帶式輸送機(jī)慢速啟動(dòng)及多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究

李東林

摘 要：本文所研究的帶式輸送機(jī)慢速啟動(dòng)及多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用調(diào)速型液力偶合器配上閉環(huán)調(diào)節(jié)電控系統(tǒng)的方案，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，即可實(shí)現(xiàn)慢速啟動(dòng)又能自動(dòng)調(diào)節(jié)各電機(jī)的負(fù)荷使之趨于平衡，其調(diào)節(jié)精度達(dá)到5%，滿足了生產(chǎn)上的要求?，F(xiàn)對(duì)此系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)、試驗(yàn)結(jié)果以及推廣應(yīng)用作扼要的論述。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 慢速啟動(dòng) 多機(jī)驅(qū)動(dòng) 功率平衡

中圖分類號(hào)：TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0171-02

帶式輸送機(jī)大多采用交流鼠籠式電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如果直接啟動(dòng)，由于加速度較大，使傳動(dòng)元件及膠帶承受較大的動(dòng)負(fù)荷，影響其使用壽命。大傾角上運(yùn)輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，物料所受的慣性力與重力的傾斜分力同向，加速度過大會(huì)引起物料下滑或滾料?？缮炜s帶式輸送機(jī)的儲(chǔ)帶倉中各層膠帶之間的間距較小，如啟動(dòng)加速度過大，張緊裝置不能及時(shí)張緊，造成下膠帶撓度過大，相鄰膠帶相碰，速度方向相反，形成打帶現(xiàn)象，導(dǎo)致膠帶磨損快，壽命短，傳動(dòng)不平穩(wěn)，可靠性差。因此，需要實(shí)現(xiàn)慢速啟動(dòng)，可以解決上述的問題。

大功率帶式輸送機(jī)通常采用多滾筒，等功率多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它有利于系列化，便于制造、搬運(yùn)、維修等優(yōu)點(diǎn)。而且由于圍包角大，可使膠帶最大張力減小，但是采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)需解決各電機(jī)負(fù)荷均衡的問題，以充分發(fā)揮輸送機(jī)的工作能力，避免偏載燒電機(jī)事故。

本文所研究的帶式輸送機(jī)慢速啟動(dòng)及多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用調(diào)速型液力偶合器配上閉環(huán)調(diào)節(jié)電控系統(tǒng)的方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，既可實(shí)現(xiàn)慢速啟動(dòng)又能自動(dòng)調(diào)節(jié)各電機(jī)的負(fù)荷使之趨于平衡。其調(diào)節(jié)精度達(dá)到5%，滿足了生產(chǎn)上的要求。本文對(duì)此系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)以及試驗(yàn)結(jié)果作扼要的論述。

1 影響功率平衡的幾個(gè)主要因素

1.1 各驅(qū)動(dòng)電機(jī)外特性曲線的差異

根據(jù)“中小型電機(jī)技木條件”規(guī)定，電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率的允差為±20%，按此，可計(jì)算出額定轉(zhuǎn)速下兩電機(jī)負(fù)載力矩的極限差值，兩者功率差可達(dá)41.7%。

1.2 驅(qū)動(dòng)滾筒直徑的差別

由于制造誤差及使用過程中受力大小不同等原因使磨損量不同（采用包膠滾筒時(shí)，磨損量差別較大），兩驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑就有差別。如圖1所示，如果滾筒I的直徑較大，在帶速相同時(shí)其轉(zhuǎn)速必較小，因而驅(qū)動(dòng)此滾筒的電機(jī)承受較大的負(fù)載力矩。反之，驅(qū)動(dòng)滾筒直徑較小者，其轉(zhuǎn)速必較高，電機(jī)的負(fù)載力矩則較小。

1.3 各驅(qū)動(dòng)滾筒處膠帶受力大小不同使膠帶彈性伸長率不同

如圖1所示，滾筒Ⅱ處的膠帶張力比滾筒I處大，膠帶由大張力處繞至小張力處，由于彈性變形減少而收縮，因而在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)滾筒I的轉(zhuǎn)速較低，其電機(jī)的負(fù)載力矩較大。

以上幾個(gè)因素如疊加在一起，即處于較小張力處的驅(qū)動(dòng)滾筒，直徑較大且上特性較硬的電機(jī)，其負(fù)載必然較大甚至導(dǎo)致偏載燒電機(jī)的事故。此外，還有其他偶然因素，如驅(qū)動(dòng)滾筒粘上雜物等也導(dǎo)致功率不平衡。

2 本系統(tǒng)的工作過程及特點(diǎn)

慢速啟動(dòng)的工作過程如下。

輸送機(jī)的負(fù)載確定后，啟動(dòng)前偶合器不充油，啟動(dòng)時(shí)供油泵才開始供油，通過電氣調(diào)節(jié)裝置操縱杓管外移，使充油量逐漸增大，耦合器的輸出力矩也相應(yīng)增大，適當(dāng)控制勺管外移速度，即可調(diào)節(jié)輸送機(jī)啟動(dòng)角加速度的大小，使輸送機(jī)的啟動(dòng)加速度限制在0.1～0.3 m/s2范圍內(nèi)。

由于泵輪可超前于渦輪快速啟動(dòng)，所以電機(jī)啟動(dòng)時(shí)大電流持續(xù)時(shí)間很短，發(fā)熱量不大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊也不大。渦輪啟動(dòng)時(shí)間較長，此時(shí)偶合器在效率低的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)熱量大，但是由于調(diào)速型液力偶合器采用了外循環(huán)冷卻裝置，仍能保證油溫不超過限定值。

圖2為多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡控制系統(tǒng)框圖，其工作原理如下。

電機(jī)l和電機(jī)2分別通過偶合器1和偶合器2共同驅(qū)動(dòng)一臺(tái)膠帶機(jī)，如果電機(jī)l的功率大于電機(jī)2的功率，則電流信號(hào)電壓Ul>U2，因信號(hào)電壓平均值UP=（Ul+U2）/2，所以U3=U1-UP>0，通過l號(hào)比較放大器及觸發(fā)器操縱l號(hào)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使勺管改變立置，減少偶合器1的充油量，把輸出力矩減小，從而使電機(jī)1的功率下降。同時(shí)，由于U4=U2-UP<0，通過2號(hào)比較放大器及觸發(fā)器操縱2號(hào)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使勺管反向移動(dòng)，增大偶合器2的充油量，把輸出力矩增大，從而使電機(jī)2的功率上升，這樣就可使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率趨于平衡。達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)兩臺(tái)伺服電機(jī)均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。假如出現(xiàn)U2>U1時(shí)，則動(dòng)作情況與上述相反。

本系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

（1）各電機(jī)可順序分別空載啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊不大。

（2）調(diào)節(jié)勺管外移速度，可使啟動(dòng)加速度限制在預(yù)定范圍內(nèi)，確保啟動(dòng)的平穩(wěn)性。

（3）由于在輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不斷地進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，所以能克服固定因素及偶然因素引起的功率不平衡。保證在各種工況下的功率平衡精度。

3 試驗(yàn)結(jié)果

為了測定電機(jī)外特性的差異及傳動(dòng)滾筒直徑的差別對(duì)功率平衡的影響，測定本系統(tǒng)所能達(dá)到的功率平衡精度，在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

3.1 測定由于外特性不同引起的功率不平衡

試驗(yàn)結(jié)果為同樣的電機(jī)在額定輸出扭矩下，不接液力耦合器電氣調(diào)節(jié)裝置時(shí)，轉(zhuǎn)差值較大的電機(jī)負(fù)載較小，輸出功率較小，轉(zhuǎn)差值較小的電機(jī)負(fù)載較大，輸送功率也較大，功率不平衡系數(shù)最大可達(dá)26.7%；同樣的電機(jī)在額定輸出扭矩下，連接液力耦合器電氣調(diào)節(jié)裝置時(shí)，電機(jī)的輸送功率大小相當(dāng)，功率不平衡系數(shù)最大僅為4.4%。

3.2 測定由于傳動(dòng)輪直徑不同所引起的功率不平衡

試驗(yàn)結(jié)果為外特性相同的兩電機(jī)，驅(qū)動(dòng)較大傳動(dòng)輪的電機(jī)負(fù)載較大，輸出功率較大；驅(qū)動(dòng)較小傳動(dòng)輪的電機(jī)負(fù)載較小，輸出功率也較小。在傳動(dòng)輪直徑相差5 mm（一個(gè)是φ600；另一個(gè)是φ605）的情況下，不接電氣調(diào)節(jié)裝置時(shí)，功率不平衡系數(shù)最大可達(dá)27.7%，連接電氣調(diào)節(jié)裝置后，功率不平衡系數(shù)最大僅為1.68%。

3.3 測定由于傳動(dòng)輪直徑不同與外特性不同兩者疊加所引起的功率不平衡

多機(jī)驅(qū)動(dòng)中傳動(dòng)輪直徑較大者負(fù)載較大，外特性較硬者負(fù)載較大，兩個(gè)因素疊加將引起更大的功率不平衡。試驗(yàn)結(jié)果為在相同情況下，不接電氣調(diào)節(jié)裝置時(shí)不平衡系數(shù)的最大值為41.15%，接上電氣調(diào)節(jié)裝置則下降到6.25%，在額定功率附近，不平衡系數(shù)值僅為1.75%～4%。

根據(jù)以上的測試結(jié)果可以得出如下結(jié)論：多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)外特性有差異，傳動(dòng)輪直徑有差別是引起功率不平衡的主要因素，當(dāng)外特性差異達(dá)到允許的最大值40%，而且傳動(dòng)輪直徑相差5 mm（一個(gè)是φ600，另一個(gè)是φ605）的情況下，如不接電氣自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，兩電機(jī)的功率不平衡系數(shù)可高達(dá)41.15%，在同樣條件下，如接上電氣自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可保證在額定功率時(shí)兩電機(jī)的功率不平衡系數(shù)在4%以下。由此可見，應(yīng)用本系統(tǒng)能充分發(fā)揮各電機(jī)的能力，防止偏載燒電機(jī)事故。本系統(tǒng)能在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡，因此，無論是固定因素或者是偶然因素引起的功率不平衡均可隨時(shí)得到調(diào)節(jié)，以保證一定的功率平衡精度，比只適用于調(diào)節(jié)固定因素的方法（如調(diào)節(jié)繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻值或限矩型液力偶合器的充油量等），精度高且安全可靠。

此外，在試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，加上飛輪來代替帶式輸送機(jī)的慣量，進(jìn)行過慢速啟動(dòng)試驗(yàn)，改變勺管外移速度，可改變啟動(dòng)加速度的大小，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 推廣應(yīng)用的現(xiàn)況及前景

本系統(tǒng)的主要部件，XGB-I型電機(jī)功率平衡自動(dòng)控制器（隔爆型），DKJ型防爆電動(dòng)執(zhí)行器、YKD型應(yīng)力調(diào)速裝置，可滿足單機(jī)功率300 kW以下的兩臺(tái)4極電機(jī)功率平衡的需要，如膠帶輸送機(jī)為3～4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可使用兩臺(tái)控制器，以這些電機(jī)的電流平均值作為比較基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)其功率平衡。

本系統(tǒng)已應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率達(dá)4×200=800 kW的長距離帶式輸送機(jī)及2×220=440 kW的大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)中解決慢速啟動(dòng)及功率平衡問題。

本系統(tǒng)如應(yīng)用于鋼纜膠帶輸送機(jī)，可以取代差動(dòng)包，其依據(jù)是對(duì)陽泉四礦銅纜膠帶輸送機(jī)進(jìn)行過工業(yè)性試驗(yàn)測定，差動(dòng)包調(diào)節(jié)精度為5%，本系統(tǒng)也能達(dá)到此精度。省掉差動(dòng)包，就簡化了傳動(dòng)系統(tǒng)，縮小體積，減輕重量，便于制造，為推廣交流拖動(dòng)的鋼纜膠帶輸送機(jī)排除了一個(gè)主要障礙。交流傳動(dòng)比直流傳動(dòng)投資少，可靠性高，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

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