刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验

为解决刮板输送机传统异步驱动系统因减速器而造成的传动效率低、故障率高、可靠性低等问题,基于永磁同步电机设计了1套输送量可达1 500万t/a的刮板输送机永磁直驱系统,并匹配计算了所需的永磁同步电机功率、转速以及变频控制器容量。根据永磁直驱系统与刮板输送机之间的机-电耦合关系,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建刮板输送机永磁直驱系统的机-电耦合模型,仿真分析了永磁直驱系统在空载启动、满载运行、多边形效应等多种工况下永磁同步电机的输出转速、转矩、三相电流以及刮板链的速度、加速度、张力等动态特性变化规律。仿真结果表明,永磁直驱系统在刮板输送机启动及负载变化时能够快速响应且比较准确,由于减少了减速器的柔性缓冲,电机输出转速与转矩对负载突变响应波动较大;永磁直驱系统的动态响应在突变负载下与突变量成正相关关系,应当从驱动系统控制算法的优化角度出发减小波动,改善其性能;多边形效应影响系统速度控制的稳定性,机头链轮啮合处的链条更易受到多边形效应的影响。搭建小功率永磁同步电机直驱模拟试验台架,将仿真得到的机械负载特性曲线等效处理后通过测功机加载输入,开展了刮板输送机永磁同步电机直驱系统的模拟驱动试验。试验结果表明,台架试验测得的永磁同步电机动态特性曲线与对应仿真试验得到的永磁同步电机动态曲线的变化规律基本一致,从而从侧面验证了笔者所建立刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型的正确性。     

永磁同步电机驱动刮板输送机协同控制

针对刮板输送机负载突变时首、尾电机功率不能平均分配的问题,提出一种永磁同步电机(PMSM)驱动刮板输送机的偏差耦合控制方案。通过建立永磁同步电机的数学模型,分析永磁同步电机的速度、电流双闭环矢量控制策略,得出可采用改变两电机给定转速差的方式控制两电机转矩。通过采集两电机反馈电流,计算出两电机转矩差,使用偏差耦合算法得到两电机的速度补偿信号,调节两电机转速,实现对两电机转矩的调节。实验结果表明,采用协同控制策略后,当刮板输送机负载发生突变,两电机转速能够迅速调整,转矩在0.4 s内接近相等,且两电机转矩百分比差值维持在10%以内,基本实现功率的平均分配。     

重型刮板输送机动力建模与仿真

研究了矿用重型刮板输送机的实际工况和受力状态,在考虑链条的非线性、输送机中部槽的弹性和间隙、链轮与链条啮合特性等因素的基础上,建立了刮板输送机非线性、时变性、动力耦合的有限元模型;构造了输送机线路的形态函数,实现了计算机自动建模;通过实例对输送机启动、自由停机、异常载荷、卡链、链条节距差和链轮驱动多边形效应等工况下的动力学问题进行了数字仿真.结果表明：控制启动方式有利于降低输送机的动张力,启动前链条静张力的分布对启动特性影响较大,链条节距误差对头尾驱动链轮的功率分配有较大的影响,卡链位置对冲击载荷影响很大,链轮的齿数越少,多边形效应越明显.     

模糊自适应PID技术在刮板输送机链条张力控制上的应用研究

针对目前国内外对刮板输送机刮板链张力控制各种方法的局限性,结合井下煤矿的特殊环境以及刮板输送机本身的技术要求,采用模糊自适应PID控制技术并利用美国JOY公司研制出的ACTS装置对刮板输送机链条张力进行控制,仿真结果表明,系统动态特性好,鲁棒性强。     

刮板输送机变频控制技术研究

分析了刮板输送机控制技术现状,研究了刮板输送机工况及变频器的性能,提出了主从控制、主控速度、从跟转矩、多电机功率协同的刮板输送机变频控制方法。变频控制的刮板输送机可在恒速下根据负载变化主动调节变频器输出,实现电机输出转矩与负载的匹配,实现刮板输送机无级软起动、降低电网冲击、减少机械冲击、平稳运行的目标。     

基于PLC的刮板输送机链条保护系统设计

以某型刮板输送机为研究对象,对刮板输送机主要结构及运动方式进行分析,基于PLC设计了刮板输送机链条保护系统,并对刮板输送机链条保护原理及控制程序进行研究和分析。结果表明,刮板输送机链条的张紧程度对链条实际使用寿命及故障率影响较大,该保护系统可以对刮板输送机张紧装置进行实时智能化控制和调整,从而实现对刮板输送机链条的保护,为刮板输送机及其他煤矿装备自动智能化控制及升级、刮板输送机链条故障率降低和使用寿命的延长提供理论依据。     

模糊自适应在矿用刮板输送机调速中的应用

矿用刮板输送机工作在煤矿综采工作面,由于非定常落煤造成矿用刮板输送机负荷分布呈现时变性、非线性和强耦合等特点,传统的控制方法难以满足矿用刮板输送机调速要求。采用模糊自适应控制算法,通过自适应模糊推理算法实时调整矢量控制系统的控制参数。在Simulink仿真软件中构建模糊自适应永磁同步电机矢量控制系统在矿用刮板输送机负载下的仿真模型。通过仿真证明,采用自适应模糊推理算法实时调整永磁同步电机矢量控制系统的参数,永磁同步电机矢量控制系统具有更优的动态性能、更强的抗扰能力和鲁棒性。     

刮板链运行阻力及预紧力计算

根据刮板输送机的工作原理,详细推导了刮板输送机运行阻力及链条预紧力的理论计算公式,列举了几种不同驱动装置的刮板输送机运行阻力及预紧力的计算,并分析了影响刮板输送机运行阻力的若干因素。研究成果可作为刮板输送机张力控制的理论依据。     

刮板机机尾链条张力自动调节与安全锁紧技术的研究及应用

在实际运行过程中刮板机的刮板及刮板链承受的力为脉动力,存在着严重的压力波动问题,如何保证刮板机机尾链条张力的精准调节和安全锁紧是刮板输送机安全平稳运行的关键问题。论文对刮板输送机刮板链张力的自动调节和安全锁紧技术进行了研究,开发了一套刮板输送机机尾链条张力自动调节系统,并进行了现场应用。结果表明:该系统既可以根据刮板输送机的负载对链条的张力进行自适应调节,又可以精确的实现张紧到位后的自动锁紧,极大地提高了刮板输送机的运行可靠性。     

基于PLC的刮板输送机远程智能监控系统设计

针对刮板输送机运行可靠性不高,刮板输送、转载、破碎三机协同作业效率低等问题,利用S7-300 PLC设计刮板输送机在线监控和远程管理的软、硬件系统。硬件设计以CPU 315-2DP为核心的刮板输送机监控从站,配置多监控网络和网关,在线监控刮板输送机运行参数。软件开发基于Web和实测数据的远程管理服务,并通过从站PLC控制配置数据采集、通信和智能控制等基本功能。该系统能实现对刮板输送机的运行状态在线监控和远程调度,优化刮板链张力和驱动电机输出功率,提高刮板输送机运行的可靠性。     

带式输送机永磁智能驱动系统及其控制策略

矿用带式输送机传统驱动系统存在传动线路长、传动效率低、可靠性不高等技术不足,针对传统驱动系统的不足,设计了一种集多点永磁直驱与永磁张紧于一体的带式输送机永磁智能驱动系统,并通过仿真试验和现场应用验证了其可行性。对带式输送机永磁智能驱动系统的结构进行了设计,并基于传感器矢量控制永磁电机驱动系统的技术特点,提出了带式输送机永磁直驱系统的双闭环矢量控制、柔性启动与多机协调控制,永磁张紧系统的三闭环控制与打滑抑制等控制策略。在此基础上,利用MATLAB/Simulink软件构建了带式输送机永磁智能驱动系统的仿真模型,通过仿真分析在理论层面验证永磁智能驱动系统的正确性。通过现场应用实例与经济效益分析,验证了永磁智能驱动系统的优势。仿真分析与现场试验结果表明,带式输送机永磁智能驱动系统的多种控制策略在保证带式输送机重载柔性平稳启动的同时,也有效减小了启动时动张力对胶带的冲击损伤;可实现带式输送机的多机转矩平衡,能够解决多点驱动功率分配不均带来的问题;张紧系统与驱动系统协调性良好,可实现快速张紧,同时在发生打滑时张紧系统可快速响应消除打滑带来的不利影响。与传统的异步电机驱动系统相比,永磁智能驱动系统可大幅度提高带式输送机的智能化程度,有利于推进矿山装备的智能化发展。     

重型刮板输送机成套装备智能化关键技术

针对重型刮板输送机成套装备智能化对实现自动化无人工作面的重要性,指出了实现成套装备智能化的关键技术,比较分析了3种软启动技术,介绍了实现变频调速软启动的2种方法以及谐波抑制技术与变频控制系统,阐述了通过控制伸缩机尾油缸压力实现链条张力自动控制原理,利用霍尔传感器检测链条故障的传感装置,提出了刮板输送机远程工况监测诊断与控制系统的架构,最后指出了重型刮板输送机成套装备智能化亟待解决的问题。     

刮板输送机运行阻力计算分析

探讨了刮板输送机链条阻力计算的意义以及在各种不同的驱动状况下刮板链条阻力预张力的计算方法,并在此基础上研究了随刮板输送机结构的不同,阻力计算中各个系数的影响因素及其选择计算,从而为刮板输送机的预紧力和紧链力计算、驱动系统的计算选择提供了理论依据,保证了刮板输送机正常的工作。     

刮板输送机的选型与计算

给出了刮板输送机运输能力、运行阻力、刮板链张力、电机驱动功率的计算公式,为合理选择刮板输送机提供参考。     

双驱动刮板输送机功率智能协调控制系统研究

为了实现双驱动刮板输送机运行过程中两电机功率的智能协调控制,平衡两端链轮啮入点和啮出点的动张力,分别测试和提取刮板输送机运行时两端电机的电流信号,采用应变片测试刮板啮入和啮出链轮时的动张力,通过模糊PID变频调速方法对电机转速进行智能调节控制,实现机尾电机对机头电机驱动力的有效补偿,保证两端电机功率以及链轮张力差值的平衡。通过实验测试结果表明:刮板输送机智能协调控制系统可有效地实现两端电机的功率平衡调节,两端链轮的张力差值基本保持一致,为提高刮板输送机的工作效率和延长其使用寿命提供了一种重要的技术手段。     

刮板输送机预张紧力及紧链力计算

刮板输送机链条预张紧力的大小不仅影响到输送机负荷运行时链条上的张力分布,而且对于输送机的正常运转也是至关重要的。如果链条预张紧力过大,除了加剧链条与链轮的啮合磨损外,还招致空载消耗及动张力的增大。反之,如果链条预张紧力过小,则会使输送机运转中出现松链、跳链等事故。例如,规格为φ22×86的圆环链施加80kN张力,其弹性伸长量约为2.66mm/m。显然,对于运量大、运距长的重型刮板输送机,其链伸长量无疑是很可观的,若不事先对链条施加合理的预张紧力,就会导致输送机负荷运行时严重的松链,使输送机无法工作。     

基于永磁变频技术的刮板输送机调速系统节能分析

传统刮板输送设备选型中,由于缺乏精准的理论计算,通常选配较大容量的驱动部,造成资源浪费。为了降低生产成本,针对榆树井煤矿存在的高能耗问题,提出一种永磁变频一体机驱动的视频调速刮板输送机系统。对永磁电机进行有限元分析,把先进的永磁技术应用在刮板输送机变频驱动系统中,提高系统效率;结合视频AI技术,搭建智能调速模型,提高调节控制的精确度。在榆树井煤矿的试验表明,相比传统的刮板输送机能耗降低了约30%。     

刮板输送机链条张力自动监控系统研究

论文根据刮板输送机实际工况要求,简要介绍了系统实现的原理,分析了刮板输送机链条张力运行过程中的分布状况以及其计算方法,同时阐述了链条张力检测系统和控制系统的构成,设计出了采用PLC控制的刮板输送机链条张力自动监控系统,并运用Matlab对系统进行了动态仿真。     

矿井刮板输送机链条张力监测装置设计研究

刮板输送机是矿井煤炭开采的重要机械设备,由于刮板输送机是通过链条传递载荷作用力实现的牵引,因此有必要对链条的张力进行监测,防止由于链条的失效破坏而产生的跳链、断链的故障。采用虚拟样机技术对刮板输送机链条张力进行分析,设计出针对于链条张力监测的系统,实现刮板输送及链条张力数据的实时采集、远程数据传输等功能,提高刮板输送机生产过程中的安全性。     

刮板输送机链条预紧力、紧链力计算方法探讨

为使刮板输送机链条和链轮始终处于一个良好的啮合状态.论文探讨了刮板输送机链条预紧力的意义以及在各种不同的驱动状况下链条预张力的计算方法,并在此基础上研究了在机头、机尾处紧链时所要的锚固力及紧链力的计算,从而为刮板输送机的预紧提供了理论依据,保证了刮板输送机得以正常的工作.