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        行星軟啟動(dòng)傳動(dòng)裝置在大功率膠帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用研究

        2014-10-21 22:36:39陳國(guó)強(qiáng)
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年31期
        關(guān)鍵詞:傳動(dòng)裝置行星應(yīng)用

        摘 要:文章對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外常用軟起動(dòng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn),著重介紹了XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)、原理、性能,由于裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高,系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制特性好,安全可靠、投入費(fèi)用低的突出優(yōu)點(diǎn),完全可以取代進(jìn)口設(shè)備,為大型皮帶機(jī)可靠運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障,應(yīng)該大力推廣。

        關(guān)鍵詞:行星;軟啟動(dòng);傳動(dòng)裝置;應(yīng)用;研究

        1 概述

        礦山生產(chǎn)能力的不斷提高,長(zhǎng)距離、大功率帶式輸送機(jī)更多的投入使用,設(shè)備不斷大型化,大功率電機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊和機(jī)械設(shè)備啟停沖擊載荷對(duì)設(shè)備壽命影響,都成為制約設(shè)備的大型化的瓶頸,為此實(shí)現(xiàn)大功率設(shè)備軟啟動(dòng)是十分迫切的技術(shù)問(wèn)題。

        軟啟動(dòng)技術(shù)是指機(jī)械系統(tǒng)在滿載的工況下也能夠按照人們要求的速度逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)或停車。對(duì)長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)而言,軟啟動(dòng)技術(shù)不僅能有效地減小啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和膠帶的啟動(dòng)沖擊,延長(zhǎng)減速器和價(jià)格昂貴的膠帶等關(guān)鍵部件的使用壽命,同時(shí)還能大大減小啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊負(fù)荷以及對(duì)電網(wǎng)的影響。

        2 目前常用軟起動(dòng)技術(shù)概況

        2.1 滑差型偶合器

        用于帶式輸送機(jī)控制的滑差偶合器常見(jiàn)為調(diào)速型液力偶合器,是一種液力傳動(dòng)裝置,以液體作為介質(zhì)傳遞動(dòng)力給工作機(jī)械的聯(lián)軸器,能協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)荷分配與恒定傳遞,電動(dòng)機(jī)聯(lián)接輸出的軸速度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),可在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下,通過(guò)改變充液量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的,達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),提高電機(jī)的起動(dòng)能力、減少?zèng)_擊和振動(dòng),協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷分配,屬于典型滑差型調(diào)速設(shè)備。

        2.2 CST可控軟起動(dòng)

        CST是可進(jìn)行微機(jī)閉環(huán)控制的機(jī)——液傳動(dòng)系統(tǒng),主機(jī)是一個(gè)帶有反應(yīng)盤式濕式摩擦離合器的齒輪減速箱。工作時(shí),電機(jī)空載起動(dòng),達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后,根據(jù)需要通過(guò)液壓控制系統(tǒng)增加離合器反應(yīng)盤油缸的壓力,使其輸出力矩與液壓控制系統(tǒng)的壓力成正比,通過(guò)輸出軸上的速度傳感器檢測(cè)速度并反饋給控制系統(tǒng),與設(shè)定的起動(dòng)加速度相比較,其差值用于控制離合器的壓力,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加減速度。

        2.3 調(diào)壓型電氣軟起動(dòng)

        調(diào)壓型電氣軟起動(dòng)常采用三相交流可控硅斬波技術(shù),將三相反并聯(lián)的可控硅(SCR)分別接到三相交流電源與三相交流電動(dòng)機(jī)之間,由可控硅的通斷來(lái)控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)端子電壓。改變端子電壓就可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程就是一個(gè)逐步提高端子電壓過(guò)程。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中,連續(xù)改變可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通角,使可控硅輸出的電壓由低向高按線性連續(xù)上升,加到電動(dòng)機(jī)端子后,產(chǎn)生了相應(yīng)啟動(dòng)力矩和緩慢上升的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。當(dāng)可控硅導(dǎo)通角完全開(kāi)放達(dá)到180°時(shí),電動(dòng)機(jī)便達(dá)到全壓運(yùn)行,啟動(dòng)完畢。

        2.4 變頻調(diào)速

        變頻調(diào)速技術(shù)的原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系:n=60f(1-s)/p,通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)電源的頻率由小到大時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大。通過(guò)控制電源頻率變化范圍和時(shí)間,就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的加速度曲線平穩(wěn)起動(dòng)。

        2.5 BOSS液粘軟啟動(dòng)系統(tǒng)

        BOSS液粘軟啟動(dòng)是在電機(jī)和減速器間的柔性連接,其控制方式也是通過(guò)油膜剪切的摩擦片來(lái)傳遞動(dòng)力的,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(duì)偶摩擦片,一方通過(guò)齒輪與輸入軸相連,另一方通過(guò)鍵軸與輸出軸相連。通過(guò)控制作用于活塞上的液壓油壓力大小,達(dá)到控制所剪切的油膜厚度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液粘軟起動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩控制,達(dá)到膠帶輸送機(jī)軟起動(dòng)的目的,和CST的控制原理類似。

        2.6 XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置

        XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置是由減速齒輪和行星齒輪構(gòu)成的一個(gè)行星減速機(jī),具有減速功能,外部液控水冷柔性離合調(diào)速裝置控制的齒輪與行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈嚙合,對(duì)內(nèi)齒圈的速度控制,電機(jī)起動(dòng)后箱體內(nèi)各齒輪空轉(zhuǎn),行星架由于負(fù)載作用不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)增速齒輪及離合盤轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓站工作壓力按設(shè)定加速度曲線逐漸調(diào)節(jié),對(duì)內(nèi)齒圈的力矩逐漸增加,達(dá)到一定值,行星架開(kāi)始逐漸轉(zhuǎn)動(dòng),行星架轉(zhuǎn)動(dòng)后,通過(guò)速度反饋與設(shè)定值比較調(diào)節(jié)液壓站壓力,逐漸完成起動(dòng)過(guò)程,并達(dá)到軟起動(dòng)性能。

        3 XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置與現(xiàn)有軟起動(dòng)裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

        通過(guò)上表可以看出:(1)調(diào)電壓型軟起動(dòng)設(shè)備價(jià)格低,但由于起動(dòng)力矩小,不可能用于較大功率的皮帶輸送機(jī)。(2)變頻型軟起動(dòng)設(shè)備,價(jià)格高、維護(hù)量大,電動(dòng)機(jī)不能空載啟動(dòng),產(chǎn)生熱量大,對(duì)外部電源有諧波污染。(3)BOSS液粘軟起動(dòng)設(shè)備,摩擦片極易損壞,發(fā)熱量大,密封件一般壽命為0.5~1年,系統(tǒng)復(fù)雜,功率平衡時(shí)發(fā)熱大。(4)調(diào)速型滑差偶合器工作可靠,但滑差大,效率低,調(diào)速范圍小、精度低、低速力矩小。(5)CST性能優(yōu)良,調(diào)節(jié)方便,但設(shè)備昂貴、摩擦片壽命短,系統(tǒng)復(fù)雜,維修量大,成本高。(6)XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置,調(diào)節(jié)原理簡(jiǎn)單,設(shè)備實(shí)用、維護(hù)量少,價(jià)格適中,有較高的性價(jià)比。

        4 XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)性能

        4.1 XCQ軟起動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

        裝置主要由機(jī)械本體,液壓控制站,潤(rùn)滑冷卻站組成,見(jiàn)圖1。裝置本體由前級(jí)減速齒輪和行星齒輪構(gòu)成的一個(gè)行星減速機(jī),具有減速功能。當(dāng)不同的輸送機(jī)有不同的速比要求時(shí),可以靠調(diào)整前級(jí)齒輪齒數(shù)完成。外部液控盤形閘控制的齒輪與行星機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒圈(內(nèi)齒圈上帶著外齒)嚙合,實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)齒圈的速度控制,其速度控制原理類似于內(nèi)齒輪調(diào)度絞車,故可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)功能。外控設(shè)備:液壓站采用雙回路,并與盤形閘制動(dòng)器液壓控制合二為一,電控系統(tǒng)采用自動(dòng)、手動(dòng)兩套回路,司機(jī)即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。

        4.2 工作過(guò)程

        液壓站起動(dòng),稍延時(shí),主電機(jī)起動(dòng)→液壓站壓力逐漸升高,漸松盤形閘,至某一壓力值,開(kāi)始起動(dòng)軟起動(dòng)裝置→軟起動(dòng)裝置制動(dòng)閘在給定起動(dòng)速度的控制下逐漸增大壓力,最終完全起動(dòng)。

        控制系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)由電液比例閥控制。電液比例閥的電流是由速度給定及速度反饋決定的,故通過(guò)控制壓力可以實(shí)現(xiàn)速度和加速度的控制。

        4.3 主要性能

        4.3.1 減速機(jī)功能,并滿足傳動(dòng)比要求。

        4.3.2 軟起動(dòng)功能,電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng),能有效降低對(duì)電網(wǎng)沖擊:負(fù)載慢速可控起動(dòng),可有效降低對(duì)負(fù)載的沖擊。

        4.3.3 帶載起車能力強(qiáng),在構(gòu)件強(qiáng)度許可下,可滿足負(fù)載任意起動(dòng)能力要求。

        5 XCQ行星差速及軟起動(dòng)原理

        當(dāng)負(fù)載Mf1〈Mq時(shí)(Mq為零速起動(dòng)負(fù)載),電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)Mf1;當(dāng)負(fù)載Mf2〉Mq時(shí),電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)Mf2,此時(shí)若空載將電動(dòng)機(jī)先起動(dòng)起來(lái),電動(dòng)機(jī)先運(yùn)行于A點(diǎn),隨著負(fù)載力矩增大,A點(diǎn)移向B點(diǎn)。此時(shí)負(fù)載開(kāi)始起動(dòng),故此時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力增強(qiáng)了。其最大起動(dòng)能力將達(dá)到額定值的2.1~2.3倍。

        9 應(yīng)用效果

        俄霍布拉克煤礦從2010年開(kāi)始使用XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置,先后在5部皮帶機(jī)上使用,其中2部上運(yùn)皮帶,角度16°,長(zhǎng)度1300m,1部下運(yùn)皮帶,14.5°,長(zhǎng)度800m,兩部平巷皮帶,最長(zhǎng)達(dá)到3000m,使用情況來(lái)看,啟動(dòng)平穩(wěn),減少對(duì)電網(wǎng)沖擊,傳動(dòng)系統(tǒng)故障和接頭損傷事故大大減少,保證了安全生產(chǎn)。

        10 結(jié)束語(yǔ)

        該裝置采用機(jī)電液一體化技術(shù)與PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,在結(jié)構(gòu)上前級(jí)采用進(jìn)口減速機(jī),后級(jí)采用模塊化行星齒輪減速箱,緊湊型水冷調(diào)速離合盤,原理上明顯有別于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有減速機(jī)和其他軟啟動(dòng)裝置,具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高,控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,控制特性好,可靠性高、壽命長(zhǎng)的突出優(yōu)點(diǎn),為大型皮帶機(jī)長(zhǎng)壽命運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障,完全可以取代進(jìn)口設(shè)備,應(yīng)該大力推廣。

        作者簡(jiǎn)介:陳國(guó)強(qiáng)(1972-),男,江蘇金壇人,畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)電專業(yè),研究生學(xué)歷,碩士學(xué)位,現(xiàn)為徐礦集團(tuán)天山礦業(yè)公司機(jī)電副總經(jīng)理,高級(jí)工程師。

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