皖北煤電集團(tuán)有限公司 張家兵

1.前言

多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)兼有坡度多和輸送距離長(zhǎng)的雙重特點(diǎn)，坡度多則輸送機(jī)具體運(yùn)行工況復(fù)雜多變，輸送距離長(zhǎng)則對(duì)輸送帶強(qiáng)度和輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的確定要求較高，該輸送機(jī)帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機(jī)頭機(jī)尾垂高74.5m，運(yùn)量1650t/h，帶速3.15m/s，本文根據(jù)此實(shí)例具體介紹多點(diǎn)變坡長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)選型過(guò)程。

2.幾種主要軟啟動(dòng)方式

適合于長(zhǎng)距離皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)方式有：智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)、變頻調(diào)速、基于變頻的液體粘性軟起動(dòng)裝置、調(diào)速型液力耦合器，CST可控傳輸裝置，以上五種在長(zhǎng)皮帶上都有應(yīng)用，各有特點(diǎn)，以下結(jié)合礦山工況逐一分析對(duì)比，選取適合的軟啟動(dòng)方式，服務(wù)于礦山適應(yīng)當(dāng)前機(jī)電管理要求。

2.1 變頻調(diào)速

變頻器控制原理是：通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

1、變頻器的軟起動(dòng)系統(tǒng)具有較好的性能，調(diào)節(jié)精度高,響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，2、同時(shí)變頻器的軟起動(dòng)一個(gè)起動(dòng)初始頻率，一般在3—5Hz，在此頻率下可以達(dá)到額定的輸出力矩，而此之前，力矩是達(dá)不到設(shè)計(jì)力矩的，因此起動(dòng)時(shí)，輸送機(jī)有一個(gè)突然加速的過(guò)程，必須保證在此頻率時(shí)變頻器具有1.5倍的輸出轉(zhuǎn)矩才能將輸送機(jī)起動(dòng)起來(lái)。3、對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩特性的皮帶機(jī)來(lái)說(shuō)重載起動(dòng)是正要指標(biāo)，起動(dòng)力矩不達(dá)標(biāo)時(shí)，膠帶機(jī)無(wú)法重載起車(chē)。

2.2 調(diào)速型耦合器

工作原理：調(diào)速型液力偶合器通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)勺管的插入深度改變工作液體的充液量來(lái)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)力矩可控；工作輪泵輪從電機(jī)上獲得機(jī)械能，并通過(guò)泵輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為液力能，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪再把液力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)輸出軸輸出，帶動(dòng)工作機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間能量傳遞。

優(yōu)點(diǎn)：1、單機(jī)起動(dòng)性能不錯(cuò)，滿(mǎn)足電機(jī)空載起動(dòng)要求；2、隔離扭矩，減緩沖擊，防止過(guò)載。

缺點(diǎn)：1.液力偶合器在正常工作時(shí)，一般有3—5%的滑差，浪費(fèi)大量的能量，杜絕用于下運(yùn)工況，必須水冷；2.調(diào)速型液力偶合器在起動(dòng)過(guò)程中始終存在一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)；3.調(diào)速型液力偶合器的體積較大，系統(tǒng)控制性能和控制精度較差，功率平衡差。

2.3 液體粘性軟起動(dòng)裝置

液粘軟起動(dòng)裝置工作原理是利用液體的粘性來(lái)傳遞扭矩。機(jī)械本體結(jié)構(gòu)由主、從動(dòng)軸，主、從動(dòng)摩擦片，控制油缸、彈簧、箱體及密封件等組成。當(dāng)主動(dòng)軸帶動(dòng)主動(dòng)摩擦片旋轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦片之間的粘性流體形成液體薄膜帶動(dòng)從動(dòng)摩擦片旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)整控制油缸中的液壓大小來(lái)調(diào)節(jié)主、從動(dòng)摩擦片之間的液體薄膜厚度，從而改變從動(dòng)軸的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的大小，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的可控。

1、液體粘性軟起動(dòng)裝置具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，而且可以實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出，完全適應(yīng)大功率輸送機(jī)帶載起動(dòng)的需要，這一點(diǎn)，電氣降壓軟起動(dòng)和調(diào)速型液力偶合器是很難實(shí)現(xiàn)的。

2、液體粘性軟起動(dòng)裝置起動(dòng)完成后，輸入和輸出軸可以實(shí)現(xiàn)1：1傳動(dòng)，效率接近100%。

3、基于變頻控制的液粘軟起動(dòng)裝置大大增加液壓系統(tǒng)的抗臟能力，從而大大減少維護(hù)頻次。

4、整體機(jī)構(gòu)比較繁雜。

2.4 可控啟動(dòng)傳輸裝置CST

可控啟動(dòng)傳輸裝置CST是一種液粘類(lèi)軟起動(dòng)裝置，它由行星輪系減速器和低速軸濕式離合器（液粘）組成一體的可控啟動(dòng)傳輸裝置，采用了一個(gè)位于齒輪箱輸出軸側(cè)的濕式離合器系統(tǒng)，使電機(jī)能夠在無(wú)負(fù)載的條件下啟動(dòng)。離合器系統(tǒng)包括一套摩擦片(動(dòng)片)和靜片，靠油壓推動(dòng)環(huán)形活塞，當(dāng)液壓油對(duì)活塞施壓時(shí)，離合器片齒合，使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并在預(yù)訂的控制時(shí)間內(nèi)逐漸加速到額定轉(zhuǎn)速。

1、啟動(dòng)調(diào)速性能好，能夠按照設(shè)定曲線(xiàn)起動(dòng)，滿(mǎn)足皮帶機(jī)啟動(dòng)要求，

2、集中驅(qū)動(dòng)功率平衡控制不錯(cuò)，

3、低速運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量熱量，需實(shí)時(shí)冷卻，

4、安裝清潔度高，日常維護(hù)成本高，需專(zhuān)用油。

圖1 山東歐瑞安永磁直驅(qū)電機(jī)剖面圖

2.5 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)

電機(jī)通過(guò)增加電機(jī)極對(duì)數(shù)，降低轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)直驅(qū)，無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)負(fù)載，智能直驅(qū)電機(jī)：1、傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)齒輪減速機(jī)構(gòu)，高效節(jié)能、安全可靠，安裝簡(jiǎn)單，空間?。?、模塊化設(shè)計(jì)—維護(hù)簡(jiǎn)捷，自診斷能力好，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在問(wèn)題，做好故障處理預(yù)案；3、起動(dòng)扭矩大—能恒定輸出額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩2.2-2.8倍的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，徹底解決重載起動(dòng)難的問(wèn)題，同樣由變頻拖動(dòng)，異步電機(jī)與永磁電機(jī)比較，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)需勵(lì)磁電流，低頻狀態(tài)依然可提供大轉(zhuǎn)矩；4、智能化數(shù)字化—真正實(shí)現(xiàn)智能化礦山控制，方便無(wú)人值守；5、功率平衡功能，根據(jù)需要分配多機(jī)間載荷，避免單機(jī)過(guò)載，解決多級(jí)驅(qū)動(dòng)與多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。6、整體重量高不便搬運(yùn)（見(jiàn)圖1）。

各種軟啟動(dòng)綜合性能比較如下表所示：

功能 液粘 變頻 CST 調(diào)速型偶合器 永磁直驅(qū)軟起動(dòng)特性 好 好 好 較好 好功率平衡 好 好 好 一般 好傳動(dòng)效率 高 高 高 低 高可靠性 較好 較好 較好 一般 高體積 小 中 大 中 小運(yùn)行成本 中 高 高 低 低投資成本 中 高 高 中 高維護(hù)難度 較小 較大 較大 較小 小節(jié)能情況 中 中 中 差 好

帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機(jī)頭機(jī)尾垂高74.5m，運(yùn)量1650t/h，帶速3.15m/s，考慮到永磁直驅(qū)起動(dòng)效果好，水平皮帶，膠帶安全系數(shù)可略低，6左右，故膠帶可選ST1600。

首先確定傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速：

v—皮帶機(jī)帶速，取3.15m/s；

D—傳動(dòng)滾筒直徑，取1000mm；

輸送機(jī)總的牽引力：

Fu=S4-S1+0.03(S4+S1)+WN=227364N

滿(mǎn)載電動(dòng)工況下需要的軸功率：

P=FU`V=716kW

負(fù)載設(shè)備驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（富裕系數(shù)k，取1.1）：

綜上所示，根據(jù)工況要求及電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩≥驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的原則，考慮到不同皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的互換性，可選用3臺(tái)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于41798N ● m的礦用隔爆型永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為T(mén)BVF-450/64YC(660/1140)。

綜上所述對(duì)于有變頻應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主，并且有節(jié)能要求業(yè)主，以及有無(wú)人值守方向要求業(yè)主，經(jīng)過(guò)客戶(hù)使用現(xiàn)場(chǎng)考察，最終確認(rèn)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)是比較理想的選擇。

[1]于巖,李維堅(jiān).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1998.

[2]唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]孫可文.帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.