刮板输送机变频驱动控制的实现研究

李守睿

（山西大同永定庄煤业公司， 山西 大同 037000）

引言

在煤矿井下开采面工作期间刮板输送机的作用十分重要，刮板输送机能够有效保证煤炭井下运输、采煤机井下运输以及液压支架井下移动的稳定性和安全性，而这些设施的安全稳定运行决定着煤矿开采工作的生产效率。由于刮板输送机自身具有独特的工作用途，所以经常需要重载启动，而采用传统的驱动方式，不仅启动效率较低，还会造成十分严重的电能浪费。因此，如何优化刮板输送机变频驱动控制系统成为了当务之急。

1 刮板输送机负载特性分析

刮板输送机一般都是将刮板链作为主要工作机构，利用链传动的原理来完成煤矿井下散料运输工作，刮板输送机设备的主要构成包括减速机构、驱动链轮机构以及电机等。整体结构组成如图1 所示。

图1 刮板输送机运动机构示意图

在刮板输送机初始运作期间，电机会完成通电运转，利用和电机保持连接状态的相关结构、液力耦合器和链轮机构，将动力输送给链轮，随后链轮在运转过程中会使刮板链在设备滑动槽当中不断运动，进而将链板上的煤炭材料通过运输机完成运输[1]。在实际工作过程中，刮板输送机中的链轮结构会承受非常大的载荷，尤其在负载冲击影响下，严重损耗问题会明显降低刮板输送机的使用寿命。

另外，刮板输送机在运作期间，落煤质量与时间的不规范性将直接导致输送机处于无规律满载、超载的交替变化中，而要想满足刮板输送机的正常使用要求，就必须要确保刮板输送机具备较大的启动转矩，常见的启动过载系数在2.5～3.0 区间之内。当刮板输送机处于频繁且无规律的重载启动过程中时，就很有可能出现断链和零件磨损严重的情况，设备运行的可靠性也明显降低，电机设备会对电网电流造成十分严重的冲击影响，进而影响着煤矿用电设备的整体安全性。

2 刮板输送机变频驱动控制系统的构建

2.1 变频驱动控制系统结构

1）机械传动系统。此系统主要包含动力输入端、液力耦合器以及动力输出端等。根据不同的设计需求来选择不同的元件，比如齿轮传动系统必须要在其系统内部安装减速装置，一般会选择直角型三级齿轮减速器，而处于动力输出端的减速设备一般会挑选新型齿轮减速器[2]。

2）液压控制系统。在液压控制系统设计过程中，要将液压元器件当作油缸压力控制的重要构件，随后将液压油缸压力输送到液力耦合器当中，进而对转距进行合理控制。再应用润滑冷却系统，它可以对驱动控制系统进行有效冷却，在发动机传动零件初始运动期间就开始进行高速相对运动，使润滑油能够顺利传递到摩擦表面上，从而在表面上形成一层油膜，实现液体摩擦的效果，进而减少功率损耗和工件磨损，减少摩擦阻力，强化发动机的持久性和稳定性。但是在润滑冷却系统设计过程中，除了要控制油压和摩擦表面油量供应以及做好机油滤清工作之外，还要控制好功率消耗和机油损失量。

3）电气控制系统。在电气控制系统设计过程中，通常会用到PLC 控制器和变频器，利用不同类型的传感器来采集刮板运输机实时运行状态数据，并通过PLC 控制器来进行数据分析。在此基础上，结合智能变频器的电气系统图纸、温度检测单元以及DSP 模块等构件对变频器的主控器进行有效控制，再与AC/DC 转换和过压保护单元相连接，从而组建成一个完整变频器电气系统。根据刮板输送机在运行期间所显示的实际情况来总结控制指令，完成变频器的调控。在电机控制下，变频器能够根据具体要求来适当调节刮板输送机的具体参数。刮板输送机变频软启动如图2 所示。

图2 刮板输送机变频软启动

2.2 选择合适的元器件

刮板输送机变频驱动控制系统都会用到PLC 控制设备与变频器等相关设备，而在挑选元器件时，要根据变频驱动控制系统的实际需要来决定，确保元器件能够与系统良好衔接在一起。在此期间，首先要挑选合适的PLC 控制器，结合以往PLC 控制器的使用经验和刮板输送机在变频控制方面的实际需求，将PLC 控制器和电源模块、模拟量输入模块以及接口模块等组成部分相结合，之后再展开PLC 控制系统设计[3]。同时，在系统设计基础上，还要详细了解控制要求，在刮板输送机变频驱动控制系统内部设计定量输入模块，总共需要设计8 路，而模拟量的输出模块只需要设计4 路即可。此外常见的数字量输入模块与输出模块分别有96 点和48 点。

2.3 选择变频器

变频器在选择过程中要重点参考刮板运输机的容量，在具体运行过程中，对电机负载电流也要进行精准计算，在计算出负载电流之后再考虑到刮板输送机之前是否会出现满载启动或空载运输的问题。因此刮板输送机的平均力距只需要超过标准值的1.5 倍即可。刮板输送机直接转矩变频控制系统原理如图3 所示。

图3 刮板输送机直接转矩变频控制系统原理

3 刮板输送机变频驱动控制系统的具体应用

在煤矿井下生产工作中，必须要加强刮板输送机变频驱动控制系统电机负荷的均衡性。通常情况下，大功率刮板输送机需要不同的驱动电机配合运行完成，结合设备运行期间的性能、特点以及均衡性，经常会选择主从式控制变频器。同时还要结合主频器运行过程中的具体情况，确定输出电流的频率，强化主从驱动电机负载的均衡程度[4]。当刮板输送机在运行过程中，机尾变频器可以充当主机，机头变频器可以充当从机，主机利用集中控制器所发出的运行指令，将指令发送给机尾主频器，之后从机采用CAN 通信方法来获取指令。这样一来就可以明显提高驱动电机功率的均衡性。同时，当刮板运输机处于运行状态时，卡链问题十分常见，如果问题严重还会导致刮板输送机链条发生断裂，对煤矿综采作业面的正常运行造成影响。

而利用变频驱动控制系统所进行的检测工作，能够在系统当中融入具体检测数值，全面分析电流降低率，从而判断是否会出现刮板机断裂问题。另外，合理的刮板链参数也是确保刮板输送机顺利运行的条件。在参数设置过程中，要将驱动电机的瞬间电流值下降到80%，如果超出标准数值，就很有可能会出现断链漏报的情况。而如果低于70%，就会产生故障误报问题。刮板输送机故障诊断系统如图4 所示。

图4 刮板输送机故障诊断系统

井下煤矿开采工作一般都会面临十分恶劣的环境，在现场开采环境中，刮板输送机重载启动概率特别高，这也就要求变频驱动控制系统必须要能够充足地完成重载启动转距。当启动变频器的额定转距与额定电流实现了2.3 倍的时候，就要对变频器当中所储存的数据进行科学调整。随后利用控制信息传输模块和井下通信网络系统来获取刮板运输机的运行参数，将这些参数传送到地面监控指挥中心当中，进而获得最理想的刮板运输机控制成效。另外，如果刮板输送机在运行过程中的刮板链出现卡链问题，这时驱动电机就会出现瞬堵问题，如果此问题长期得不到解决，那么就会对井下煤矿采面生产造成影响。而在利用刮板输送机变频驱动控制系统之后，可以提前设定好额定电流值，在电机出现堵转问题之后，电流值就会超出标准范围，驱动电机运行状态就会变成恒定功率，电机转速也会明显降低。这时可以采用滑差率保护方法，合理设定刮板输送机的滑差率与持续时间，如果出现断链与摩擦故障，那么就要立刻停止设备运转，进行全面检查。

4 结语

建立完善的刮板输送机驱动控制系统，在此设备基础上，能够利用信息技术来构建具备信息化和数字化特点的信息控制系统，主要对煤矿生产现场的刮板输送机的运行情况进行重点控制。利用该系统能够在短时间内发现断链问题，支持设备参数完成实时调整，确保刮板输送机可以更加稳定运行，使煤矿现场开采作业能够更加安全与稳定。参考文献

[1] 刘伟峰.刮板输送机变频驱动控制系统的研究[J].机械管理开发，2020，35（9）：278-280.

[2] 杨建军.关于矿用刮板输送机变频驱动控制方法的设计研究[J].机械管理开发，2020，35（9）：254-256.

[3] 郅富标.基于功率平衡的刮板输送机控制系统仿真分析[J].煤矿机械，2020，41（9）：80-82.

[4] 刘小兵.采煤机与刮板输送机的协同调速控制策略的研究[J].机械管理开发，2020，35（2）：167-168；196.