煤矿原煤运输带式输送机节能优化技术研究

引言：带式输送机又称胶带输送机，广泛应用于家电、电子、电器、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等各行各业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。在煤矿领域，带式输送机因具备输送距离长、输送量大、运行稳定等优势，已广泛应用于各类煤矿井下及地面运输系统。基于对典型煤矿工况的实地调研与能耗数据分析，本文从技术路径与工程实践两个层面，提出切实可行的节能优化方案，并评估其应用效果与推广价值。

1、煤矿原煤运输带式输送机的主要能耗环节

1.1 托辊阻力

在带式输送机系统中，托辊旋转摩擦阻力构成能耗的核心成因。现场运行数据与实验测算证实，该部分能耗占据整机总能耗的 70% ；润滑性能衰退、密封元件老化、粉尘侵入等现象持续作用，旋转阻力呈指数级上升趋势。托辊安装偏差与质量波动共同作用，引发皮带偏移及局部载荷分布异常，能量损失成倍扩大。

1.2 无效空载运行

煤矿带式输送机普遍维持恒速驱动模式，负载波动感知与响应机制尚未完善，空载或低负载状态下持续全功率运转，形成显著电能冗余。行业统计数据显示，中型系统无效空载年耗电量突破 100 万千瓦时阈值；井下运输末端及转载节点空转时长占比达 35%40% ，设备连续运转特性加剧能耗规模。

1.3 传动系统损耗

传统液力耦合器长期应用于煤矿带式输送机，其虽具备软启动特性，但暴露出能效缺陷。其机械传动效率普遍低于 75% 。大量电能消耗于液体搅动与热耗散过程中。液力耦合器对输出转矩的精细调控能力不足，负载波动时动力响应易出现滞后现象，直接影响整机节能效果与运行可靠性。

2、煤矿原煤运输带式输送机节能优化技术研究

2.1 驱动系统改造技术

2.1.1 变频调速技术

变频调速系统（VFD，Variable Frequency Drive）实时调控电动机供电参数，实现带式输送机运行速率与物料输送需求动态匹配，规避轻载或空载工况下的能源损耗。核心装置包含变频控制器、驱动电机、工况检测模块，有效调节区间 15Hz～50Hz ，对应带式机械线速度 0.8m/s～2.5 m/s。应用数据证实系统综合能耗平均下降，设备启动电流峰值由原 8.2Ie（额定电流）减至2.9Ie，降幅超 65% 。此外，电动机热负荷与电网冲击明显缓解。以黄骅港煤炭码头应用为研究实例，年节电780 万kWh，电价按0.65 元/kWh核算，运行成本年节约突破500 万元。技术创新推动能效水平突破，煤流输送系统的柔韧性与运行稳定性获得实质性强化。

2.1.2 永磁直驱技术

永磁同步电动滚筒（PMSM Drum Motor）革新驱动方案，在煤矿输送设备领域加速渗透。配置 560kW 高功率密度永磁电机，驱动单元嵌入滚筒腔体。其中传统减速器、联轴器等结构完全省略，传动系统总长由 2.8m 压缩至 1.2m 以内，机械能损失下降明显。实测数据显示系统传动效率突破 96% ，较液力耦合 + 减速器配置提升，综合节能量达 21.07% ；启动力矩密度 ≥1.8N⋅m/kg ，设备运行振动幅度缩减。在此过程中，结构紧凑性增强，设备可靠性、维护便利性同步优化。技术方案适配空间受限型主运输巷道场景，特别在稳定载荷工况下展现显著优势，具备可观的经济效益与推广潜力[1]。

2.2 机械结构优化技术

2.2.1 无托辊支撑革新

在传统带输送机中，其托辊摩擦易导致高能耗问题，近年新型"无托辊"支撑结构成为节能优化重要方向。其中磁电混合悬浮技术（在输送机底架两侧安装磁浮导轨与电感控制装置，建立悬浮力场，输送带进入非接触运行模式，传统托辊的旋转摩擦和轴承阻力被消除，机械磨损损耗减少。此外，"双梁一体式刚性支撑结构"优化托带面轮廓与下压形变分布，皮带单位长度压陷阻力明显下降。重载运行实测数据印证其能效表现：带速 2.2m/s、输送量2000 t/h工况下，系统单位能耗降幅达 35%-50% 。该结构适用于主运输大倾角巷道和长距离输送线路，具备高效、低维护、高可靠性的特点，成为煤矿绿色智能运输的关键技术。材料科学与电磁控制领域的技术突破持续推进，磁电支撑系统在煤矿输送装备中的应用范围逐步扩展[2]。

2.2.2 轻量化材料应用

缩减系统运行阻力与能耗，带式输送机结构用材趋向轻量化与高性能。芳纶输送带（Aramid Belt）成为钢丝绳芯带体优质替代品，拥有高强度、低密度（约 1.44g/cm³ ）以及优越的抗疲劳性能。相同张力等级条件下，芳纶输送带比传统钢丝绳芯型号轻 33.82% 。此外，在运输过程中牵引负载减少，托辊压陷效应得到有效缓解。优化的低阻力托辊系统增强轴承润滑密封性能，托辊间距调至 1.0-1.2 米区间（比原始布置缩减 15% ），在此系统摩擦阻力持续减小。现场测试表明，该组合策略使输送系统总耗电量下降、运行温升缩减 5-8°C ，在此托辊与皮带寿命有效延长。轻量化与低阻力设计的协同作用，构建煤矿原煤运输系统节能增效的实践路径，契合“双碳”战略对绿色高效装备的发展要求。

2.3 智能控制系统

2.3.1 煤流-速度自适应控制

在复杂煤矿运输环境存在煤流分布不均衡特性，常规恒速控制或基础变频调节难以实现精准调控。本研究构建图像识别与智能算法融合的煤流-速度自适应控制系统，工业摄像装置持续捕捉输送带物料分布状态，利用深度神经网络完成物料密度识别与分级判定，建立"空载-低载-中载-高载"四级工况模型。控制端设计分级调速策略，变频器在预设速度档位间切换，典型速度设定包括 1.2m/s 、 1.6m/s 、 2.0m/s 等固定区间，降低设备因连续调频造成的机械冲击。

调速算法采用模糊控制与PID调节的复合架构，模糊逻辑模块依据负载偏差及其变化梯度，自适应调节PID控制参数，维持多驱动电机组（标准配置 3×250kW ）的功率动态均衡。该架构具备在线修正SK_pS、SK_iS、dS等核心参数的功能，工况适应能力与动态响应效率得到双重强化，测试数据表明系统功率波动被约束在 1% 阈值内，驱动端电流震荡现象与能量损耗率分别下降 42% 、 17% ，系统智能化程度与综合运行效益得到实质性提升。

2.3.2 张力动态调节

采用自耦PID（Self-tuning PID）控制架构的动态调节系统主要依托在线辨识技术捕捉系统瞬态特征，动态调整＼SK_pS、SK_iS、dS三重系数，适应输送带负载非线性特征，在煤流突增或频繁启停工况下，该系统可在300ms 内完成张力补偿。

结束语：综上，通过对煤矿带式输送机系统能耗环节的系统解析与节能技术路径的实证研究，可明确提升输送系统效率的关键在于驱动控制、结构优化与智能化管理的协同推进。变频调速与永磁直驱技术有效提升了电能利用率，磁电悬浮与芳纶轻质带材显著降低了机械阻力，而模糊-PID与能源管理系统实现了输送过程的动态优化与精准调控。

参考文献：

[1]王掌军. 矿用带式输送机清煤装置优化改进[J]. 现代矿业，2024（10）：171-173，177.

[2]尹新宇. 带式输送机稳定运行的研究[J]. 科技资讯，2024，22（10）：101-103.