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煤矿带式输送机节能优化控制方法研究

高沛林 苗鑫 杨方

高沛林,苗鑫,杨方. 煤矿带式输送机节能优化控制方法研究[J]. 工矿自动化,2022,48(5):65-71, 78.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030057
引用本文: 高沛林,苗鑫,杨方. 煤矿带式输送机节能优化控制方法研究[J]. 工矿自动化,2022,48(5):65-71, 78.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030057
GAO Peilin, MIAO Xin, YANG Fang. Research on energy-saving optimal control method of belt conveyor in coal mine[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(5):65-71, 78.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030057
Citation: GAO Peilin, MIAO Xin, YANG Fang. Research on energy-saving optimal control method of belt conveyor in coal mine[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(5):65-71, 78.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030057

煤矿带式输送机节能优化控制方法研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030057
基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划青年项目(2019JQ-792)。
详细信息
    作者简介:

    高沛林(1988-),女,陕西兴平人,助理工程师,硕士,主要研究方向为自动控制,E-mail:2389203043@qq.com

  • 中图分类号: TD634

Research on energy-saving optimal control method of belt conveyor in coal mine

  • 摘要: 由于煤炭生产的不连续性,使带式输送机常常处于空载、轻载及很少达到满载的运行状态,造成电能浪费,同时加剧了设备磨损。目前解决该问题的方法是根据煤流量对带式输送机进行调速控制。但目前的方法较少考虑带式输送机之间煤流的上下游接续关系、煤流量传感器安装位置、检测误差、信息滞后及带速改变过程中的时序关系等。针对上述问题,依据带式输送机驱动功率与运行阻力和带速的关系,得出了带式输送机最优节能运行条件和最佳节电率;根据最优节能运行条件、带式输送机上下游接续方式与物料平衡关系、额定运输质量与额定带速,得出了带式输送机最优节能控制条件下的最小带速与最优带速控制系数;考虑煤流量传感器安装位置、检测误差、信息滞后及带速改变过程中的时序关系等因素,提出了一种带式输送机节能优化控制方法。该方法根据上游带式输送机的煤流量,计算得到最优节能控制条件下下游带式输送机优化节能控制的给定带速变化曲线,依据该曲线实现对下游带式输送机带速的调节。利用搭建的带式输送机模拟节能实验平台,对最佳节电率进行了检验,结果表明:带式输送机在最优节能运行条件下的最佳节电率为20.9%~76.5%,但在实际运输系统中,由于带速不能连续调节,所以不可能达到最优运行工况。将带式输送机节能优化控制方法应用于柠条塔煤矿101号主提升带式输送机控制中,结果表明:该方法实现了煤流的平稳接续,节电率为9.1%~43.9%,节能效果明显。

     

  • 图  1  带式输送机单入串联接续

    Figure  1.  Single input series connection of belt conveyor

    图  2  带式输送机双入串联接续

    Figure  2.  Dual input series connection of belt conveyor

    图  3  煤流量信息检测

    Figure  3.  Coal flow information detection

    图  4  煤流量检测时序

    Figure  4.  Timing sequence of coal flow detection

    图  5  煤流平稳接续的给定带速

    Figure  5.  Given belt velocity of smooth connection of coal flow

    图  6  带式输送机节能优化控制流程

    Figure  6.  Flow of energy saving optimized control for belt conveyor

    图  7  带式输送机模拟节能实验平台

    Figure  7.  Simulation energy-saving experimental platform of belt conveyor

    图  8  柠条塔煤矿主运输系统

    Figure  8.  Main transportation system of Ningtiaota Coal Mine

    表  1  不同填充率和转速下的电动机驱动功率

    Table  1.   Driving powers of motor at different filling rate and rotate speed

    $ \gamma $驱动功率/W
    $ {n_{\text{N}}} $$ 0.8{n_{\text{N}}} $$ 0.6{n_{\text{N}}} $$ 0.4{n_{\text{N}}} $$ 0.2{n_{\text{N}}} $
    01541.71247.8957.8668.9390.1
    0.22114.31678.11284.5893.4497.8
    0.42406.91931.81481.7968.6575.1
    0.62977.02389.11806.21236.7698.7
    0.83520.92785.02092.51461.7871.6
    1.04111.13321.62508.71744.61132.4
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    表  2  不同填充率下的最佳节电率

    Table  2.   Optimal power saving rate under different filling rate

    $ \gamma $00.20.40.60.8
    ${\lambda _{\max } } /{\text{%}}$74.776.559.839.320.9
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    表  3  带式输送机基本参数

    Table  3.   Basic parameters of belt conveyors

    基本参数带式输送机
    1号2号3号4号
    长度/m250020002000160
    装机功率/kW150015003000132
    输送量/(t·h−13000300040004000
    额定带速/(m·s−14.04.04.04.0
    煤流量测距/ml1=300l2=300l3=280
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    表  4  加速与减速过程接续时段

    Table  4.   Connection time interval in acceleration and deceleration process

    加速过程(0.8~3.2 m/s)减速过程
    (3.2~2.4 m/s)
    时段时长/s时段时长/s
    $ \Delta {t_{11}} $12$ \Delta {t_{21}} $12
    $ \Delta {t_{12}} $23$ \Delta {t_{22}} $63
    $ \Delta {t_{13}} $30$ \Delta {t_{23}} $10
    $ \Delta {t_{14}} $10$ \Delta {t_{24}} $10
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    表  5  不同工况下驱动功率统计

    Table  5.   Powers statistics under different working conditions

    ${\gamma _3}$驱动功率/kW$ {k_3} $$\lambda / {\text{%}}$
    $ {P_{{\text{GT}}.{\text{max}}}} $${P'_{ {\text{GT} }{\text{.min} } } }$
    09813640.262.9
    (0,0.2]13357490.243.9
    (0.2,0.4]165812010.427.6
    (0.4,0.6]203616340.619.7
    (0.6,0.8]239721780.89.1
    (0.8,1.0]279927991.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-16
  • 修回日期:  2022-05-08
  • 网络出版日期:  2022-03-29

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