閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業(yè)集團柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)在皮帶運輸機上的應(yīng)用

閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業(yè)集團柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

目前,國內(nèi)外皮帶輸送機技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進入了一個新的階段,大批先進的高技術(shù)含量的皮帶輸送機已經(jīng)研究開發(fā)成功,極大地提高了皮帶輸送機的運輸距離、運載量以及運輸速度.本文立足煤礦主提升設(shè)備維護需求,對帶式輸送機采用永磁電機驅(qū)動技術(shù)、變頻技術(shù)、自動裝料技術(shù)等技術(shù)進行研究、探索,取得了較好的研究成果和應(yīng)用成果.

永磁;節(jié)能;雙速雙向

1 開展永磁雙速雙向倒料皮帶機研發(fā)的必要性

柴里煤礦主采煤層為3層煤,3上、3下煤實行分層開采,開采3下煤時必須采用架棚支護,支護材料運輸成為制約綜掘效率的瓶頸,由于綜掘沿底板掘進,巷道起伏變化大,采用軌道運輸困難多、效率低、安全管理難度大.為了解決運料難的問題,從2005年開始研制應(yīng)用了雙向倒料皮帶機,把80皮帶機加裝了上下料平臺,利用上皮帶運煤,下皮帶運輸支護材料,一定程度上提高了掘進工效,但在運料安全上仍然存在一些問題,那就是80雙向倒料皮帶為恒定的2m/s速度,倒料過程中經(jīng)常出現(xiàn)物料竄出皮帶、卡料損壞皮帶等現(xiàn)象.為了從根本上解決上述問題,我們成立了技術(shù)攻關(guān)小組,著手研發(fā)永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶機.

2 設(shè)備性能的改進及研究

2.1 配套了永磁同步電動機專用變頻器,變頻器內(nèi)置濾波器、電抗器,實現(xiàn)了一體化控制

兩臺變頻器采用主從控制,參數(shù)設(shè)置方便,操作簡單,控制性能好.

2.2 設(shè)置了雙速運行模式

在運煤時采用2m/s的速度快速運行;在運輸支護材料時采用1m/s的速度慢速運行,有效解決了倒料過程中的安全問題.變頻控制設(shè)有現(xiàn)場控制和集控模式,可以簡便的接入工作面集控系統(tǒng),實現(xiàn)工作面設(shè)備、皮帶機、刮板輸送機的集中控制.

2.3 在驅(qū)動裝置上,采用了分離式底盤,運輸和安裝非常方便

兩個驅(qū)動滾筒分別獨立,滾筒、電動機在一個獨立底盤上,在生產(chǎn)廠家直接裝配好,外形尺寸滿足在地面運輸和下井運輸?shù)臈l件,安裝時兩個驅(qū)動滾筒可以直接下井,在現(xiàn)場兩個滾筒驅(qū)動裝置直接用螺栓連接即可.滾筒直徑從500mm改進為 630mm,確保了皮帶圍包角,保證了摩擦接觸面積,提升了驅(qū)動力.采用箱體式結(jié)構(gòu),內(nèi)嵌插齒式聯(lián)軸器,縮短了驅(qū)動裝置寬度,為現(xiàn)場安裝提供了便利條件,更加適用于綜掘工作面,不需要專門擴打皮帶驅(qū)動裝置峒室.

3 永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶應(yīng)用前景

3.1 安全方面

一是安裝上料平臺,設(shè)置了氣動自動裝料裝置,實現(xiàn)皮帶雙向運輸,在上皮帶正向運輸煤,在下皮帶反向運輸支護材料等物料,保證了安全運輸.二是采用變頻控制,設(shè)置了雙速運行模式,實現(xiàn)了雙速運行,在運煤時采用高速運行,運煤效率高;在運輸支護材料時采用慢速運行,確保了運輸物料的安全.三是永磁電動機運行平穩(wěn)、噪音低,有效改善了職工工作環(huán)境.

3.2 節(jié)能方面

一是電機效率高,能力指標(biāo)好.永磁同步電動機在轉(zhuǎn)子上嵌了永磁體后,由永磁體來建立轉(zhuǎn)子磁場,在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運行,轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗,可提高電機效率約10%.二是電機升溫低,使用壽命長.異步電機工作時,轉(zhuǎn)子繞組有電流流動,而這個電流完全以熱能的形勢消耗掉,所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生大量的熱量,使電機的溫度升高,影響了電機的使用壽命.而永磁電機轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流,使電機溫升低,延長了電機的使用壽命.三是電能利用高,節(jié)電效果好.由于異步電機的效率低,要滿足輸出功率的需求,勢必要從電網(wǎng)多吸收電能,進一步增加了電能量的損失,加重了電網(wǎng)負(fù)荷.而永磁電機轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流,電機的功率因數(shù)高,可吸收網(wǎng)上無功的負(fù)擔(dān),減輕用戶供電系統(tǒng)原有無功補償裝置.經(jīng)過相似23605運輸巷安裝的普通150皮帶機,運輸長度基本相同,9月份掘進進尺基本相同情況下用電量對比,永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶綜合節(jié)能可以比同類皮帶機節(jié)約16%~18%.四是設(shè)備環(huán)節(jié)少,運行質(zhì)量高.永磁電動機的使用可去掉減速箱、液力聯(lián)軸節(jié),消除減速箱和液力聯(lián)軸節(jié)的效率損耗,減少礦井的設(shè)備投入和設(shè)備運行環(huán)節(jié)的故障幾率,大大提高了設(shè)備的運行可靠性,如表1所示.

表1

3.3 安裝調(diào)試方面

一是兩個滾筒裝置設(shè)計為獨立模式,每個滾筒裝置可以整體運輸下井,安裝不用調(diào)整,兩個滾筒裝置直接連接就完成了驅(qū)動裝置的安裝,簡化了安裝過程和調(diào)整同心度的困難.二是變頻控制提前設(shè)置好雙速運行模式,主副機主控從控模式,正常情況下現(xiàn)場不需要調(diào)整相關(guān)參數(shù),控制方便可靠.三是提前在貝斯特按照2016年版安全規(guī)程規(guī)定,將皮帶8大保護安裝完畢,達(dá)到符合安全規(guī)程的規(guī)定,不需要在現(xiàn)場再配套安裝調(diào)試保護裝置.四是進行了宜人性設(shè)計,便于人員施工,方便了安裝、調(diào)試和應(yīng)急問題處理.

4 永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶在應(yīng)用中的不足及改進方法

(1)電動機和滾筒之間采用齒套聯(lián)軸器,在電動機側(cè)聯(lián)軸器采用了漲套連接,雖然現(xiàn)場安裝方便,但是由于摩擦力不足,容易出現(xiàn)漲套和軸之間相對運動,導(dǎo)致燒傷軸和漲套現(xiàn)象.建議電動機直接加工成銷齒或采用鍵連接方式安裝聯(lián)軸器.同時在啟動和停止時,應(yīng)采用緩慢起動和停止的方式,盡量避免皮帶緊急停車,增大電動機和滾筒之間的相對轉(zhuǎn)動慣量.由于沒有液力耦合器的緩沖,永磁同步電動機不像異步電動機一樣可以有滑差.緊急停車時,皮帶滿載的力量無法釋放,因為是滾筒和電動機直聯(lián)就作用在電動機上.建議在驅(qū)動滾筒上安裝制動裝置,消除在緊急情況下,皮帶停止時皮帶張力對電動機的影響.

(2)膠帶輸送機采用異步電動機驅(qū)動時,因為異步電動機特性,轉(zhuǎn)矩與功率比值大.所以在膠帶輸送機選型上我們一直采用功率驗算的方式進行,只要功率滿足,轉(zhuǎn)矩就一定滿足要求.但是永磁同步電動機轉(zhuǎn)矩與功率比值偏小,其特性為軟特性,只校驗功率就會出現(xiàn)偏差,會出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足,滿載啟動困難.永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速與功率存在正比例關(guān)系,在低速運行時功率低于額定功率,存在低速拖動功率不足,出現(xiàn)滿載啟動困難的現(xiàn)象.因此在選用永磁同步電動機時必須同時校驗功率和轉(zhuǎn)矩,且選用功率要考慮大于計算功率,留出一定余量.

(3)在超過6度的傾斜井巷運輸,需根據(jù)上運或者下運條件,按照安全規(guī)程規(guī)定,可以在皮帶滾筒側(cè)相應(yīng)安裝制動裝置和逆止裝置.我們在23306安裝的永磁直驅(qū)式雙速雙向電動機由于運輸基本為平巷沒有安裝制動和逆止裝置.

[1]許赟莉,朱殿瑞.永磁直驅(qū)皮帶機系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機械工程與自動化,2014.

[2]李文濤.變頻調(diào)速永磁同步電動機在皮帶機上的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2014.

TD63+4 < class="emphasis_bold">文獻標(biāo)識碼:文章編號:

文章編號:1671-0711(2017)11(上)-0165-03