帶式輸送機(jī)的可控傳動(dòng)裝置的研究現(xiàn)狀

王崗

（貴州煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550025）

引言

輸送帶一般可分為普通輸送帶和特殊結(jié)構(gòu)輸送帶。普通輸送帶主要用于通用固定式、繩架吊掛式及可伸縮式帶式輸送機(jī)。特殊結(jié)構(gòu)輸送帶包括鋼繩牽引輸送帶、旅客輸送帶、花紋輸送帶、擋邊輸送帶、防撕裂輸送帶、無覆蓋膠輸送帶等。輸送帶一般由覆蓋層、帶芯、隔離層三個(gè)組成。

所以帶式輸送機(jī)具有運(yùn)行可靠、連續(xù)、高效，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是散狀物料連續(xù)運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。據(jù)有關(guān)資料介紹，法國(guó)輸送機(jī)單機(jī)長(zhǎng)度已達(dá)15 km，高差為1 km。單滾筒的驅(qū)動(dòng)功率達(dá)1 050 kW，設(shè)計(jì)帶速達(dá)8.4m/s，年運(yùn)量達(dá)4億t。在澳大利亞的一個(gè)采礦場(chǎng)，輸送機(jī)通過多機(jī)串聯(lián)運(yùn)距長(zhǎng)達(dá)上百公里。目前我國(guó)的帶式輸送機(jī)也正在向長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量、大功率方向發(fā)展。由于我國(guó)用剛性理論來分析研究帶式輸送機(jī)并制訂計(jì)算方法和設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)中對(duì)輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)（一般取n=10左右），實(shí)際上輸送帶是粘彈性體，而不能簡(jiǎn)單地用剛體力學(xué)來解釋和計(jì)算。長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)其輸送帶對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的起、制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，如何降低輸送帶的設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)（輸送帶安全系數(shù)n=5～6），延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)使用壽命，確保了輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性，傳動(dòng)問題是大型輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，它關(guān)系到輸送機(jī)的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)外大都采用以下可控傳動(dòng)技術(shù)來解決輸送機(jī)的傳動(dòng)問題。

1 可控傳動(dòng)技術(shù)

大型帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)，要求有足夠的傳動(dòng)時(shí)間，使傳動(dòng)加速度保持在允許范圍內(nèi)。運(yùn)距越長(zhǎng)、帶速越高、輸送量越大，傳動(dòng)時(shí)間就需越長(zhǎng)。假如沒有足夠的傳動(dòng)時(shí)間，輸送帶初張力會(huì)大幅下降，使輸送帶與傳動(dòng)滾筒張力比增大，造成輸送帶在傳動(dòng)滾筒上打滑而不能傳動(dòng)。在傳動(dòng)加速過程中，輸送帶發(fā)生粘彈性變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生動(dòng)張力。帶速越高、傳動(dòng)時(shí)間越短，傳動(dòng)加速度與輸送帶變形就越大，因而動(dòng)張力也就越大，造成巨大的瞬時(shí)沖擊，會(huì)損壞輸送帶與其它元部件。因而必須在設(shè)定的傳動(dòng)時(shí)間內(nèi)，通過控制輸送帶傳動(dòng)加速度值，使輸送機(jī)按所要求的傳動(dòng)速度曲線平穩(wěn)傳動(dòng)，使傳動(dòng)電流與傳動(dòng)動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。這類可控傳動(dòng)技術(shù)稱為軟傳動(dòng)，其設(shè)備即為軟傳動(dòng)裝置。我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軟傳動(dòng)的加速度不得大于0.3m/s2。

帶式輸送機(jī)采用軟傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)時(shí)間隨帶式輸送機(jī)主參數(shù)可以在一定范圍調(diào)節(jié)，使輸送機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的傳動(dòng)速度圖平穩(wěn)運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)滿載傳動(dòng)；在多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)具有功率平衡的功能；電動(dòng)機(jī)能空載傳動(dòng)，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊；具有過載保護(hù)功能。

2 各種軟傳動(dòng)裝置的性能分析

近幾年來，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)成功了多種形式的軟傳動(dòng)裝置：①液粘性軟傳動(dòng)裝置，如澳大利亞的BOSS系統(tǒng)、美國(guó)的CST等；②液力型軟傳動(dòng)裝置，如調(diào)速型液力偶合器、加長(zhǎng)后輔液力偶合器等；③電氣型軟傳動(dòng)裝置，如變頻調(diào)速、可控硅控制開關(guān)磁阻傳動(dòng)等；④機(jī)械式軟傳動(dòng)裝置，如BEST、德國(guó)力士樂公司的輔助液壓馬達(dá)周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)等。

2.1 BOSS系統(tǒng)

BOSS系統(tǒng)是澳大利亞NM采礦國(guó)際有限公司專門為重型輸送機(jī)研制的，適用于帶式輸送機(jī)單機(jī)200~500 kW 的可控系統(tǒng)，位于電動(dòng)機(jī)和減速器之間，接受電動(dòng)機(jī)傳遞的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)?；谂ｎD內(nèi)摩擦定律，在液粘軟傳動(dòng)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，一組摩擦片通過齒與輸入軸相連，另一組摩擦片方通過鍵軸與輸出軸相連。通過控制作用于活塞上的液壓油的壓力達(dá)到控制所剪切的油膜厚度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液粘軟傳動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩控制，達(dá)到帶式輸送機(jī)軟傳動(dòng)的目的。

2.2 CST系統(tǒng)

CST系統(tǒng)是美國(guó)道奇公司專門為大型帶式輸送機(jī)配套的集減速、離合和調(diào)速于一體的驅(qū)動(dòng)裝置，其工作原理是通過控制器設(shè)置所需要的加速度曲線和傳動(dòng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)。在收到傳動(dòng)信號(hào)后，電機(jī)空載傳動(dòng)，達(dá)到額定速度后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力，反應(yīng)盤相互作用時(shí)輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。裝設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測(cè)出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號(hào)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(yīng)盤壓力，確保穩(wěn)定的加速度斜率。

2.3 調(diào)速型偶合器

調(diào)速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔內(nèi)充入一定量的工作液，工作輪泵輪從電動(dòng)機(jī)上獲得機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為液力能沖擊渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪把液力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過輸出軸輸出，帶動(dòng)從動(dòng)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)了從原動(dòng)機(jī)到從動(dòng)機(jī)之間的能量傳遞。

調(diào)速型液力偶合器之所以能夠調(diào)速，是通過改變液力偶合器內(nèi)工作腔內(nèi)工作液的充油量，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速與軟傳動(dòng)。當(dāng)單機(jī)功率N≤250 kW 時(shí)，采用自然冷卻。偶合器配備電動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)操作器，與負(fù)載變化的信號(hào)聯(lián)接，亦可按用戶要求配自動(dòng)測(cè)速裝置，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速遙控或自動(dòng)控制。

2.4 變頻調(diào)速裝置

變頻調(diào)速裝置主要由功率器件--IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理：通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進(jìn)入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。根據(jù)公式n=60 f/p所示（n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、f為交流電源頻率、p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系，交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之變化。只要控制交流電源的頻率變化范圍以及頻率變化的時(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟傳動(dòng)。

目前變頻調(diào)速裝置已在煤礦井下得到較普遍的應(yīng)用。

2.5 電氣軟傳動(dòng)

電氣軟傳動(dòng)器有多種類型，是結(jié)合電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，為三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一種全數(shù)字智能化傳動(dòng)設(shè)備，但各種電氣軟傳動(dòng)器工作原理也各不相同。目前應(yīng)用較為廣泛、工程中常見軟傳動(dòng)器是晶閘管（SCR）軟傳動(dòng)，其軟傳動(dòng)原理是：在三相電源與電機(jī)間串入三相聯(lián)晶閘管，利用SCR移相控制原理，改變其觸發(fā)角，傳動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓隨SCR的導(dǎo)通角從零逐漸上升，就可調(diào)節(jié)輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增大，直至達(dá)到滿足傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束傳動(dòng)過程；軟傳動(dòng)器的輸出是一個(gè)平穩(wěn)的升壓過程（且可具有限流功能），直到SCR全導(dǎo)通，電機(jī)在額定電壓下工作；此時(shí)旁路接觸器接通（避免電機(jī)在運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)形成諧波污染，延長(zhǎng)SCR壽命），電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；停車時(shí)先切斷旁路接觸器，軟啟動(dòng)器內(nèi)SCR導(dǎo)通角開始由大逐漸減小，使三相供電電壓逐漸減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零，停車過程完成。因此降低了對(duì)電動(dòng)機(jī)電源的容量求，并減少對(duì)供電電網(wǎng)的影響和機(jī)械傳動(dòng)的沖擊。

3 結(jié)束語

隨著帶式輸送機(jī)向大型化方向發(fā)展，帶式輸送機(jī)的可控傳動(dòng)技術(shù)已成為衡量帶式輸送機(jī)重要技術(shù)指標(biāo),對(duì)常用的幾種可控傳動(dòng)裝置進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較，根據(jù)它們的工作原理和工作特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)大功率下運(yùn)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)要求的設(shè)計(jì)中，它們的工作性能也各有差別。以上各種傳動(dòng)裝置在實(shí)際使用用中各有特色，可供有關(guān)人員參考。

[1]孫慧.帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性與可控傳動(dòng)裝置的研究[J].山東科技大學(xué)，2004-05-01.