煤礦企業(yè)膠帶機驅(qū)動方式探討

王　坤　李　鑫

摘要：隨著煤礦建設(shè)不斷大型化，長距離、大運量膠帶機被廣泛使用，膠帶機的啟動問題也逐漸突出，本文就膠帶機常用的幾種驅(qū)動方式進行探討。

關(guān)鍵詞：軟啟動液力耦合器CST變頻器

0引言

目前，在煤礦建設(shè)中，長距離、大運量帶式輸送機的需求迅速增長。由于膠帶機具有大慣量的特點，起、制動過程需要電機提供高起動轉(zhuǎn)矩，如果在起動過程中，未采用軟啟動方式?？赡軙幸韵聠栴}：①驅(qū)動電機的起動電流會對電網(wǎng)造成很大沖擊，同時又造成供電線路壓降過大；②傳動設(shè)備要承受猛烈沖擊，膠帶張力過大會危害輸送帶及其它部件i③膠帶和滾筒之間可能發(fā)生嚴重打滑，加速膠帶的損耗；④多臺電動機驅(qū)動時還存在多臺電機的負載分配問題：為此人們不斷研究，開發(fā)新的設(shè)備和技術(shù)來實現(xiàn)膠帶機的軟啟動。目前實現(xiàn)軟起動的主要方式分為機械和電氣兩大類。機械方式：包括使用液力偶合器，CST(線性濕式離合器)，等；電氣方式：主要為變頻調(diào)速(其它還有串電阻啟動等方法，因在煤礦不經(jīng)常采用，這里不再討論)下面詳細介紹各種軟啟動方式。

1液力偶合器

1.1液力偶合器工作原理和特點液力偶合器是一種液力傳動裝置，又稱液力連軸器。液力耦合器的結(jié)構(gòu)主要由殼體、渦輪、泵輪三個部分組成。泵輪和渦輪相對安裝，統(tǒng)稱為工作輪。在泵輪和渦輪上有徑向排列的平直葉片，泵輪和渦輪互不接觸。兩者之間有一定的間隙(約3mm～4mm)；泵輪與渦輪裝合成一個整體后，其軸線斷面一般為圓形，在其內(nèi)腔中充滿液壓油，電動機運行時帶動液力耦合器的殼體和泵輪一同轉(zhuǎn)動，泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動下隨之一同旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液壓油被甩向泵輪葉片外緣處，并在外緣處沖向渦輪葉片，使渦輪在受到液壓油沖擊力而旋轉(zhuǎn)；中向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動，返回到泵輪內(nèi)緣，然后又被泵輪再次甩向外緣。液壓油就這樣從泵輪流向渦輪，又從渦輪返回到泵輪而形成循環(huán)的液流。液力耦合器中的循環(huán)液壓油，在從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣的過程中，泵輪對其做功，其速度和動能逐漸增大：而在從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中，液壓油對渦輪做功，其速度和動能逐漸減小。液壓油循環(huán)流動的產(chǎn)生，是泵輪和渦輪之間存在著轉(zhuǎn)速差，使兩輪葉片外緣處產(chǎn)生壓力差。液力耦合器工作時，電動機的動能通過泵輪傳給液壓油，液壓油在循環(huán)流動的過程中又將動能傳給渦輪輸出。液壓油在循環(huán)流動的過程中，除受泵輪和渦輪之間的作用力之外，沒有受到其他任何附加的外力。根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，液壓油作用在渦輪上的扭矩應等于泵輪作用在液壓油上的扭矩，這就是液力耦合器的工作原理。

液力耦合器調(diào)速原理表明，傳動速度的改變，實質(zhì)是機械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實際是輸出功率減小。在調(diào)速過程中，液力耦合器的原傳動轉(zhuǎn)速沒有發(fā)生變化，假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動的機械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。設(shè)原傳動功率為PMl，輸出功率為PM2，損耗功率則為：△P=PMl-PM2。

由以上公式說明液力耦合器是一種耗能型的機械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，對于平方轉(zhuǎn)矩負載，由于負載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。

1.2液力偶合器的優(yōu)缺點①調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)從零調(diào)節(jié)；②沒有電氣連接，可工作于危險場地，對環(huán)境要求不高；③價格便宜，技術(shù)成熟；④結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；⑤能量轉(zhuǎn)換效率低；⑥液壓油老化后定時更換。

2CST(線性濕式離合器)

2.1CST(線性濕式離合器)的工作原理CST是一個由多級齒輪減速器加上濕式離合器及液壓控制組成的系統(tǒng)。CST的輸出扭矩是由液壓控制系統(tǒng)控制的，隨著離合器上所加的液壓壓力而變化。

對于CST裝置，操作者可根據(jù)需要，通過控制器設(shè)置所需耍的加速度曲線和啟動時間。在收到啟動信號后，電機先空載啟動，達到額定速度后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應盤系統(tǒng)的壓力。當反應盤相互作用時，其輸出力矩將與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測出速度并反饋給控制系統(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)整反應盤壓力，從而確保穩(wěn)定的加速度斜率。

在啟動過程中，離合器滑差所產(chǎn)生的熱量將由流經(jīng)反應盤的冷卻液帶走并經(jīng)熱交換系統(tǒng)散熱。冷卻液、減速器潤滑液以及液壓控制系統(tǒng)的液壓油采用相同的油。

2.2CST的特點一條膠帶機可以由一臺電機及一臺CST驅(qū)動，也可以由多臺電機及多臺CST驅(qū)動。驅(qū)動電機在負載(膠帶機)起動之前啟動，此時CST的輸出軸保持不動，當驅(qū)動電機達到滿轉(zhuǎn)速時，控制系統(tǒng)逐漸增加到每臺CST離合器上的液壓壓力，起動膠帶機并逐漸加速到滿速度。這使得膠帶機在被加速至滿速度之前有一個緩慢而均勻的預拉伸過程。加速時間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進行調(diào)整。啟動時驅(qū)動電機可以按順序空載啟動，所以電機的沖擊電流非常小。由于驅(qū)動電機可以根據(jù)運行負載進行選擇而不必根據(jù)起動負載選擇，所以CST驅(qū)動系統(tǒng)可以選用功率較小的電機。

同樣CST也可以象控制膠帶機的起動那樣控制膠帶機的停車，通過延長停車時間可以降低對膠帶的動態(tài)沖擊力。

當一驅(qū)動系統(tǒng)中有多臺CST時，控制系統(tǒng)可以確保每臺驅(qū)動電機分擔相同的負載。合理的功率平衡可以有效地延長整個驅(qū)動系統(tǒng)各部件的壽命。功率平衡是通過保持控制每臺CST離合器的壓力，并允許一臺或幾臺CST的離合器進行輕微打滑來實現(xiàn)的。

皮帶正常運行時，根據(jù)系統(tǒng)中各CST的功率平衡要求，每臺CST的離合器或者保持少量打滑狀態(tài)，或者維持壓力以無打滑方式輸出所要求的扭矩，但系統(tǒng)中任何負載的增加都將引起離合器打滑，這種情況被稱為“軟鎖定”。當離合器被軟鎖定時，任何的瞬間的過載或沖擊載荷都將引起離合器的打滑，這樣驅(qū)動系統(tǒng)的所有部件，包括聯(lián)軸器、軸承和齒輪等都將在沖擊或過載時受到保護，從而延長其使用壽命。

與液力耦合器相比由于CST具有電一液控制系統(tǒng)，使得CST可以讓用戶設(shè)定啟動、停車曲線，并在多臺CST間實現(xiàn)功率的平衡非常容易。而可調(diào)液力耦合器雖然可接受由簡單的電信號，但本質(zhì)還是純機械的方式。所以無法提供可控的啟動、停車曲線。

2.3CST的優(yōu)缺點①優(yōu)點：a可以讓用戶設(shè)定啟動、停車曲線；b離負載最近，從而動態(tài)相應快，對負載可精確控制；c減速機和負載隔開，從而使減速機的工作條件良好，提高了減速器的壽命；②缺點：a系統(tǒng)復雜，有液壓、電控兩套系統(tǒng)，維護需要較高的技術(shù)；b對大容量膠帶機用CST須需多路供電，且需高低壓兩種供電電源；c無法提供可控的啟動、停車曲線；d對油質(zhì)要求較高；e全套國外產(chǎn)品，價格較高。