煤礦用刮板輸送機(jī)變頻技術(shù)的應(yīng)用

劉建偉

摘 要：刮板輸送機(jī)是綜采工作面的主要設(shè)備之一，隨著國家對煤礦高產(chǎn)、高效、節(jié)能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式已滿足不了新的要求。近兩年，越來越多的大功率刮板輸送機(jī)配備了變頻器傳動(dòng)。通過對大功率刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)、運(yùn)行特性的分析，總結(jié)出刮板機(jī)變頻技術(shù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)，并對變頻器驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢進(jìn)行了分析，提出了較為合理的變頻選配方案。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；轉(zhuǎn)矩特性；變頻技術(shù)；選配方案

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.152

1 概述

目前，國內(nèi)外礦用大功率刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)+減速器，一般采用機(jī)頭、機(jī)尾雙動(dòng)力部驅(qū)動(dòng)，通過鏈輪及其之間的鏈條連接，周復(fù)向機(jī)頭方向運(yùn)動(dòng)，把采煤機(jī)切割的煤炭運(yùn)送到指定地方，通過膠帶機(jī)等設(shè)備最終實(shí)現(xiàn)煤炭的轉(zhuǎn)移目的。隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的不斷增大，為適應(yīng)其重載軟起動(dòng)特性通常配備液力偶合器、軟起動(dòng)器等。近兩年隨著中壓變頻技術(shù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用，一種更為適合刮板輸送機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)方式逐漸替代了傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式。

2 刮板輸送機(jī)機(jī)械特性分析

刮板輸送機(jī)通過鏈條的運(yùn)動(dòng)將負(fù)載恒速運(yùn)送至指定位置，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小一定程度上決定于其負(fù)載的大小，所以其整體上屬于摩擦性負(fù)載特性，但是又由于其通過鏈條連接，鏈條具備一定的彈性效能，在起動(dòng)時(shí)和負(fù)載突變時(shí)具有一定的彈性負(fù)載特性。刮板輸送機(jī)負(fù)載特性決定了其為恒轉(zhuǎn)矩特性。

刮板輸送機(jī)在整個(gè)采煤工藝設(shè)備的最前端，根據(jù)通用選配余量功率從末端到前端逐級放大原則，刮板輸送機(jī)在配置上有很大的富余量。刮板輸送機(jī)運(yùn)行中由于片幫、刮卡等因素影響，導(dǎo)致負(fù)載突然變大，在采、運(yùn)煤過程中經(jīng)常會遇到緊急停機(jī)，從而導(dǎo)致頻繁重載起動(dòng)，為了滿足以上兩點(diǎn)要求，刮板輸送機(jī)也需要很大功率的選配余量。

以某井礦選配2×1000kW刮板輸送機(jī)（配置變頻器）為例。凌晨正常生產(chǎn)時(shí)候，對其機(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，在大部分時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在額定功率一半以下運(yùn)行，從而證明了刮板輸送機(jī)功率富余量很大。

輸送機(jī)的配置富余量大小主要取決于其特殊的負(fù)載性質(zhì)及驅(qū)動(dòng)需求。由于片幫或者刮卡等因素，導(dǎo)致負(fù)載突然變大，這時(shí)就需要配置較大富余量的驅(qū)動(dòng)部電機(jī)；另一個(gè)原因就是滿足重載起動(dòng)的需求。

當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到其額定值的1.5倍時(shí)候起動(dòng)失敗。同樣負(fù)載情況下雙機(jī)起動(dòng)成功，如果壓溜煤長度再增加，起動(dòng)時(shí)候負(fù)載可能會更大?；谥剌d起動(dòng)的因素，配置電機(jī)的容量也需要很大。

3 刮板輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢分析

3.1 滿足重載軟起動(dòng)要求

傳統(tǒng)刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)解決重載起動(dòng)，通常采用配置富余量很大的電機(jī)、雙速電機(jī)、配置液力偶合器、電氣軟起動(dòng)器等方式。

從礦井的使用情況來看，隨著功率配置的不斷增大，以上起動(dòng)方式雖能在一定程度上解決重載起動(dòng)問題，但應(yīng)用效果不理想，且造成了資源配置過大的浪費(fèi)，并且以上起動(dòng)方式受井下電源容量限制。采用雙電機(jī)錯(cuò)峰起動(dòng)方式，這也相當(dāng)于減少了一半的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從變頻應(yīng)用上來看，變頻驅(qū)動(dòng)很好的解決了刮板輸送機(jī)重載問題，且起動(dòng)時(shí)長可以人為控制，起動(dòng)平滑性幾乎完美。

3.2 機(jī)頭機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率協(xié)調(diào)

傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)拖動(dòng)方式，很難做到功率的協(xié)調(diào)，變頻驅(qū)動(dòng)不管在起動(dòng)過程中還是在運(yùn)行中，雙機(jī)很好的做到了功率的互相協(xié)調(diào)。事實(shí)證明采用功率協(xié)調(diào)可以使得頭部和尾部的多臺電機(jī)間隨負(fù)載變化準(zhǔn)確地分配功率，不會使得一臺電機(jī)過多或者過少承擔(dān)功率，功率協(xié)調(diào)能夠很大程度上延長設(shè)備傳動(dòng)部及關(guān)鍵部件的壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過變頻驅(qū)動(dòng)的刮板輸送機(jī)關(guān)鍵部件的壽命延長為原來的1.5倍甚至更高。

3.3 節(jié)能降耗

應(yīng)用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就在于其節(jié)能降耗特性，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）提高傳動(dòng)效率，變頻傳動(dòng)減少了機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，傳動(dòng)效率可以達(dá)到96%以上，而與之對應(yīng)的液力偶合器傳動(dòng)，傳動(dòng)效率小于90%。

（2）通過變頻調(diào)速運(yùn)行，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩滿足負(fù)載需求，使電機(jī)始終運(yùn)行在最優(yōu)效能。提高了設(shè)備的功率因數(shù)，電機(jī)的額定負(fù)載功率因數(shù)可以達(dá)到95%以上，而刮板輸送機(jī)配置電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)候負(fù)載不足一半，功率因數(shù)為60%以下，一定程度上造成了能量的浪費(fèi)。采用變頻驅(qū)動(dòng)，能夠根據(jù)負(fù)載的大小及時(shí)調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的功率因數(shù)始終達(dá)到95%以上，從而減少無功做功，起到了節(jié)能降耗的效果。

（3）通過調(diào)速減少了設(shè)備的回轉(zhuǎn)運(yùn)行里程，相當(dāng)于減少了設(shè)備磨損，延長了設(shè)備使用壽命，提高了設(shè)備的利用率，降低了設(shè)備成本，間接的起到了節(jié)能降耗左右。

4 刮板輸送機(jī)變頻選配方案

變頻器在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用日趨頻繁，目前井下應(yīng)用的刮板輸送機(jī)變頻器機(jī)芯以ABB、西門子等國外品牌為主，輸出3300V電壓等級容量的有800kW、1000kW、1250kW、1400kW、1600kW、2200kW等。但在配套選配變頻器容量時(shí)，出現(xiàn)了相對混亂的狀態(tài)，比如1000kW拖動(dòng)電機(jī)，在煤礦井下配置變頻器時(shí)，出現(xiàn)配置1000kW、1250kW、1600kW等多種配置形式，配置過小導(dǎo)致了井下應(yīng)用時(shí)候出現(xiàn)重載起動(dòng)困難、壓溜等問題，配置過大造成了資源的浪費(fèi)及設(shè)備資金投入的過大等。

目前煤安部門沒有對刮板輸送機(jī)變頻器容量做特殊規(guī)定，在認(rèn)證時(shí)候能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)即可，也由于不同廠家、不同規(guī)格型號的變頻器機(jī)芯其內(nèi)部參數(shù)過載參數(shù)調(diào)整的不一樣，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)相對困難。但是針對大多數(shù)變頻器基本能達(dá)到零速滿轉(zhuǎn)矩的要求。根據(jù)以往配置井下應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合刮板輸送機(jī)特殊負(fù)載性質(zhì)，給出的最終配置如表1。

5 結(jié)論

刮板輸送機(jī)變頻拖動(dòng)技術(shù)的成功應(yīng)用，表明了一種新的刮板輸送機(jī)拖動(dòng)方式的興起，在應(yīng)用中變頻拖動(dòng)良好的重載軟起功能、極好的功率協(xié)調(diào)功能、優(yōu)越的調(diào)速性能和高可靠性低維護(hù)的特性，決定了變頻拖動(dòng)技術(shù)將成為刮板輸送機(jī)拖動(dòng)的必然趨勢。

本文從刮板輸送機(jī)負(fù)載特性分析入手，通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合媒礦刮板機(jī)變頻拖動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，給出了較為合理的變頻選配方案，希望在以后的刮板輸送機(jī)變頻配置及井下應(yīng)用時(shí)候具有一定的參考價(jià)值。

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