基于转矩平衡的带式输送机均衡驱动控制系统的研究

张敏敏

（晋城蓝焰煤业股份有限公司凤凰山矿通风区， 山西 晋城 048000）

引言

随着煤矿井下综采设备自动化水平的不断提升，综采作业效率迅速增加，为了满足日益增长的综采效率的需求，各种类型的大运量、高带速、长距离带式输送机被不断投入应用。由于在长距离运输过程中物料分布不均、落料冲击等对黏弹性体的输送带的影响，导致各驱动电机经常出现功率不均衡现象，使部分驱动电机长期处于高负载工况[1]，不仅导致输送过程中经常出现输送带的受力不均而出现的纵向振动现象，同时严重影响了带式输送机的使用寿命，给煤矿的物料运输经济性造成了极大的影响。因此为了提升带式输送运行时的稳定性和使用寿命，本文在对多电机驱动带式输送机工作特性进行分析的基础上提出了一种新的基于转矩平衡的带式输送机均衡驱动控制系统，对带式输送机各驱动电机输出功率进行跟踪并采用闭环控制，通过实际验证表明该驱动控制系统具有极高的稳定性，能够有效降低输送机运行过程中各电机的不均衡性，极大地提升了输送机运行过程中的稳定性，具有极大的应用推广价值。

1 转矩平衡原理及控制方案

在带式输送机的驱动控制系统中，主驱动电机和辅助驱动电机之间是通过各个电机的工作负载关系进行耦合控制的，用于确保各驱动电机的工作转速，而各个电机的实际工作负载则直接表现为各个驱动电机工作时输出的转矩，通过输出转矩信号来实现对各个电机的输出功率的控制，其实际工作原理即为通过对带式输送机运行过程中各个驱动电机的负载工作转矩的监控来对输送带的负载进行合理分配，实现作用在各电机上的负载的平衡性[2]。

为了有效地将转矩平衡原理用于对驱动电机的有效控制，实现从动电机有效跟随主控电机的工作转矩对自身工作输出转矩的灵活调整，本文根据驱动电机的主动和从动动态控制原理，建立了基于转矩平衡的电机工作平衡控制回路。在该控制回路中共有2 台控制电机，一台为主动电机另一台为从动电机，输送机工作时首先由主动电机根据输送机的控制要求对整个输送机的运行状态进行动态变频调节控制，在该阶段，主动电机输出的转矩调节信号为速度监控调节器的速度监控值，然后由转矩平衡控制[3]系统计算出两个电机之间的负载比例系数，根据系数来实现对从动电机工作速度的动态调整，从而满足在整个工作过程中输送机系统内各驱动电机所输出负载的一致性，该控制系统整体结构如图1所示。

图1 基于转矩平衡的均衡驱动控制系统结构示意图

2 均衡驱动控制系统的仿真分析

根据该驱动系统的结构及工作原理，利用仿真分析软件建立该驱动控制系统的仿真分析模型[4]，对带式输送机在不同工况下的均衡驱动控制效果进行仿真分析。输送机在启动过程中的主从电机的工作转速和转矩的变化情况分别如下页图2、图3 所示。

图2 输送机启动时主动电机和从动电机的速度变化曲线

图3 输送机启动时主动电机和从动电机的转矩变化曲线

由下页图2 可知，当带式输送机开始工作时，其设定的电机转速为120 rad/s，启动后主动电机的转速按照线性速度变化曲线，在2 s 内从0 上升到120 rad/s。在转矩平衡控制系统的作用下，从动电机的速度变化曲线沿着主动电机的速度变化曲线波动，其波动量在0.8%以内，整个过程中表现出了较高的均衡性和稳定性，未出现速度突变情况，有利于提升带式输送机工作时的稳定性。

由图3 可知，随着带式输送机的逐渐启动，输送机主驱动电机的输出转矩逐渐增加，当输送机驱动电机的转速达到稳定转速后，其驱动转矩逐渐下降到62 N·m，随着输送机上物料其输出转矩不断变化，在4.5 s 时达到120 N·m，在整个变化过程中从动电机的转矩均稍微滞后于主动电机的转矩变化情况，这主要时由于从动电机的转矩需要根据主动电机的转矩变化情况进行调节，从传真分析结果可知，从动电机的转矩变化能够紧跟主动电机转矩变化情况，从动稳定性极高，表明了该基于转矩平衡的带式输送机均衡控制驱动系统对输送机不同驱动电机调节的有效性。

3 结论

1）转矩平衡工作原理即为通过对带式输送机运行过程中各个驱动电机的负载工作转矩的监控来对输送带的负载进行合理分配，实现作用在各电机上的负载的平衡性；

2）在转矩平衡控制系统的作用下，从动电机的速度变化曲线沿着主动电机的速度变化曲线波动，其波动量在0.8%以内，整个过程中表现出了较高的均衡性和稳定性；

3）从动电机的转矩变化能够紧跟主动电机转矩变化情况，从动稳定性极高，表明了该基于转矩平衡的带式输送机均衡控制驱动系统对输送机不同驱动电机调节的有效性。