王崗

（貴州煤礦設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550025）

引言

輸送帶一般可分為普通輸送帶和特殊結(jié)構(gòu)輸送帶。普通輸送帶主要用于通用固定式、繩架吊掛式及可伸縮式帶式輸送機。特殊結(jié)構(gòu)輸送帶包括鋼繩牽引輸送帶、旅客輸送帶、花紋輸送帶、擋邊輸送帶、防撕裂輸送帶、無覆蓋膠輸送帶等。輸送帶一般由覆蓋層、帶芯、隔離層三個組成。

所以帶式輸送機具有運行可靠、連續(xù)、高效，易于實現(xiàn)自動化和對地形適應(yīng)性強等優(yōu)點，是散狀物料連續(xù)運輸?shù)闹饕O(shè)備。據(jù)有關(guān)資料介紹，法國輸送機單機長度已達15 km，高差為1 km。單滾筒的驅(qū)動功率達1 050 kW，設(shè)計帶速達8.4m/s，年運量達4億t。在澳大利亞的一個采礦場，輸送機通過多機串聯(lián)運距長達上百公里。目前我國的帶式輸送機也正在向長距離、高帶速、大運量、大功率方向發(fā)展。由于我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機并制訂計算方法和設(shè)計規(guī)范，設(shè)計中對輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)（一般取n=10左右），實際上輸送帶是粘彈性體，而不能簡單地用剛體力學(xué)來解釋和計算。長距離帶式輸送機其輸送帶對驅(qū)動裝置的起、制動力的動態(tài)響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，如何降低輸送帶的設(shè)計安全系統(tǒng)（輸送帶安全系數(shù)n=5～6），延長帶式輸送機使用壽命，確保了輸送機運行的可靠性，傳動問題是大型輸送機的關(guān)鍵技術(shù)，它關(guān)系到輸送機的技術(shù)性能和經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)外大都采用以下可控傳動技術(shù)來解決輸送機的傳動問題。

1 可控傳動技術(shù)

大型帶式輸送機的傳動，要求有足夠的傳動時間，使傳動加速度保持在允許范圍內(nèi)。運距越長、帶速越高、輸送量越大，傳動時間就需越長。假如沒有足夠的傳動時間，輸送帶初張力會大幅下降，使輸送帶與傳動滾筒張力比增大，造成輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能傳動。在傳動加速過程中，輸送帶發(fā)生粘彈性變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生動張力。帶速越高、傳動時間越短，傳動加速度與輸送帶變形就越大，因而動張力也就越大，造成巨大的瞬時沖擊，會損壞輸送帶與其它元部件。因而必須在設(shè)定的傳動時間內(nèi)，通過控制輸送帶傳動加速度值，使輸送機按所要求的傳動速度曲線平穩(wěn)傳動，使傳動電流與傳動動張力控制在允許范圍內(nèi)。這類可控傳動技術(shù)稱為軟傳動，其設(shè)備即為軟傳動裝置。我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軟傳動的加速度不得大于0.3m/s2。

帶式輸送機采用軟傳動具有以下優(yōu)點：傳動時間隨帶式輸送機主參數(shù)可以在一定范圍調(diào)節(jié)，使輸送機按照預(yù)先設(shè)定的傳動速度圖平穩(wěn)運行，并能實現(xiàn)滿載傳動；在多機驅(qū)動時具有功率平衡的功能；電動機能空載傳動，降低對電網(wǎng)的沖擊；具有過載保護功能。

2 各種軟傳動裝置的性能分析

近幾年來，國內(nèi)外相繼開發(fā)成功了多種形式的軟傳動裝置：①液粘性軟傳動裝置，如澳大利亞的BOSS系統(tǒng)、美國的CST等；②液力型軟傳動裝置，如調(diào)速型液力偶合器、加長后輔液力偶合器等；③電氣型軟傳動裝置，如變頻調(diào)速、可控硅控制開關(guān)磁阻傳動等；④機械式軟傳動裝置，如BEST、德國力士樂公司的輔助液壓馬達周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)等。

2.1 BOSS系統(tǒng)

BOSS系統(tǒng)是澳大利亞NM采礦國際有限公司專門為重型輸送機研制的，適用于帶式輸送機單機200~500 kW 的可控系統(tǒng)，位于電動機和減速器之間，接受電動機傳遞的動力，驅(qū)動負(fù)載旋轉(zhuǎn)。基于牛頓內(nèi)摩擦定律，在液粘軟傳動裝置內(nèi)部，根據(jù)負(fù)載的大小選用十幾組粘貼有摩擦材料的內(nèi)摩擦片和對偶摩擦片，一組摩擦片通過齒與輸入軸相連，另一組摩擦片方通過鍵軸與輸出軸相連。通過控制作用于活塞上的液壓油的壓力達到控制所剪切的油膜厚度，進而實現(xiàn)對液粘軟傳動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩控制，達到帶式輸送機軟傳動的目的。

2.2 CST系統(tǒng)

CST系統(tǒng)是美國道奇公司專門為大型帶式輸送機配套的集減速、離合和調(diào)速于一體的驅(qū)動裝置，其工作原理是通過控制器設(shè)置所需要的加速度曲線和傳動時間實現(xiàn)。在收到傳動信號后，電機空載傳動，達到額定速度后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力，反應(yīng)盤相互作用時輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。裝設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，確保穩(wěn)定的加速度斜率。

2.3 調(diào)速型偶合器

調(diào)速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔內(nèi)充入一定量的工作液，工作輪泵輪從電動機上獲得機械能，并轉(zhuǎn)化為液力能沖擊渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪把液力能轉(zhuǎn)化為機械能，通過輸出軸輸出，帶動從動機工作，實現(xiàn)了從原動機到從動機之間的能量傳遞。

調(diào)速型液力偶合器之所以能夠調(diào)速，是通過改變液力偶合器內(nèi)工作腔內(nèi)工作液的充油量，在電動機轉(zhuǎn)速不變的情況下，實現(xiàn)對從動機的無級調(diào)速與軟傳動。當(dāng)單機功率N≤250 kW 時，采用自然冷卻。偶合器配備電動執(zhí)行器和電動操作器，與負(fù)載變化的信號聯(lián)接，亦可按用戶要求配自動測速裝置，可以實現(xiàn)調(diào)速遙控或自動控制。

2.4 變頻調(diào)速裝置

變頻調(diào)速裝置主要由功率器件--IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理：通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。根據(jù)公式n=60 f/p所示（n為電動機轉(zhuǎn)速、f為交流電源頻率、p為電動機極對數(shù)），電動機轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系，交流電源的頻率由小到大變化時，電動機轉(zhuǎn)速也隨之變化。只要控制交流電源的頻率變化范圍以及頻率變化的時間，就可使輸送機按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)傳動，實現(xiàn)輸送機的軟傳動。

目前變頻調(diào)速裝置已在煤礦井下得到較普遍的應(yīng)用。

2.5 電氣軟傳動

電氣軟傳動器有多種類型，是結(jié)合電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機技術(shù)，為三相異步電動機設(shè)計的一種全數(shù)字智能化傳動設(shè)備，但各種電氣軟傳動器工作原理也各不相同。目前應(yīng)用較為廣泛、工程中常見軟傳動器是晶閘管（SCR）軟傳動，其軟傳動原理是：在三相電源與電機間串入三相聯(lián)晶閘管，利用SCR移相控制原理，改變其觸發(fā)角，傳動時電機端電壓隨SCR的導(dǎo)通角從零逐漸上升，就可調(diào)節(jié)輸出電壓，電機轉(zhuǎn)速逐漸增大，直至達到滿足傳動轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束傳動過程；軟傳動器的輸出是一個平穩(wěn)的升壓過程（且可具有限流功能），直到SCR全導(dǎo)通，電機在額定電壓下工作；此時旁路接觸器接通（避免電機在運行中對電網(wǎng)形成諧波污染，延長SCR壽命），電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)；停車時先切斷旁路接觸器，軟啟動器內(nèi)SCR導(dǎo)通角開始由大逐漸減小，使三相供電電壓逐漸減小，電機轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零，停車過程完成。因此降低了對電動機電源的容量求，并減少對供電電網(wǎng)的影響和機械傳動的沖擊。

3 結(jié)束語

隨著帶式輸送機向大型化方向發(fā)展，帶式輸送機的可控傳動技術(shù)已成為衡量帶式輸送機重要技術(shù)指標(biāo),對常用的幾種可控傳動裝置進行了技術(shù)經(jīng)濟分析和比較，根據(jù)它們的工作原理和工作特點，在實現(xiàn)大功率下運帶式輸送機傳動要求的設(shè)計中，它們的工作性能也各有差別。以上各種傳動裝置在實際使用用中各有特色，可供有關(guān)人員參考。

[1]孫慧.帶式輸送機動態(tài)特性與可控傳動裝置的研究[J].山東科技大學(xué)，2004-05-01.