科创中国

采矿业

“复杂地理环境下智能绿色带式输送高端装备关键技术”是面向我国煤炭、建材、冶金、电力和交通等国民经济基础工业不可或缺的重大战略性装备,具有高效节能、绿色环保、安全可靠、智能化的优势。本项目由行业领军企业力博重工科技股份有限公司牵头,通过产学研联合自主创新,突破了制约矿山长距离大运力带式输送系统本体关键技术、状态监测技术和安全保障技术等共性难题,实现了大型带式输送系统的国产化,科技成果入选2020年山东省可转化重大科技成果和2021年中国好技术榜单(A类),科技成果成功转化后荣获2020年中国技术市场金桥奖一等奖、2019年国家科技进步二等奖、2020年山东省技术市场科技金桥奖一等奖、山东省科技进步一等奖2项和其它省部级以上科技奖励12项。

其主要技术创新如下:创新点1:研发了长距离大运力带式输送系统永磁电机直驱、沿线张力分布式可控、空间转弯等本体关键技术,解决了传统大型带式输送系统起动力矩小、冲击大、张力波动大等问题,增强了对矿山复杂地形的适应能力。(1)带式输送系统大功率永磁电机直驱技术。长距离大运力带式输送系统重载起动时力矩要大、转速要低,采用传统异步电机驱动时存在起动困难、冲击大、效率低等不足。为此,该项目提出了电磁-温度-应力多场耦合下低速大扭矩永磁电机设计方法,发明了电机定子绕组真空灌封工艺,通过配置灌封材料(导热系数>1.1),控制真空压力、浇注温度和时间,使电机定子绕组温升小于55K。发明了电机转子磁钢装配方法,研制了电机装配工装,创新了大功率永磁电机精确装配工艺,提高了大径长比永磁电机的装配质量和效率。(2)输送带张力分布式调节技术。长距离输送时输送带起停车沿线动张力分布不均衡,尤其在大倾角上下坡段、空间转弯段输送带动张力梯度更大,严重制约了带式输送系统运力的提升。为了使沿线动张力变化平缓,亟需解决中间传送段输送带动张力调节问题。该项目在对中间传送段输送带张力仿真和动力学分析计算的基础上,发明了可控制动托辊,实现了输送带沿线动张力的分布式调节,使输送带沿线动张力峰值降低了80%,提高了输送带的安全性。为了精确检测可控托辊的转速、扭矩、温升、气密性等参数,发明了可控托辊性能测试装置。(3)带式输送系统空间转弯技术。复杂地形下长距离输送系统需具备空间稳定转向运行功能,以适应沿线不同转弯半径、起伏落差大等要求。为此,该项目首次在转弯段采用四节深槽托辊组,提出了小曲率半径空间转弯段的设计理论和计算方法,发明了适应不同转弯半径的自适应调节托辊组,确保了输送带不同空间转弯半径下的自动调中和稳定转向。发明了自动复位式输送带调偏装置,有效防止了转弯段输送带跑偏、撒料等问题。创新点2:研发了长距离大运力带式输送系统控制与监测技术,实现了输送系统的自适应控制、实时自主巡检和恶性事故超前预警,提高了输送系统运行的安全性与可靠性。(1)带式输送系统自适应控制技术。带式输送系统负载具有大惯量非线性时变特征,长距离大运力带式输送系统尤为突出。该项目建立了长距离输送带粘弹性动力学模型,揭示了输送带应力波传递规律,提出了上运、下运、起伏和空间转弯等复杂工况下的状态辨识和负载自适应控制方法,开发了长距离带式输送系统自适应控制软件,实现了长距离大运力带式输送系统转矩精确分配和转速实时同步,多电机功率不平衡度由5%降低到2%,输送带张力波动幅度减小30%-60%。(2)带式输送系统自动巡检技术。长距离大运力带式输送系统运行工况和沿线环境复杂多变,对带式输送系统的可靠性提出了更高的要求,亟待解决带式输送系统异常工况在线检测和故障预警等难题。该项目采用钢丝绳牵引驱动,并配置有噪声、温度等传感器的巡检仓,发明了带式输送自动巡检系统,实现了对不同地形下带式输送系统上下坡、转弯等关键位置运行状态的在线无人巡检。(3)带式输送系统故障检测技术。为了实现对带式输送系统故障的提前预警,该项目基于多传感器信息融合与数据通讯等技术,发明了长距离带式输送系统故障检测装置,通过对永磁电机驱动系统、制动系统和中间传送段的状态监测,以及对堆料、过载、打滑、跑偏、纵向撕裂、横向断带等进行诊断,实现了由传统的事后故障处理方式到主动预警防控方式的根本性转变,有效避免了重大事故的发生。创新点3:研发了长距离大运力带式输送系统安全保障技术,解决了输送

带反弹控制、物料防滚滑、断带抓捕保护等难题,为大型带式输送系统的重载

高速运行提供了安全保障。(1)输送带反弹控制技术。长距离上运带式输送系统重载起动过程中输送带发生弹性变形,储存了大量的弹性势能,若紧急停车会产生巨大的反弹冲击力,严重时会损坏驱动部件,甚至发生倒转飞车事故。该项目发明了限矩型触式逆止器,通过动、静摩擦片和蝶形弹簧限定逆止力矩,实现了各逆止器

之间逆止力矩平衡,有效延长了设备寿命,避免了事故发生。(2)大倾角上下坡物料防滚滑技术。针对大倾角输送时存在物料滚动或整体滑动的问题,发明了多点分布式防滚滑装置,通过可变弹簧施压使覆盖带可随物料上下浮动,增加了覆盖带与主带之间的夹紧力,使得物料与主带之间的摩擦力增大,上坡角度达38 、下坡角度达31 时能确保物料可靠运输,有效防止了因物料滚滑而造成的输送带磨损以及沿线撒料、伤人等事故,提高了安全性,延长了使用寿命。(3)输送系统断带保护技术。带式输送系统长期运行存在断带事故隐患,长距离输送时断带事故的危害巨大。该项目发明了适应复杂环境下多种输送带运动状态的断带保护技术,根据输送带横向波动规律设置固定在联体制动机架上的随动触发机构与闭锁微动力触发机构,在断带时利用张力减小信号以及预紧扭簧、配重作用力快速触发抓捕机构动作,并为带式输送系统主驱动装置提供停车信号,实现了上带与下带的全断面同步可靠抓捕。响应时间小于1s,避免了误动作和输送带抓捕撕裂等问题。