變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用

郭建山

（山西陽泉煤業(yè)集團(tuán)三礦機(jī)電工區(qū)，山西 陽泉 045000）

引言

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是以電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率之間的正比例關(guān)系為依據(jù)，通過變更電動(dòng)機(jī)的工作電源頻率，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變的目的［1］。在煤礦生產(chǎn)中，刮板傳送機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，會(huì)受到動(dòng)態(tài)張力以及靜阻力的影響而使得輸送機(jī)的傳送帶產(chǎn)生滑動(dòng)，增加傳送帶的相對摩擦力和熱量，降低輸送機(jī)運(yùn)行的安全性。相關(guān)實(shí)踐研究表明，將變頻調(diào)速技術(shù)引入到煤礦刮板輸送機(jī)當(dāng)中，可以在保證輸送機(jī)安全運(yùn)行的前提下，有效延長輸送機(jī)壽命并降低設(shè)備的維修量。

1 變頻調(diào)速技術(shù)

所謂變頻調(diào)速技術(shù)是相對于交流電機(jī)而言的，是一種通過改變交流電機(jī)中的電頻率對系統(tǒng)調(diào)速的技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，不僅包括了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)，還包括了同電力、電子有關(guān)的多項(xiàng)技術(shù)，在借助電力半導(dǎo)體通斷作用的基礎(chǔ)上，將工頻電源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為具有另一種頻率的電能控制裝置。而在交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電源方面，則是由整流橋?qū)ゎl電壓進(jìn)行變更后得到的直流電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為可調(diào)的交流電壓來實(shí)現(xiàn)的。由于在此過程中，并無轉(zhuǎn)差損耗發(fā)生，因此，這種有效而快捷的調(diào)速方式使電動(dòng)機(jī)可以較為方便地獲取無級(jí)調(diào)速的電流和電壓。當(dāng)存在電力危機(jī)時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)在利用電機(jī)負(fù)載變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過改變交流電源的頻率實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的，進(jìn)而使交流電機(jī)可以平滑地進(jìn)行增速或是減速，有效提高了系統(tǒng)的工作效率［2］。

2 刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)及組成

2.1 輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)

輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是由雙速電動(dòng)機(jī)通過摩擦限矩器將動(dòng)力傳遞給減速器輸入軸；再由減速器輸出軸傳遞給鏈輪組件；鏈輪驅(qū)動(dòng)封閉的刮板鏈按設(shè)定的方向運(yùn)行，完成輸送煤炭的任務(wù)。

2.2 輸送機(jī)的組成

輸送機(jī)主要由機(jī)頭傳動(dòng)部、機(jī)尾傳動(dòng)部、中部槽、變線槽、刮板鏈、機(jī)頭馬達(dá)液壓控制系統(tǒng)（10YK）、機(jī)尾伸縮液壓控制系統(tǒng)（13YK）、機(jī)尾伸縮限位裝置及操縱閥和工具等組成。

3 煤礦刮板輸送機(jī)及其變頻調(diào)速的特點(diǎn)

3.1 輸送機(jī)特點(diǎn)

當(dāng)刮板輸送機(jī)以不同的低速扭矩進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸送機(jī)本身并不會(huì)發(fā)生任何的速度變化，而煤礦生產(chǎn)時(shí)的運(yùn)輸工作，特別是材料的運(yùn)輸，雖然在相應(yīng)的范圍內(nèi)負(fù)載電阻是可以發(fā)生扭矩變化的，但對于刮板輸送機(jī)而言，其所具有的均勻性和穩(wěn)定性并不會(huì)發(fā)生改變。此外，在煤礦生產(chǎn)過程中，輸送帶的速度是保持不變的。刮板輸送機(jī)處于運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，輸送模式主要有兩種，分別為零功率與電源以及近似零功率與負(fù)電源，故系統(tǒng)可保持在長期低速運(yùn)行的狀態(tài)下輸送長至數(shù)十公里的材料，這也是刮板輸送機(jī)自身復(fù)雜性的根本原因。輸送機(jī)中的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有高速以及長期低速運(yùn)行的特點(diǎn)，通過將事先規(guī)定好的傳送速度信息進(jìn)行反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對扭矩的自動(dòng)調(diào)節(jié)及控制。此外，刮板輸送機(jī)的另一特點(diǎn)為，通過以實(shí)際運(yùn)輸過程中所引入的測量張力為依據(jù)，進(jìn)而提高煤礦運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性［3－5］。

3.2 變頻調(diào)速特點(diǎn)

變頻調(diào)速技術(shù)的主要功能就是使自身的軟啟動(dòng)與刮板輸送機(jī)同多個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的功率保持平衡。通過借助變頻器的軟啟動(dòng)功能，使得輸送機(jī)電機(jī)同軟啟動(dòng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合［6］。當(dāng)對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，位于刮板輸送機(jī)中的多個(gè)變頻器利用功率平衡的調(diào)節(jié)軟件促使電機(jī)的輸出功率保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的水平，在降低輸送機(jī)啟動(dòng)張力的同時(shí)，也有利于發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸過程中各類機(jī)械的問題。此外，變頻機(jī)在煤礦輸送機(jī)中的應(yīng)用也起到了較好的降低設(shè)備維修率的作用。變頻器是各種電子器件的合成，且運(yùn)行壽命在很大程度上取決于內(nèi)部電子。由于變頻器的軟啟動(dòng)直接決定了輸送機(jī)軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，使得刮板輸送機(jī)可以在相對平滑的環(huán)境中進(jìn)行啟動(dòng)，在降低設(shè)備檢修率的同時(shí)，有效節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)成本。

4 煤礦刮板輸送機(jī)中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

煤礦刮板輸送機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，無論是在啟動(dòng)、運(yùn)輸還是在制動(dòng)時(shí)，均具有較大的重載高速與動(dòng)態(tài)張力，故極容易產(chǎn)生輸送帶滑落的現(xiàn)象，而輸送帶在滑落過程中產(chǎn)生的磨損和散發(fā)出的熱量將使得輸送帶與輥之間的黏附系數(shù)降低，從而對輸送機(jī)的啟動(dòng)與運(yùn)行產(chǎn)生阻礙［7］。強(qiáng)行啟動(dòng)運(yùn)輸，不但會(huì)降低輸送帶的安全系數(shù)與負(fù)載裝置的附加位移，而且使得刮板傳送機(jī)整體受到了嚴(yán)重磨損。因此，需要引入變頻調(diào)速技術(shù)對刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整。

通常，刮板輸送機(jī)對變頻器的選擇是在已經(jīng)確定好異步電機(jī)后，以額定電流與電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行情況為依據(jù)對輸送機(jī)電機(jī)的頻率進(jìn)行變更。首先，該項(xiàng)技術(shù)的初級(jí)應(yīng)用階段。當(dāng)刮板輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)由靜阻力轉(zhuǎn)變而來的動(dòng)阻力促使傳送帶產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而使得傳輸截面中的動(dòng)態(tài)張力持續(xù)上升并帶動(dòng)刮板輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵趥鬏數(shù)膯?dòng)過程中，刮板輸送帶所具有的張力實(shí)際上是初始張力的增加值，故在變頻器的作用下產(chǎn)生的變頻驅(qū)動(dòng)將動(dòng)力傳送帶中所輸入的切入點(diǎn)進(jìn)行返回。其次，由啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定轉(zhuǎn)速過程的運(yùn)輸階段。因在刮板輸送帶開始運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的交流電機(jī)產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)張力，且各處的靜阻力也不盡相同，進(jìn)而使得煤礦刮板傳送機(jī)處于不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，變頻器通過改變電機(jī)工作電源的頻率，使其內(nèi)部的濾波電容發(fā)揮作用，通過降低靜阻力以及過大張力產(chǎn)生的無功損耗，達(dá)到提高輸送機(jī)功率的目的。最后，是變頻調(diào)速技術(shù)的控制階段。當(dāng)電機(jī)開始驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，變頻調(diào)速裝置改變供電電壓的頻率，進(jìn)而改變輸送機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，根據(jù)變頻器事先設(shè)定的時(shí)間范圍，促使刮板輸送機(jī)的速度更加平穩(wěn)的遞增，在增加了輸送機(jī)電機(jī)壽命的同時(shí)，有效降低了煤礦刮板輸送機(jī)的檢修量［8］。

5 結(jié)語

以變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用作為研究對象，通過對變頻調(diào)速技術(shù)的概念及相關(guān)原理進(jìn)行分析，結(jié)合煤礦刮板輸送機(jī)以及變頻調(diào)速的技術(shù)特點(diǎn)，分別從刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)階段、運(yùn)行階段以及變頻調(diào)速階段對變頻調(diào)速技術(shù)在刮板傳送機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行說明。結(jié)果表明，在煤礦刮板輸送機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行的過程中引入變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效增加輸送機(jī)的壽命并降低設(shè)備的檢修量。由此可見，未來加強(qiáng)對變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用力度，對于促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

［1］ 白文科.我國輸送帶行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.遼寧化工，2004（3）：173－176.

［2］ 楊增越，米春榮.變頻調(diào)速在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2010（1）：89－92.

［3］ 高恒超，夏炎.波狀檔邊帶式輸送機(jī)發(fā)展簡介［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，1998（6）：3－6.

［4］ 宋偉剛，王丹，陳霖，等.波狀檔邊帶式輸送機(jī)發(fā)展［J］.煤礦機(jī)械，2004（2）：1－4.

［5］ 楊書卿.輸送帶工業(yè)產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.河北化工，1999（1）：39－41.

［6］ 王占奎.變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［G］.北京：中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2002（11）：49－50.

［7］ 邱雷明，劉智軍.交流變頻調(diào)速裝置及應(yīng)用［J］.萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（1）：67－69.

［8］ 馬秀雙.淺談變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)改造中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2007（9）：56－57.