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皮带输送机节能运行优化研究

文档作者：王亚珍1 赵英杰文档来源： 1.阳煤纳谷（山西)节能服务有限责任公司 2.山西阳中新材有限责任公		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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上一篇：强力皮带机安全防护的现状及改进措施的研究

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总第261期
2025 年第1期
优化改造
摘要：皮带输送机在对物料运输过程中存在能耗浪费情况，分析能耗浪费原因，并通过多变量遗传算法对皮带输
送机进行节能优化，建立皮带输送机阻力模型、能耗模型与能源成本模型，以能耗作为目标函数，优化煤炭运输速度
与驱动滚筒转速得到能耗全局最优解，降低皮带输送机总能耗，并通过仿真分析对比验证了该算法优化的可行性。
关键词：皮带输送机；遗传算法；多变量；节能
中图分类号：TD634.1
0引言
山西兆丰铝电氧化铝分公司使用的是拜耳法生
产氧化铝。铝矾土矿中主要成分是氧化铝、硅酸盐、氧
化铁。拜耳法原理是先将氢氧化钠碱溶液通过蒸汽升
温到一定温度，从而将铝矾土矿中的氧化铝溶解，得
到铝酸钠溶液；再将铝酸钠溶液进行稀释和冷却分解
析出氢氧化铝；最后将氢氧化铝焙烧得到氧化铝。氢
氧化钠溶液加热以蒸汽作为热源。蒸汽由燃煤锅炉提
供。输煤皮带承担着将优质煤输送至原煤仓内储备，
再输送至锅炉进行燃烧，保障蒸汽稳定供应，确保生
产可持续进行[1-2]。
输煤皮带依据摩擦传动原理，由传动滚筒带动输
送带运转，将物料运输至目的地。锅炉车间皮带总长
910m，皮带电机总功率590kW，单条皮带最大运输
能力800t/h，带宽1000mm，带速2.0m/s。煤仓漏斗
采用单板式结构。输煤皮带系统分为远程控制和就地
控制两种。正常运行为远程控制，皮带处于恒定功率
运行状态。
皮带输送机主要由传动机构、支架、输送带、托辊
组等构成。该设备可进行远距离输送、适应性广、承载
能力大、易于维护等优点，并且可以进行连续性输送。
然而，锅炉在实际运行当中，煤仓下料有一定的波动
性，皮带输送机全时恒定功率运行，当煤仓下料量少
时，出现“大马拉小车”现象，造成能耗浪费，不利于降
低成本。针对该现象,本着降本增效的目标,拟研究多
变量遗传算法控制，优化皮带输送机传送速率和物料
下料量之间的匹配度，从而在煤炭下料量波动时即使
调节电机功率,达到皮带输送机性能优化，节约能耗
的效果。以山西兆丰铝电氧化铝分公司热电厂1号一
6号输煤皮带为研究对象,皮带型号均为DT75,带宽
1000mm,带速2.0m/s,最大输送量800t/h。输煤系统
各设备耗能,如表1所示。
收稿日期：2024-06-28
第一作者简介：王亚珍（1982一）,女，陕西商洛人，本科，毕业于陕西理工学院,机械工程师,研究方向为机械设备优化。
机械管理开发
Mechanical Management and Development
皮带输送机节能运行优化研究
王亚珍1，赵英杰?
（1.阳煤纳谷（山西)节能服务有限责任公司，山西阳泉045000；
2.山西阳中新材有限责任公司，山西阳泉　045000）
文献标识码：A
25
斗轮机190
碎煤机250
1号输煤皮带A/B 90
2号输煤皮带A/B 75
3号输煤皮带A/B 110
4号输煤皮带A/B 110
5号输煤皮带A/B 160
6号输煤皮带A/B 45
带式除铁器(RCDD-10C3) 17.5
带式除铁器
(RCDD-10G2)
盘式除铁器
除尘器(JJDCC-19-1)
除尘器(JJDCC-7-11)
合计
1皮带输送机能耗和能源成本模型
1.1皮带输送机受力分析
皮带输送机主要结构见图1,传动方式为摩擦传
动。主要由驱动滚筒、改向滚筒、侧挡辊、调心托辊、承
载托辊、回程托辊、张紧装置、输送带等。驱动滚筒由
传动机构驱动（电机、减速机等）；改向滚筒起到改变
皮带转动方向的目的；侧挡辊、调心托辊主要调整皮
带运行方向，避免跑偏，承载托辊、回程托辊为皮带、
物料提供支撑力；张紧装置为皮带提供适度的张力，
以提高摩力,避免皮带打滑,影响物料输送。皮带输
送机安装方式主要根据输送要求，分为倾斜安装、平
行安装两种方式，以倾斜方式居多[3-4]。
设备在运行时所受阻力主要由四个方面，即主要
阻力（Fn）次要阻力（F）坡度阻力（Fs）、特殊阻力
（Fsr),其中FH为托辊与输送带运行阻力、En为下料时
Total 261
No.1, 2025
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.01.061
文章编号：1003-773X(2025)01-0179-03
表1输煤系统各设备耗能表
名称功率/kW 设备使用数量耗电量/(kW·h)
叶轮给煤机2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
14.6 2
≤11.6 4
30 6
7.5 6
50
190
250
90
75
110
110
160
45
35
29.2
46.4
180
45
1 415.6
机械管理开发
·180· jxglkfbjb@126.com 第40卷
摩擦阻力、Fs为物料上升时重力、Fsr为其他组件摩擦
力。各阻力向量和为皮带输送机所需驱动力[5]。
煤仓
承载托辊
物料
Q-回程托辊
拉紧装置
L一驱动滚筒与改向滚筒的中心距；
0一皮带输送机和地面构成的倾斜角
图1倾斜皮带输送机模型
1.2建立能耗模型
模型可靠度和计算精度呈正比关系。通过受力分
析，获得受力模型，以生产中产生的数据进行相应参
数获取。
该设备以恒定功率运转时，物料输送耗能超过设
备运转总耗能的80%。经过分析得到皮带输送机功率
PT、物料速度T、驱动滚筒转速V之间具有如下关系：
P=TV T2 3.6
(1-20 )+k3+Ca V +ki T2
Q
参数设置如下：
αi=6.48pb
Q
α3=k1.
d4-gLsin g+gicos 2
3.6
优化后的模型：
T2 Pr=αiVT2+α2V+αV;- +α43.6
该模型中，各参数含义见表2。取值为相应参数
平均值。
表2相关参数含义与取值
式中符号参数表示含义
T 煤炭运输速度/(t/h）
V 驱动滚筒转速/m/h）
QRU 回程托辊质量/(kg/m）
g 重力加速度/(m/s2)
P 煤炭密度/(kg/m²)
摩擦系数
QB 煤炭质量/(kg/m）
L 皮带长度/m
QG 皮带质量/(kg/m）
皮带输送机与水平面夹角/°）
b1 侧板宽度/m
结合实际生产数据，代人模型进行参数辨辩识，优
化得出模型参数αivα2、α3α4取值0.00016846、
20 543.14.0.006 5、2 404.64。
1.3能源成本模型驱动滚筒
当物料处于波动时，实时调节设备输出功率，提
Q 高两者间匹配度，减少能耗浪费。设备运输空挡,可根
据实际情况，选择停机或保持低功率运行，以达到节能
效果。电能消耗、电能单价、实时功率等表达式如下：
Je= / P(v(t), T(t))dt.
Jc= / Pr(v(t), T(t)p(t)dt.
式中：to—t为正常运行时段；Je为设备在工作时段的
总能耗；Jc为设备在该工作时段的电费;Vt)为驱动
滚筒转速;T(t)为物料供应速度;p(t)为该时段电价表
达式，用电时段不同，电价不等。
2多变量遗传算法优化
遗传算法属于全局搜索算法，采取复制迭代繁
衍,持续更新适应度函数、变更运算准则,最后得出最
优解。
-+(9Lsin gtgcos +k) . 2.1能耗模型优化与约束条件
3.6 基于上述模型，对设备进行优化，获取物料速度
T和滚筒速度V的最优解。先假设条件成立：物料库
1 存充足，并且经过运输的物料无堆积现象；皮带输送
机在运输过程中的衔接时间忽略不计。
min=(aiv T+a.V+α: T2 +α4T+3.6
式中：n为输送效率,取0.88;t为设备运行时间。氧化+k2
铝生产作业中，由于下料速度的波动,运输物料速度
和滚筒转速不匹配,造成物流输送中能耗浪费。
V2T 约束条件：皮带输送机驱动滚筒线速度取决于系
统,Vmax=4.3m/s,Vmim=0m/s;皮带输送机物料输送速度
取决于系统，Vma=800t/h，Vmin=0t/h；氧化铝属于连续
型生产作业，因此皮带输送机每天运行时间为24h。
2.2多变量遗传算法设计
取值采取多变量遗传算法的目标是求出最优解(设备
800 能耗最小值）。变量为滚筒转速、物料速度。确立适应
4.3 度函数：
13.9
9.8
1000
0.002 4
142.08
2. 415.69
18.81
20
0.75
V2T）.
_/ cm-(x), (x)

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