趙 奇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

帶式輸送機(jī)常見驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比分析

趙 奇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

以帶式輸送機(jī)常見驅(qū)動(dòng)方式為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹了異步電動(dòng)機(jī)帶限矩型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式、異步電動(dòng)機(jī)帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式、異步電動(dòng)機(jī)帶CST裝置驅(qū)動(dòng)方式以及變頻驅(qū)動(dòng)方式等帶式輸送機(jī)常見驅(qū)動(dòng)方式的工作原理，并重點(diǎn)分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式未來發(fā)展方向進(jìn)行了概述，為帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)選型提供了借鑒和參考。

帶式輸送機(jī)；驅(qū)動(dòng)方式；優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)比分析

0 引 言

帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用起源于國外，經(jīng)過多年的發(fā)展革新，目前國外的帶式輸送機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展迅速、趨于成熟，無論是帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸功能還是控制技術(shù)都遠(yuǎn)超于我國現(xiàn)狀，具體體現(xiàn)在以下方面：首先，國外設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)功能越來越強(qiáng)大，越來越豐富，如爬坡角度越來越大、實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎功能、管狀環(huán)保帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)等等，可以依據(jù)實(shí)際使用要求，設(shè)計(jì)滿足需要的各類型帶式輸送機(jī)，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛；其次，國外設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)在技術(shù)裝備取得了諸多突破，如驅(qū)動(dòng)裝置正發(fā)生革命性變化，無齒傳動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)、同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用等等，以及帶式輸送機(jī)配套保護(hù)裝置和附加裝置的豐富與完善，這使得帶式輸送機(jī)的運(yùn)行性能和可靠性得到了很大的提高。

1 異步電動(dòng)機(jī)帶限矩型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式

異步電動(dòng)機(jī)帶限矩型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式是目前帶式輸送機(jī)使用最為常見的一種驅(qū)動(dòng)裝置方式。限矩型液力偶合器是利用液力傳動(dòng)油進(jìn)行能量傳遞的一種液力傳動(dòng)裝置，以液力傳動(dòng)油作為工作介質(zhì)，通過泵輪和渦輪將機(jī)械能和液體的動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，從而連接原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。

限矩型液力偶合器是一種柔性的傳動(dòng)裝置，與普通的機(jī)械傳動(dòng)裝置相比，具有很多獨(dú)特之處：能夠消除機(jī)械沖擊和振動(dòng)；輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速，兩軸的轉(zhuǎn)速差，隨載荷的增大而增加；液力偶合器的傳動(dòng)效率等于輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比。一般液力偶合器正常工況的轉(zhuǎn)速比在0.95以上時(shí)，可獲得較高的效率。它一般靠殼體自然散熱，不需要外部冷卻的供油系統(tǒng)。

此驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、性價(jià)比高、日常維護(hù)工作量小、對(duì)維修人員技能水平要求較低、初期投資和日后維修費(fèi)用低；多臺(tái)電機(jī)并行使用時(shí)，常采用逐臺(tái)延時(shí)啟動(dòng)策略，以減小帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；限矩型液力偶合器最大額定轉(zhuǎn)矩保護(hù)功能具有一定的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。缺點(diǎn)是目前只適用于總機(jī)長(zhǎng)小于1 500 m以下、小坡度的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型；與其他軟起動(dòng)技術(shù)相比，限矩型液力偶合器軟起動(dòng)性能較差，傳動(dòng)效率也偏低。

2 異步電動(dòng)機(jī)帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式

異步電動(dòng)機(jī)帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)是大型帶式輸送機(jī)常用的一種驅(qū)動(dòng)方式之一，這種驅(qū)動(dòng)方式是既限矩型液力偶合器發(fā)展起來的一種新的傳動(dòng)方式。調(diào)速液力偶合器是以液體為介質(zhì)傳遞動(dòng)力、可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速軟起動(dòng)功能的液力傳動(dòng)裝置。調(diào)速液力偶合器是通過改變偶合器工作腔中液體傳動(dòng)油的充滿度，在保證輸入軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，無級(jí)地改變輸出軸的轉(zhuǎn)速。即工作腔中液體傳動(dòng)油充滿度與輸出軸轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系，工作腔中液體傳動(dòng)油充滿度最大，輸出軸轉(zhuǎn)速最高，工作腔中工作油充滿度最小，輸出軸轉(zhuǎn)速最低。

調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：能使電機(jī)空載啟動(dòng)，滿速后再進(jìn)行帶載，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)功能，降低對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊和損壞，降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，對(duì)電網(wǎng)沖擊??；多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率平衡控制，實(shí)現(xiàn)輸出功率均衡控制；當(dāng)輸送機(jī)發(fā)生過載時(shí)，調(diào)速型液力偶合器因非直接機(jī)械連接傳動(dòng)，能自動(dòng)產(chǎn)生輸入與輸出滑差，從而實(shí)現(xiàn)卸載負(fù)荷，保護(hù)電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)部件不受損壞；在故障狀態(tài)下，可以在手動(dòng)控制下，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制運(yùn)行；可實(shí)現(xiàn)慢速驗(yàn)帶，為設(shè)備點(diǎn)檢與檢修提供便利條件；對(duì)維護(hù)人員的電氣水平要求相對(duì)較低。

同時(shí)，調(diào)速型液力偶合器也存在一些問題：初期投資較大，依然需要配置相應(yīng)減速機(jī)，而且還額外需要較大安裝空間；不可以長(zhǎng)時(shí)間帶載低速運(yùn)行，容易導(dǎo)致調(diào)速型液力偶合器本體發(fā)熱過大，燒損部件；調(diào)速型液力偶合器帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，對(duì)外無有效功率輸出，機(jī)械效率為零，存在一定電能浪費(fèi)缺陷；調(diào)速型液力偶合器由于附加油液冷卻裝置，整個(gè)裝置體積較大，因需要大量液體傳動(dòng)油作為傳動(dòng)介質(zhì)，導(dǎo)致日常維護(hù)費(fèi)用較高，設(shè)備故障率也隨裝置部件增多而增高；調(diào)速型液力偶合器動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，功率平衡精度低。

3 異步電動(dòng)機(jī)帶CST驅(qū)動(dòng)方式

可控起動(dòng)傳輸（CST）是由美國道奇公司研制開發(fā)的一種帶有電液反饋控制的齒輪減速器，用于大慣性負(fù)載平滑起動(dòng)的多級(jí)減速齒輪裝置，主要結(jié)構(gòu)包括可編程控制裝置、減速齒輪箱、液力傳動(dòng)油供給系統(tǒng)和油冷卻系統(tǒng)組成。通過控制濕式摩擦片離合裝置將電機(jī)的動(dòng)能通過齒輪減速箱減速作用于被拖動(dòng)設(shè)備，因該設(shè)備滿足電氣防爆要求，一般多用于礦山井下防爆區(qū)域生產(chǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

可控起動(dòng)傳輸（CST）通過比例閥及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)與功率平衡，是集減速離合、調(diào)速于一體的傳動(dòng)裝置，它是基于機(jī)械原理的調(diào)速系統(tǒng)，主要由二級(jí)或三級(jí)齒輪減速機(jī)、濕式線性離合器、液壓控制器及冷卻系統(tǒng)組成，主電動(dòng)機(jī)可空載起動(dòng)到全速，速度負(fù)反饋伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓控制器調(diào)節(jié)離合器的液體壓力，通過油膜剪切力驅(qū)動(dòng)負(fù)載，使輸出力矩與液體壓力成正比，從而按設(shè)定的速度曲線驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的線性度，因此輸出速度及加速度基本不受負(fù)載波動(dòng)的影響。

CST裝置的優(yōu)點(diǎn)：與調(diào)速型液力耦合器相比，省去減速機(jī)，結(jié)構(gòu)上有所簡(jiǎn)化；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，能夠平穩(wěn)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，適用于對(duì)于力矩與加速度要求不高場(chǎng)合；并且通過峰值力矩作為起動(dòng)力矩，大大減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間；實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的可控起動(dòng)與停車，對(duì)于設(shè)備起動(dòng)加速度能夠在較廣范圍間進(jìn)行調(diào)整與控制，在該條件下，設(shè)備處于較平穩(wěn)的起動(dòng)環(huán)境，增加了設(shè)備各部件的使用壽命；能夠提供多驅(qū)動(dòng)裝置同步起動(dòng)，精確控制電機(jī)功率平衡與運(yùn)行速度；

CST裝置的不足之處：雖然省去了減速機(jī)，但是增加液壓系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)，占地面積較大；夏季CST裝置運(yùn)行過程中溫升較高，各部件均需要強(qiáng)制冷卻裝置，冬季為保證啟動(dòng)過程中，液壓傳動(dòng)油的順利流動(dòng)，管路上需要增加加熱保溫裝置；其液壓與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且設(shè)備用油質(zhì)量要求非常高，對(duì)設(shè)備維護(hù)人員技術(shù)水平提出較高要求，日常維護(hù)量加大，維護(hù)成本較高；調(diào)速范圍能夠滿足空載條件下，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在10%～100%任意調(diào)節(jié)，但只滿足空載情況，重載條件因發(fā)熱量巨大而不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；傳動(dòng)效率不高；在啟動(dòng)與停車過程中有較大的滑差。

4 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)方式

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)方式主要是由變頻器和電動(dòng)機(jī)組成。變頻器一般包含4部分：整流部分、濾波部分、逆變部分和控制部分。其中整流部分與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓，整流部分一般分為可控和不可控的種基本類型。濾波部分是將整流產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用。逆變部分利用半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，將固定的直流電壓變換成可變的交流電壓，從而輸出理想的電壓的頻率。控制部分只變頻器的中樞神經(jīng)，控制著整個(gè)變頻器各項(xiàng)工作，將控制信號(hào)傳送給整流部分、濾波部分和逆變部分，同時(shí)它也接收來自這部分的信號(hào)。

該驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)：具有較好節(jié)能效果、簡(jiǎn)化機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)；變頻調(diào)速技術(shù)趨于成熟，高低壓變頻技術(shù)已能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，并且能夠進(jìn)行多機(jī)并行功率均衡驅(qū)動(dòng)；運(yùn)行可靠性能高，能夠進(jìn)行工頻旁路運(yùn)行，在過電流、電壓波動(dòng)與過載發(fā)生的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)控制；可控性能強(qiáng)，滿足可控起動(dòng)與停車，在低速段能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速功能，具有良好節(jié)能效果和潛力；低速運(yùn)行穩(wěn)定，啟動(dòng)電流小，功率因數(shù)高，并且多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡好，速度同步好，精度高；調(diào)速運(yùn)行穩(wěn)定，啟動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊將至最低。

該驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)：初期投資較大，后期維護(hù)費(fèi)用高；對(duì)維修技能要求較高，需要配置高技能維護(hù)團(tuán)隊(duì)；目前，變頻器散熱問題和防爆問題，依然是制約變頻器推廣應(yīng)用的一個(gè)條件，尤其是對(duì)于井下帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型受到嚴(yán)重的制約。對(duì)于運(yùn)行環(huán)境較為嚴(yán)格，粉塵環(huán)境、潮濕環(huán)境、高低溫條件均對(duì)變頻器使用壽命產(chǎn)生影響。

5 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式未來發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也隨之不斷更新完善。一方面，在大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、大傾角輸送需求的驅(qū)動(dòng)下，多級(jí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、中級(jí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、多級(jí)驅(qū)動(dòng)功率平衡技術(shù)等已成為了帶式輸送機(jī)發(fā)展的新方向之一，避免多電機(jī)驅(qū)動(dòng)全壓重載啟動(dòng)的時(shí)候?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊作用，并使帶式輸送機(jī)獲得更好的啟動(dòng)性能。另一方面，隨著傳動(dòng)技術(shù)的革新，進(jìn)一步簡(jiǎn)化帶式驅(qū)動(dòng)裝置也將是一個(gè)新的發(fā)展方向，例如柔性永磁傳動(dòng)技術(shù)將替代液力傳動(dòng)裝置，不僅實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)目的，同時(shí)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)裝置，節(jié)約后期維護(hù)費(fèi)用；同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、無齒傳動(dòng)技術(shù)等作為新興技術(shù)，向傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)起沖擊，目前該技術(shù)在國內(nèi)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用還是起步階段，但同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、無齒傳動(dòng)技術(shù)將大大簡(jiǎn)化帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，并且通過減少驅(qū)動(dòng)裝置，不僅可以大幅度減少初期投資，同時(shí)將獲得更高的功率傳動(dòng)效率。此外，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，環(huán)保型帶式輸送機(jī)也將成為未來發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)，比如管狀帶式輸送機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸過程中的節(jié)能環(huán)保，同時(shí)還有利于帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎功能的實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)論

綜上所述，異步電動(dòng)機(jī)帶限矩型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式、異步電動(dòng)機(jī)帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式、異步電動(dòng)機(jī)帶CST裝置驅(qū)動(dòng)方式以及變頻驅(qū)動(dòng)方式等帶式輸送機(jī)常見驅(qū)動(dòng)方式各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式未來發(fā)展方向進(jìn)行了概述。無論是企業(yè)還是帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)者，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)計(jì)適合于既滿足自身生產(chǎn)實(shí)際需要，又滿足初期投資要求的科學(xué)合理的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

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Comparison analysis of common driving mode of belt conveyor

ZHAO Qi

(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhaote 026000,China)

Based on common belt conveyor driving mode as the research object,the article introduces type asynchronous motor with limited moment hydrodynamic coupling driving mode,the asynchronous motor with speed control type hydraulic coupler driving mode,the asynchronous motor drive mode and variable frequency driving way with CST device working principle of common belt conveyor driving mode,and analyzes the advantages and disadvantages,and summarizes the future development direction of belt conveyor driving way,which provides reference for belt conveyor driving way to design selection.

belt conveyor;driving way;advantage and disadvantage;comparison and analysis

TD528+.1

B

1671－9816（2017）11－0047－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.013

趙奇.帶式輸送機(jī)常見驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：47-49.

2017-05-22

趙 奇（1985—），遼寧阜新人，碩士，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)任神華北電勝利能源有限公司技術(shù)主管，從事選煤廠設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)管理工作。

【責(zé)任編輯：張 夙】