机效率96%、功率因数0.996、驱动系统效率98%，系统效率：
0.96×0.98=94%
（3）节能
在负载、工作制相同的情况下，皮带输送机专用低速大扭矩永磁电机相比异步电机加减速机系统大约可节省30%左右的电能损耗（如图4）。
图4
（4）重载启动
异步电机：由工频电直接起动，起动电流大，瞬间可达到额定电流的5到7倍。电流大又导致定子绕组的漏阻抗压降增大，起动转矩小，无法实现重载起动。为了满足工况、经常会选用更大规格的异步电机，出现“大马拉小车”的现象。
永磁同步电机：由专用变频器驱动，启动电流小、电流根据负载情况逐步增加，启动转矩大，在相同线路容量条件下，采用永磁同步电机更容易实现重载起动。
（5）低振低噪
永磁直驱采用封闭自然冷却方式或水冷，取消了冷却风机，运行时噪音远低于普通电机。采用直驱技术，省去齿轮箱结构，电机低速平稳运行、震动小。
（6）智能化控制
异步电机+减速器：使用工频电直接起动，起动电流大，控制功能单一，不便于系统的智能化发展。
永磁同步电机：使用配套永磁电机专用控制系统，可进行平滑起动、调速，操作简单、可靠性高。控制功能、信号齐全，可对电机状态进行监视，能完美实现电机控制系统与中央控制室的信号对接。
智能视频皮带调速控制系统由矿用隔爆兼本安型可编程控制箱及矿用隔爆型光纤摄像仪组成，配合矿用光缆及电缆组成一整套独立的系统。系统采用智能双目视频分析技术，通过一组（2台）矿用高清双目数字摄像仪对胶带机上煤量信息进行收集，且当一路视频信号发生故障时，系统应自动切换至单目视频模式继续对煤量信息进行收集工作。收集的视频信息采用双目立体视觉识别算法对煤量体积进行精确计算，得出煤量信息。算法服务器应采用主流高性能嵌入式工控机（CPU主频不低于1.9GHZ内存不低于4G），且要求冗余配置。煤量信息通过PLC逻辑运算后发出指令控制变频器进行相应频率的输出。PLC应采用高性能冗余控制器。智能视频具备分辨煤、矸石、水煤等各种功能，保证系统在各种工况的情况下，都可能稳定、安全的运行。矿用高清双目数字摄像仪对胶带机受煤信息进行收集，用于精确细调皮带转速，达到皮带最优节电控制。
4.2 拉紧装置的优化设计
4.2.1传统的张紧装置为绞车张紧（如图5）。每次移动机尾后，都需要手动张紧胶带且张紧力控制不准，胶带的松紧全凭经验。
图5 钢丝绳缠绕示意图
4.2.2液压拉紧装置：在皮带机启动时能实现补需的启动张力，并能实现皮带机运行时的运行张力，随时监控张力的变化，并调整张力值，缓冲油缸能完全满足皮带机的动态张紧要求，控制系统能实现自动控制。该张紧装置用于顺槽可伸缩皮带机时，皮带机停止运行后，皮带机自移装置每一次往机头方向自移3米时（即自移机尾一次，整机缩短3米），胶带能自动张紧。能通过远程上位机实现集中监控，实现液压自动拉紧装置所有的控制及监控功能。
1.张紧车 2.油缸 3.液压站 4.张紧绞车
图6 液压自动拉紧装置
4.3机尾的优化设计
4.3.1在综合机械化采煤工作中，由于工作面向前推进的速度较快，而拆移顺槽中运输设备的次数和花费的时间在总生产时间中所占的比重较大，影响了采煤生产能力的进一步提高，所以要求顺槽运输设备能够比较灵活地伸长或缩短。
图7 普通机尾
4.3.2皮带机自移机尾快速推移装置用于高产高效工作面顺槽转载机与带式输送机机尾地快速推移和正确搭接，满足工作面高进度、快推进的需要，同时该装置具有皮带跑偏调整、转载机推移方向校直和自行前移等功能，保证顺槽运输、转载的通畅及设备的良好衔接。
本装置主要由头架、尾架、中间架及调平缸、侧移缸、压带托辊、滚筒、润滑系统等部件组成，同时配备有液压控制系统和操作台。其中带式输送机机尾滚筒设置在尾架上应用压块固定，当整机前移时，带式输送机机尾滚筒随着一起前移，同时皮带张紧，而且在头架上装有平托辊，在尾架安装有压带托辊，这样保证了胶带顺利导入和导出。
随着采煤机割煤的推进，转载机沿着本机导轨逐渐前移，当转载机前进到极限位置时，操纵操作阀将调平油缸收缩使滑撬离地、如果底板局部不平，部分调平油缸可以不完全收缩，以保证整机水平，然后将推移缸活塞杆缩回，这样本机以转载机为支点前进一个行程。同时安装在机架上的皮带机机尾滚筒随之前移，胶带松弛，此时带式输送机应随着张紧胶带。在推移机架前先将皮带机靠近本机头架的中间架拆掉一架，以便于空出本机的行走空间。
图8 自移机尾示意图
5 应用效果
该套可伸缩带式输送机以成功应用在四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司智能化综采工作面的顺槽运输中，带式输送机的运行减少了人力的值守，自移机尾的移动快速、方便、简单，液压张紧装置随着机尾地移动自动张紧胶带，极大的节约了时间，满足了综采工作面快速推进的要求。
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论文作者:徐凤明1,刘亚明1,万朝雄2,卫高1,赵仁铭1
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
标签：永磁论文; 机尾论文; 工作面论文; 胶带论文; 伸缩论文; 装置论文; 带式输送机论文; 《防护工程》2019年16期论文;