用于松散材料的处于运行中的带式输送设备在非恒定加载时的单位功率需求量的确定方法

摘要

本发明涉及一种用于松散材料的处于运行中的带式输送设备在非恒定加载时的单位功率需求量的确定方法。本发明包括测量的质量流量与带式设备的各个部段和测量的驱动功率的相配。在此，对于相同长度的n部段连续确定带式输送机的部段载荷；首先借助于估计的单位运动阻力，对于带式输送设备的n部段的每一个计算与载荷有关的运动阻力；计算逐段的必需的功率；通过累加各部段功率需求量计算带式输送设备的总功率需求量。将计算的总功率需求量与测量的电功率需求量比较，通过所述比较确定带式设备的单位运动阻力。通过带式设备的单位运动阻力可以推断设备状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于松散材料的处于运行中的带式输送设备在非恒定加载时的单位功率需求量的确定方法。

背景技术

带式输送设备在最简单的情况中由一个绕两个滚筒转向的并且连续环绕的橡胶弹性的传送带构成。两个滚筒中的至少一个电驱动并且使用此旋转的传送带运行。在通常称为首站和尾站的滚筒之间，传送带由可旋转的支承辊支持，所述支承辊由支承辊架承接。支承辊用于支持和定向在转向站之间的传送带并且另外确定传送带的槽形。如已经提到的那样，用于运行传送带必需的能量通过电驱动装置导入到带式输送机的滚筒内。带式输送机的功率需求量一方面与向带式输送机给料的质量流量有关，另一方面与带式输送机的不同的运动阻力有关，所述运动阻力根据传送带的定向状态、污染状态或者辊子的维护状态等的不同情况而不同。

为设计带式设备通常计算其理论的功率需求量。在此分别确定不同的运动阻力(主阻力、副阻力、坡度阻力和特殊阻力)。功率需求量由所述运动阻力的总和与带速度的乘积算出。主阻力具有带式设备的最大部分的运动阻力，该主阻力按用于确定在倾斜平面上拉动的滑块的摩擦阻力的类似方式方法确定。在此采用的单位运动阻力相应于假定的摩擦系数，该摩擦系数根据带式设备的定向状态、支承辊的直径、带预紧力等的不同情况而变化。通常估计假定的摩擦系数用于确定带式设备的主阻力。在带式设备运行期间，该单位值大致通在输送带下分支中的污染而渐进地变坏，但是主要是在可移动的带式设备中通过输送带支架的定向状态的改变(由于下雨水流从下面冲刷、在借助于辅助机构清洁输送带下分支时由于不小心而引起的移动)。由于这些原因带式设备的定向状态并且从而单位能量消耗经常比需要的高并且造成显著的、可避免的能量成本。

现在可以假设，通过对处于运行中的带式设备的简单的功率测量可以按经验确定带式设备的单位运动阻力。这例如是值得期望的，以便由此可以推断带式设备的维护状态和/或以便可以检查关于带式设备的能量消耗的一次或另一次维护措施的效能及影响。但是在实际中单位运动阻力或假定的摩擦系数的给出证实是困难的，因为提供给输送带的质量流通常不是恒定的，而是波动的。即输送带在其长度上具有不同的载荷横截面。仅可以测量马达的驱动功率以及通过一个必要时设置的输送机秤仅能测量当前的质量流。为了能够推断带式设备的维护状态，由于观测而必须去除质量流，在试验中证实，在驱动功率与带载荷之间不能推出单义的函数关系，使得假定的摩擦值或单位运动阻力的数据带有大的不确定性。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的用于松散材料的处于运行中的带式输送设备在非恒定加载时的单位功率需求量的确定方法，该方法是可靠的，使得该方法允许推断带式设备的状态。

按本发明建议一种用于松散材料的处于运行中的带式输送设备在非恒定加载时的单位功率需求量的确定方法，该方法包括如下步骤：

对于相同长度的n部段连续确定传送带的部段载荷；

首先借助于估计的单位运动阻力，对于n部段的每一个计算与载荷有关的运动阻力；

计算逐段的必需的功率；

计算带式输送设备的总功率需求量并且通过计算的总功率需求量与测量的电功率需求量的比较来确定单位运动阻力。

在此按本发明的方法由如下知识出发，即在带式设备的相同的平均加载中传送带的原则上不同的载荷分布是可能的。根据载荷分布的不同情况带式设备的功率需求量是不同的，尽管对于平均载荷的平均值是相同的。由此原则上产生推导在驱动功率与带载荷之间的函数关系的困难。

按本发明具有如下计算，即对于传送带的相同长度的n部段确定不同的部段载荷。从而对于n部段的每一个得到不同的主运动阻力，该主运动阻力也与在相关的部段中相对于水平位置的传送带走向的坡度相关。按这样的方式方法可以确定带式输送设备的总功率需求量，该总功率需求量考虑在传送带的长度上不同的载荷横截面。通过计算的理论总功率需求量与测量的电功率需求量的连续比较可以迭代地确定单位运动阻力，由于该原因可以直接推断带式输送设备的维护状态。

优选地通过由计算的与测量的功率之间的比较构成的误差平方和的最小化进行单位运动阻力的迭代的确定。按这样的方式方法对于每个在运行中的带式设备可以单个地确定单位运动阻力，该运动阻力鉴于能量消耗直接提供关于带式设备的状态的信息。确定的维护措施的效能或其它鉴于设备能量消耗的重要变化的效能可以在带式设备运行时直接确定并且消除地不均匀载荷的影响地证实。

尤其有利地在带环绕期间借助于输送机秤确定部段载荷，其中质量流量探测的时间节拍与带速度同步，以便在时间上变化的载荷可以相配于带式设备的在功率需求量方面不同的部段。为了测量的质量流量能够相配于带式设备的各个部段，所述部段在其长度中适配于质量流量探测的时间节拍。如果例如输送机秤每两秒提供一个测量值，该测量值应该表示载荷的2秒平均值，并且带速度为7.5m/s，那么带式设备划分成15m长的部段，其中为了计算相关部段的运动阻力可以相应确定该部段的带走向的平均坡度。

适宜地在每个时间节拍Δt中对于带式设备的所有n部段确定相应理论的功率需求量并且在每个时间节拍中由逐段确定的理论的功率需求量来确定理论的总功率需求量。

在所有时间增量上在理论的与测量的功率需求量之间的误差的误差平方和的最小化适宜地在一个时间段上实现，该时间段对于所有存在的载荷波动是有代表性的。

附图说明

下面借助于例子参照附图解释本发明。在图中相当简单示意地描述在具有四个部段的带式设备的相同的平均的加载中具有两种不同的载荷分布的带式输送设备。示例地例如用在现代的褐煤露天矿中的带式输送机中，传送带宽大约为2800mm。质量流量或松散材料流量可以在0与35000吨/小时之间波动。

具体实施方式

在图中如开头提到的那样描述带式设备的两种不同的加载情况。可见，在下面的情况中(尽管相同的平均载荷)功率需求量明显比在上面的情况中大，而且所以尤其是因为带式设备的走向不是水平的，使得运动阻力在各个部段中是不同的。对于高度差一米的坡度阻力具有与对于45m水平的输送路程的阻力大致相同的值。在图中显示的情况中，在上面的情况中下坡地输送最大的物料块，相反在下面的情况中上坡地输送最大的物料块，其中质量分布分别以四个载荷块的形式表示。

至今由输送机秤的信号构成用于整个观察的带式设备的平均载荷的滑动的平均值。但是在质量流量与驱动功率之间如同样已经提到的那样不能建立单义的函数关系。

按本发明现在这样进行，使得在时间上变化的载荷相配于带式设备的在功率需求量方面不同的部段。在此假设如下情况，即通过输送机秤在给到要观察的传送带上的传送带上连续探测排出的质量流量。电功率在要观察的传送带上通过马达的功率消耗测量。当然输送机秤也可以设置在待观察的传送带上。

输送机秤每两秒钟提供一个测量值，该测量值应该是载荷的2秒平均值。所有带的带速度为v＝7.5m/s。为了测量的质量流量m′_L，i能够配设于带式设备的各部段，传送带设备划分成15m长的部段i，对各部段确定传送带走向的平均坡度δ_i。

质量流量的测量值必须与各部段同步，即对于每个部段i具有如下时间差的测量流量m′_L，i属于时刻t₀测量的驱动功率P₀，加载需要该时间差，以便经过在输送机秤与相应的部段i之间的路程。

在每个时间节拍Δt中对于带有实时配属的载荷块的带式设备的每个部段确定理论的功率需求量并且累加出理论的总功率需求量。

对于首次计算，首先由估计的假定的摩擦值或者单位带阻力f出发。通过与实际测量的驱动功率和变量的比较可以进一步优化传送带设备的单位阻力(假定的摩擦值)，使得误差变得最小。这种优化在一个有代表性的时间间隔上实行，该时间间隔覆盖最大部分发生的载荷波动。目标函数是在所有时间增量上在测量的与计算的功率之间的误差的误差平方和。

对于假定的摩擦值或单位运动阻力的数值范围在对于非常良好定向的设备的0.010与对于不良定向的传送带设备的0.040之间波动。

借助于首先估计的单位阻力计算传送带设备的n分段的每个分段的主阻力F_H，i，而且如下：

F_H，i＝l_i·f_i·g·[m′_R，i+(m′_G+m′_L，i)·cosδ]，

其中l_i表示部段长度，f_i表示单位运动阻力，g表示重力加速度，m′_R，i表示涉及的部段的传送带辊的质量，m′_G表示传送带自身的质量，m′_L，i表示载荷的质量并且δ表示传送带走向的平均坡度。

逐段的必需的功率这样计算：

P＝v·(F_H+F_N+F_B+F_ST+F_S)/η，

其中F_N表示副阻力，F_B表示加速阻力，F_ST表示坡度阻力并且F_S表示特殊阻力以及η表示驱动装置的效率。

加速阻力F_B仅在转送范围内出现并且计算成：

F_B＝v·m′_L/dt，

坡度阻力计算成：

F_ST＝g·m′_L·sin(δ)。

副阻力F_N在一般情况下仅作为排料溜槽摩擦(Schurrenreibung)在尾站和首站的范围内出现，而且在结构引起的临界载荷之上时才出现。用于说明排料溜槽摩擦的至今最好的理论公式是：

F_N＝0                  m′_L＜＝m′_Grenz，或者

F_N＝K·(m′_L-m′_Grenz) m′_L＞m_Grenz

载荷的临界值(从该临界值起出现排料溜槽摩擦)在B2800的带式设备(2800mm宽)中是大约18000吨/小时。主阻力的与载荷有关的部分(即l·f·g·(m′_R+m′_G·cos(δ)))可以通过所有分段组合并且对应于空运行功率P_leer(与v/η相乘)。

主阻力的与载荷有关的部分并且同样与载荷有关的坡度阻力对于每个部段i可以组合成如下的项F_i：

F_i＝m′_L，i·g·(f·cos(δ_i)+sin(δ_i))

从而总的理论的驱动功率是：

P_ges＝[∑F_i+F_B+F_N，Front+F_N，Heck]·v/η+P_leer

上面提到的影响因素如下(在它们上进行优化)：

1.f               假定的摩擦值；

2.P_leer           空运行功率；

3.m′_{Grenz，Front} 临界载荷，从该临界载荷起在首部段中出现排料溜槽摩擦；

4.k_Front          用于在临界载荷之上时在载荷与前部的排料溜槽摩擦之间的关系的比例因素；

5.m′_Grenz，Heck  临界载荷，从该临界载荷起在尾部段中出现排料溜槽摩擦；

6.k_Heck           用于在临界载荷之上时在载荷与尾部的排料溜槽摩擦之间的关系的比例因素。

f值和空运行功率绝对具有最大影响，其中空运行功率是死质量(传送带、支承辊)的运动阻力的最大部分并且从而也与f值有关。因素3至6再次改善模拟的品质，但必要时也可以忽略。

按本发明的方法具有这样的目的，即通过测量的质量流量与带式设备的各部段和测量的驱动功率的相配可以精确地描述对功率需求量的影响因素。因此在每个时刻(在该时刻存在由驱动功率和质量流量构成的测量值对)，对于每个分段计算理论的功率需求量，而且首先是借助于用于这些影响因素的估计值。理论的部段功率的总和对于每个时刻得到理论的驱动功率，该驱动功率可以与测量的驱动功率比较。误差平方和是用于估计值的品质的尺度并且用于估计值的迭代优化。