煤礦井下帶式輸送機(jī)大功率驅(qū)動系統(tǒng)研究

李東林

（北方重工集團(tuán)有限公司進(jìn)出口分公司，遼寧 沈陽 110141）

帶式輸送機(jī)作為散料輸送最可靠、最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，已成為我國煤礦的主要運(yùn)輸方式。隨著煤炭行業(yè)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，煤礦綜合機(jī)械化程度和生產(chǎn)工效的不斷提高，煤礦井下用帶式輸送機(jī)，對于整機(jī)，正向高帶速、大運(yùn)量、大功率、大傾角、長運(yùn)距的方向發(fā)展；對于零部件，正向高壽命、低能耗、高性能的方向發(fā)展。然而，國內(nèi)煤礦井下帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)單機(jī)驅(qū)動功率一般都很小。單機(jī)功率偏低，阻礙著帶式輸送機(jī)的發(fā)展。因此，提高驅(qū)動系統(tǒng)的單機(jī)驅(qū)動功率。對于開發(fā)研制大型帶式輸送機(jī)，滿足煤炭行業(yè)的需要有十分現(xiàn)實的意義。

一、開發(fā)大功率驅(qū)動系統(tǒng)必須考慮和解決的關(guān)鍵問題

驅(qū)動系統(tǒng)是帶式輸送機(jī)最重要的部件。驅(qū)動技術(shù)的關(guān)鍵在于啟動時間和啟動加速度的控制。煤礦井下環(huán)境惡劣，提高驅(qū)動系統(tǒng)的單機(jī)驅(qū)動功率，勢必對帶式輸送機(jī)的其它電氣和機(jī)械部件，如：電機(jī)、電控、滾筒、輸送帶、輸送帶接頭、機(jī)架、托輥等造成極大影響。而開發(fā)大功率驅(qū)動系統(tǒng)，提高整機(jī)性能，需要解決很多問題，其中關(guān)鍵有以下兩個方面：

1 帶式輸送機(jī)的起動控制

對于大功率驅(qū)動系統(tǒng)，不可控制啟動和快速啟動會使得輸送帶張力過大，進(jìn)而導(dǎo)致輸送帶和其他元部件的損害，甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)架損壞，拉緊裝置傾翻，輸送帶斷裂等事故。

2 帶式輸送機(jī)輸出功率控制

若帶式輸送機(jī)超載，或出現(xiàn)多驅(qū)之間負(fù)載不平衡，而驅(qū)動系統(tǒng)無法及時調(diào)整機(jī)速和轉(zhuǎn)矩或不能平衡各驅(qū)負(fù)載，這會使得機(jī)械部件發(fā)生過載損壞。

二、開發(fā)研制大功率驅(qū)動系統(tǒng)的可行性

軟啟動技術(shù)是解決帶式輸送機(jī)大功率驅(qū)動系統(tǒng)所遇問題的核心技術(shù)。早在六十年代國外就已廣泛使用，直到八十年代末國內(nèi)才開始使用。主要分為三種調(diào)速方式：一是調(diào)速型液力耦合器調(diào)速；二是電機(jī)變頻調(diào)速（即由變頻調(diào)速電機(jī)和齒輪減速機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)）；三是差動輪系液粘調(diào)速（即CST驅(qū)動系統(tǒng)），然而后兩者雖能達(dá)到帶式輸送機(jī)的軟起要求，但均因價格高昂、維護(hù)費(fèi)用高，或者系統(tǒng)復(fù)雜等原因，在承受能力、日常操作維護(hù)、備件的購買等方面，均存在一定難度。而采用調(diào)速型液力耦合器的軟起技術(shù)對開發(fā)研制大功率驅(qū)動系統(tǒng)是較為經(jīng)濟(jì)、合理和可行的。

三、調(diào)速型液力偶合器的傳動原理

調(diào)速型液力偶合器是通過傳動介質(zhì)傳遞能量的傳動元件。工作時，偶合器中充以工作油，當(dāng)泵輪軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn)時，進(jìn)入泵輪的工作油在葉片的帶動下，形成高速高壓液流，沖擊渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同方向旋轉(zhuǎn)，流動過程中減壓減速。在傳動過程中，泵輪將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成工作油的動能和勢能，而渦輪則將工作油的動能和勢能轉(zhuǎn)換成輸出的機(jī)械能，從而完成從泵輪軸向渦輪軸的功率傳遞。當(dāng)泵輪旋轉(zhuǎn)時，排油腔內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)油環(huán)，由供油泵向流道內(nèi)供一定量的工作油，勺管排出等量的油，使得流道內(nèi)的油位與排油腔內(nèi)的油位相適應(yīng)。當(dāng)勺管向外拉時，旋轉(zhuǎn)油環(huán)加厚，此過程中勺管少排或不排油，此時，流道內(nèi)的工作油增高。渦輪的轉(zhuǎn)速也隨之升高。反之，則相反。

四、調(diào)速型液力偶合器大功率驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)越性

1 改善了起動性能

該大功率驅(qū)動系統(tǒng)能使帶式輸送機(jī)起動時得到較為合理的起動速度和加速度，保證了帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)起動，并將起動過程中的沖擊及動張力減小到最低程度。避免了大功率、高帶速的直接起動，增大好幾倍動張力，沖擊帶式輸送機(jī)和各元部件，影響了各元部件及整機(jī)的穩(wěn)定性及使用壽命。也避免了輸送帶出現(xiàn)“抖動”、“打滑”等現(xiàn)象，延長了輸送機(jī)的使用壽命。

2 實現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動的功率平衡

大型帶式輸送機(jī)一般采用多機(jī)驅(qū)動，由于各電機(jī)間的功率分配不均，會發(fā)生偏載現(xiàn)象，偏載嚴(yán)重時，會損壞電機(jī)。采用調(diào)速型液力偶合器后，改變其充液量，即可調(diào)節(jié)其輸出力矩，通過電氣調(diào)節(jié)裝置操縱調(diào)速型液力偶合器勺桿的位置，調(diào)節(jié)充油量，獲得各種所需的輸出轉(zhuǎn)速，即改變調(diào)速型液力偶合器的外特性曲線，使電機(jī)與它的共同工作特性曲線相應(yīng)變軟，再配上電氣自調(diào)系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)電機(jī)的負(fù)荷分配，使之趨于平衡。這樣，無論膠帶是空載還是滿載，均能使電機(jī)空載迅速啟動，而膠帶則緩慢均勻加速，使啟動加速度在0.1—0. 3m/s2范圍內(nèi)，并使多機(jī)驅(qū)動，各電機(jī)的功率不平衡度在5%以內(nèi)。

3 滿足滿載起動，易于實現(xiàn)過載保護(hù)

對于煤礦井下帶式輸送機(jī)，過載運(yùn)行和滿載起動的現(xiàn)象很普遍。為使安全運(yùn)行，必須保證輸送機(jī)在過載的情況下不輸入過大的功率。由于傳動部件與電機(jī)通過液力偶臺器連接。當(dāng)出現(xiàn)過載時，偶合器的滑差增大，輸出轉(zhuǎn)矩也隨之增大，電機(jī)仍可在穩(wěn)定工作區(qū)靠近最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)附近運(yùn)轉(zhuǎn)，不致失速或悶車，有效地保護(hù)電機(jī)和傳動部件。

4 無磨損傳動，傳動平穩(wěn)

由于調(diào)速型液力偶臺器的泵輪與渦輪間靠傳動介質(zhì)傳遞能量，二者間無機(jī)械連接和磨損，使用壽命長。同時，隔離了電動機(jī)和負(fù)載的扭曲和振動，緩和了沖擊，延長了整機(jī)使用壽命。

5 易于實現(xiàn)自動控制，遠(yuǎn)程控制

調(diào)速型液力偶合器的調(diào)節(jié)主要是控制勺管的直線伸縮，電控易配合實現(xiàn)自動控制。同時在多點(diǎn)驅(qū)動時，還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制。

6 使用維護(hù)簡單

該驅(qū)動系統(tǒng)傳動原理簡單，調(diào)節(jié)安裝方便，運(yùn)行可靠，無特殊維修和檢修，對運(yùn)行管理人員的技術(shù)水平要求不高。

7 具有良好的經(jīng)濟(jì)性

在相同功率條件下，由于變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)和CST驅(qū)動系統(tǒng)價格高昂，調(diào)速型液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)只占它們價格的幾分之一，而且以其低廉的維護(hù)費(fèi)用，使得它投入使用后很快便能收回成本，充分的顯示其性價比高的優(yōu)越性。

結(jié)論

煤礦井下帶式輸送機(jī)采用調(diào)速型液力偶合器大功率驅(qū)動系統(tǒng)，能夠有效的控制帶式輸送機(jī)的啟動，減緩沖擊，隔離振動，防止動力過載，減少電網(wǎng)沖擊電流，協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動功率平衡，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。而且能夠有效加大單機(jī)驅(qū)動功率，增強(qiáng)運(yùn)行可靠性。這對提高煤炭日產(chǎn)量，推動煤礦井下用帶式輸送機(jī)乃至煤炭事業(yè)的發(fā)展有著現(xiàn)實的意義。所以，該系統(tǒng)應(yīng)該在煤礦井下帶式輸送機(jī)中得到進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。

[1]煤礦井下帶式輸送機(jī)多電動機(jī)驅(qū)動功率平衡的研究[J].西安科技大學(xué)，2007.