基于煤礦帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部的啟動(dòng)控制

馮海兵

摘要： 帶式輸送機(jī)是煤礦最理想的高效連接運(yùn)輸設(shè)備。隨著我國(guó)高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，原有的帶式輸送機(jī)無論是主參數(shù)還是運(yùn)行性能都不能滿足其要求，必須向長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量、大功率的方向發(fā)展.只有解決了帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部啟動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，才能制造出滿足市場(chǎng)需要的輸送機(jī)。

關(guān)鍵詞： 帶式輸送機(jī)；驅(qū)動(dòng)部；啟動(dòng)；關(guān)鍵技術(shù)

1.1 前言

我國(guó)煤礦用帶式輸送機(jī)從八十年代末期以來有了很大的發(fā)展，輸送機(jī)產(chǎn)品系列不斷增多，從定型的SDJ、SSJ等系列發(fā)展到多功能、適應(yīng)特種用途的各種帶式輸送機(jī)系列，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)及主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動(dòng)與智能化控制等技術(shù)，研制成功了多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置及以PLC 為核心的可編程電控裝置。

1.2 礦用可伸縮帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部類型

我國(guó)煤礦采煤工作面的順槽輸送原煤主要使用可伸縮帶式輸送機(jī)，該種機(jī)型設(shè)有儲(chǔ)帶倉(cāng)，機(jī)尾可隨采煤工作面的推進(jìn)伸長(zhǎng)或縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，可不設(shè)基礎(chǔ)，直接在巷道底板上鋪設(shè)，也可懸吊在巷道的頂板上，機(jī)架輕巧，拆裝十分方便，輸送帶一般采用整芯帶，用機(jī)械接頭聯(lián)結(jié)，當(dāng)輸送能力和運(yùn)距較大時(shí)，可配中間驅(qū)動(dòng)裝置來滿足要求。

帶式輸送機(jī)的工作原理是電動(dòng)機(jī)通過液力偶合器（或彈性聯(lián)軸器）將扭矩傳遞給減速器，減速器帶動(dòng)傳動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，借助于滾筒與輸送帶間的摩擦力，使輸送帶運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)部是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力來源。一般來說，使用最少數(shù)量設(shè)備的最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)部是最好的驅(qū)動(dòng)部。

1.3帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)

基于對(duì)礦用帶式輸送機(jī)大型化與高可靠性要求，對(duì)設(shè)計(jì)者和制造者都提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機(jī)。其關(guān)鍵技術(shù)為：

1.3.1動(dòng)態(tài)分析技術(shù)

建立帶式輸送機(jī)的輸送帶在起動(dòng)和停機(jī)過程中的動(dòng)力學(xué)方程，求解輸送帶上不同點(diǎn)隨時(shí)間推移所發(fā)生的變化，找出變化劇烈的張力波可能造成的破壞，這就是帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析。它是當(dāng)今世界的高新技術(shù)。采用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)備的投資費(fèi)用，而且還提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。在國(guó)外，德國(guó)、前蘇聯(lián)、美國(guó)等，都對(duì)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，取得了可喜的成果，有的已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)起步較晚，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)來對(duì)大型帶式輸送機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最直接、最明顯的經(jīng)濟(jì)效益——較大幅度地降低了輸送帶的安全系數(shù)，安全系數(shù)最小可達(dá)4.8，這對(duì)國(guó)內(nèi)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)來說是不可想象的，目前國(guó)內(nèi)即使已使用了可控啟動(dòng)裝置，其安全系數(shù)也只能取到8左右。在滿足安全運(yùn)行的條件下有效地降低輸送帶的強(qiáng)度等級(jí)與各元部件的重量（輸送帶費(fèi)用約占大型帶式輸送機(jī)費(fèi)用的35～45%），大大地節(jié)省了設(shè)備費(fèi)用。例如國(guó)內(nèi)某礦使用的一條大型帶式輸送機(jī)的主參數(shù)為：L=5400m、B=1.2m、Q=1200T/h、V=3.5m/s、H=90m、N=4×500kW。由于是按照國(guó)內(nèi)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，即使已使用可控啟動(dòng)裝置，安全系數(shù)也只能取為8.02，只能選用ST3500的鋼絲繩芯強(qiáng)力輸送帶。如果該礦的帶式輸送機(jī)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，光輸送帶這一項(xiàng)就可節(jié)省費(fèi)用600多萬元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。掌握動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，不僅可使我國(guó)帶式輸送機(jī)技術(shù)水平有一個(gè)質(zhì)的飛躍，還可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.2可控啟動(dòng)技術(shù)

大型帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)，一定要有一個(gè)足夠的時(shí)間，使啟動(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，啟動(dòng)時(shí)間就需越長(zhǎng)。假如沒有足夠的啟動(dòng)時(shí)間，輸送帶初張力會(huì)下降，最大可下降50%左右，就會(huì)喪失輸送帶與傳動(dòng)滾筒保持正常傳動(dòng)所需的張力比，造成輸送帶在傳動(dòng)滾筒上打滑而不能啟動(dòng)。啟動(dòng)是一個(gè)加速過程，加速度值由零增到最大又下降至零，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。當(dāng)帶速越高、啟動(dòng)時(shí)間越短時(shí)，啟動(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，就會(huì)損壞輸送帶與其它元部件。因而必須對(duì)啟動(dòng)時(shí)間加以控制。可控啟動(dòng)時(shí)輸送帶張力波動(dòng)極小，啟動(dòng)平穩(wěn)?？煽貑?dòng)就是我們平時(shí)所說的軟啟動(dòng)，即在設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，通過控制輸送帶啟動(dòng)加速度值，來確保輸送機(jī)按所要求的啟動(dòng)速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，并達(dá)到額定速度；同時(shí)使啟動(dòng)電流與啟動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。

因而必須對(duì)啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)加速度進(jìn)行控制，啟動(dòng)時(shí)間與啟動(dòng)加速度應(yīng)根據(jù)帶速、運(yùn)距、輸送量等參數(shù)來確定，根據(jù)我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，啟動(dòng)加速度不得大于0.3m/s2。采用可控啟動(dòng)，可使輸送帶初張力下降大為減少，僅下降不到10%，可以保證輸送帶不打滑?？煽貑?dòng)技術(shù)是大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，已成為帶式輸送機(jī)是否達(dá)到技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)志之一。通過電控與可控啟動(dòng)裝置組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成帶式輸送機(jī)的可控啟動(dòng)，選擇哪一種可控啟動(dòng)裝置，除了考慮技術(shù)性能外，還必須考慮其經(jīng)濟(jì)合理性。

然而，驅(qū)動(dòng)部有時(shí)還需配置一些特殊用途的設(shè)備，用來改善輸送機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。如近幾年來，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)成功了多種形式的軟起動(dòng)裝置：如液粘性軟起動(dòng)裝置（BOSS系統(tǒng)、CST）、液力型軟起動(dòng)裝置（調(diào)速型液力偶合器）等。裝有CST的輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部由電動(dòng)機(jī)、減速器（或CST）、偶合器以及聯(lián)軸器組成。驅(qū)動(dòng)部形式可分為落地固定式、單點(diǎn)浮動(dòng)支撐式以及與直接安裝在機(jī)頭部的掛靠式。這里使用的CST離合器安裝在低速輸出軸上，它能夠?qū)崿F(xiàn)交錯(cuò)的空載電機(jī)啟動(dòng)，可以最大程度減少供電系統(tǒng)的電壓降；實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng)，可以給所有的驅(qū)動(dòng)部件最小的應(yīng)力；為運(yùn)輸機(jī)滿載時(shí)的重載啟動(dòng)提供最大的總扭矩輸出；并且由于沖擊載荷被吸收，可以大大減少傳輸裝置等部件的磨損。

1.3 結(jié)語

綜合各種軟啟動(dòng)系統(tǒng)，從造價(jià)、滿足帶式輸送機(jī)使用要求、調(diào)速性能、運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面比較，液力調(diào)速裝置相對(duì)有更多的優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)液體粘性軟啟動(dòng)裝置的自主研制的開展，液體粘性軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，是帶式輸送機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

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參考書目：

（1） 王阿根 編著 電氣可編程控制原理與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2010年

（2） 趙宏珠主編 采掘機(jī)械 煤炭工業(yè)出版社 2007年

（3） 韓文東、王登貴主編 綜采運(yùn)輸機(jī)械使用與維修 煤炭工業(yè)出版社 2008年

（4） 宋密科主編 煤礦供電技術(shù) 煤炭工業(yè)出版社 2008年

（5） 李峰、劉志毅主編 現(xiàn)代采掘機(jī)械 煤炭工業(yè)出版社 2006年