淺談煤礦工作面刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)方式及應(yīng)用

成敏 張妍

摘要： 本文主要從刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行闡述，提出了目前常用的啟動(dòng)方式，并從技術(shù)性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性能等方面對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較研究。

Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the scraper conveyor are discussed. The commonly used starting methods are put forward and the advantages and disadvantages of the scraper conveyor are compared and analyzed from technical performance， reliability and economic performance.

關(guān)鍵詞： 刮板輸送機(jī)；軟啟動(dòng)；閥控液力偶合器；CST可控驅(qū)動(dòng)裝置；變頻技術(shù)

Key words： scraper conveyor；soft start；valve-operated hydraulic coupling；CST controllable drive；frequency conversion

中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）01-0140-03

0 引言

刮板輸送機(jī)在煤礦井工開采工作面中，既承擔(dān)著煤炭的運(yùn)輸，又是采煤機(jī)行走的軌道，所以有著舉足輕重的作用。但實(shí)際中因受到運(yùn)輸皮帶、巷道條件及其它協(xié)作設(shè)備等諸多因素的影響，存在設(shè)備停止運(yùn)行的不確定性；且受煤粉、巖塵、水、泥的影響，造成刮板輸送機(jī)的刮板鏈組件和中部槽中板的靜摩擦力增大，且由刮板鏈組件拉回下鏈道回煤造成的空載功率占總裝機(jī)功率的百分比增高；同時(shí)片幫煤需給停機(jī)的刮板輸送機(jī)加載，極易產(chǎn)生“壓溜”，造成重載啟動(dòng)難；再加上變壓器容量和空間的限制，尤其是在爆炸性氣體和煤塵較重的環(huán)境中，刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)更是難上加難；而重載下啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊和大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊不可小噓，所以系統(tǒng)不允許直接啟動(dòng)。

在傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式下容易引發(fā)燒毀電機(jī)繞組及軸承、鏈條“永久性”塑形變形、降低鏈輪壽命、損壞傳動(dòng)零部件和電氣元件等故障、從而影響了井工開采綜采（放）工作面的正常運(yùn)行。因此，刮板輸送機(jī)的可靠性是影響工作面生產(chǎn)的重要因素之一，而其可靠性又與啟動(dòng)方式的功能和特性緊密相關(guān)。就目前刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行闡述，提出了常用的啟動(dòng)方式，并從技術(shù)性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性能等方面對(duì)其進(jìn)行了比較研究。

1 刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)技術(shù)存在的難點(diǎn)

1.1 重負(fù)荷啟動(dòng)困難

由于刮板輸送機(jī)存在停車的不確定性，且易受環(huán)境影響和負(fù)載變化巨大，使其不可避免的在重負(fù)載條件下進(jìn)行啟動(dòng)，由此導(dǎo)致的重負(fù)荷啟動(dòng)困難情況經(jīng)常出現(xiàn)。而機(jī)尾電機(jī)的供電距離較遠(yuǎn)，且電機(jī)的啟動(dòng)電流瞬間可達(dá)到額定電流的8～10倍，在大的電流下直接啟動(dòng)，受變壓器容量和電纜線截面的限制，線路壓降較大（可下降20%～30%）。而機(jī)尾電機(jī)主要作用在刮板輸送機(jī)的下刮板鏈，輸出轉(zhuǎn)矩僅為額定轉(zhuǎn)矩的0.49～0.64倍，必然機(jī)頭電機(jī)與機(jī)尾電機(jī)沒有高度的配合，從而造成重負(fù)荷啟動(dòng)困難的問題。

1.2 頻繁的機(jī)械沖擊

一般電機(jī)從零到額定轉(zhuǎn)速啟動(dòng)時(shí)間為（3～5）s，啟動(dòng)加速度可達(dá)（0.2～0.3）m/s2，而刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為“柔性”鏈傳動(dòng)，盡管有一定的伸縮量（一般為鏈條節(jié)距的5%），但停機(jī)時(shí)的刮板鏈為松弛狀態(tài)，且各個(gè)環(huán)節(jié)都有一定的間隙，再加上啟動(dòng)時(shí)瞬間施以電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在克服間隙的過程中，會(huì)對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)造成強(qiáng)大的機(jī)械沖擊，而幾乎所有的傳動(dòng)件在此過程中都有可能受到極大的損傷，造成傳動(dòng)系統(tǒng)壽命降低，直至最后失效；刮板輸送機(jī)即屬于頻繁又非周期的啟動(dòng)設(shè)備，所以危害就更大；對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動(dòng)機(jī)“鼠”籠變形、繞組損壞和定子端部絕緣磨損而造成防護(hù)等級(jí)降低，最終導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī)及存在危害人身安全，這也是造成動(dòng)力部受損及鏈條“永久性”塑形變形等問題的重要原因。

1.3 大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊

帶載啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流達(dá)到8～10倍（或更大）的額定電流，會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，從而影響刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)及電網(wǎng)內(nèi)部其他設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，造成設(shè)備的有害跳閘；這樣一來供電系統(tǒng)的元器件就會(huì)發(fā)熱甚至損壞，從而增加了電氣系統(tǒng)的故障，刮板輸送機(jī)的頻繁及非周期的啟動(dòng)，會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電機(jī)。

2 刮板輸送機(jī)目前常用的啟動(dòng)方式

針對(duì)這些啟動(dòng)難、機(jī)械沖擊頻繁及大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊等現(xiàn)狀，用以應(yīng)對(duì)煤礦工作面刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)問題，列舉目前常用的幾種啟動(dòng)方式，并進(jìn)行比較研究。

2.1 直接啟動(dòng)型（雙速電機(jī)+半聯(lián)軸器）

特點(diǎn)：①簡(jiǎn)單易維護(hù)，主要用于單動(dòng)力部700kW以下的刮板輸送機(jī)，對(duì)大功率設(shè)備應(yīng)用技術(shù)不是很成熟；②雙速電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，供電系統(tǒng)需用雙速開關(guān)控制造成電機(jī)的控制設(shè)備成本升高（雙速開關(guān)為同規(guī)格單速開關(guān)價(jià)格的1.5倍）。③低速切換高速時(shí)不易有效控制、故障點(diǎn)多，經(jīng)常出現(xiàn)啟動(dòng)失敗；④雙速電機(jī)的高低速需要兩條電纜，隨著綜采（放）工作面的推進(jìn)，要不斷地移動(dòng)設(shè)備和電纜，增大了其移動(dòng)難度，同時(shí)電纜的故障率也會(huì)成倍增加。

此項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于總裝機(jī)功率1400 kW以下的刮板輸送機(jī)，利用軟啟動(dòng)技術(shù)已將該啟動(dòng)方式成功應(yīng)用于寧煤集團(tuán)、潞安集團(tuán)等SGZ1000/1400前后部刮板輸送機(jī)。

2.2 調(diào)速液力偶合器啟動(dòng)技術(shù)

特點(diǎn)：①對(duì)刮板機(jī)的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊及電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊較小，可使各電機(jī)之間的負(fù)載自動(dòng)達(dá)到平衡，負(fù)載平衡可大大提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件的壽命；②對(duì)水的溫度、純凈度和PH值要求較高；③調(diào)速型主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴；④電磁閥的經(jīng)常故障率是造成刮板機(jī)停機(jī)的主要原因；⑤限矩型液力偶合器與電動(dòng)機(jī)直接連接，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，因偏心問題存在，會(huì)產(chǎn)生較大的徑向負(fù)荷，同時(shí)與減速器連接采用罩筒連接，增加了動(dòng)力部的長(zhǎng)度致使力矩增大，增加易造成動(dòng)力部的損壞，使用壽命縮短；⑥調(diào)速液力偶合器與電機(jī)軸緊密配合，拆裝非常困難，維修更換時(shí)間及故障影響時(shí)間隨之變長(zhǎng)，特別是油封損壞問題既嚴(yán)重又頻繁，所以調(diào)速液力偶合器的故障往往會(huì)占到刮板輸送機(jī)故障的60%以上；⑦知識(shí)產(chǎn)權(quán)不屬于中國(guó)，前沿技術(shù)應(yīng)用困難；⑧對(duì)大負(fù)荷、大功率、大體積而言，配套尺寸較大，會(huì)造成刮板機(jī)布置困難，對(duì)液壓支架的穩(wěn)定性也會(huì)有影響。

應(yīng)用方面：該技術(shù)主要應(yīng)用于總裝機(jī)功率為2000 kW的刮板輸送機(jī)，但調(diào)速液力偶合器主要依靠進(jìn)口、配件供應(yīng)周期長(zhǎng)、水質(zhì)要求高、對(duì)檢修人員技能要求也較高，調(diào)速液力偶合器啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于新汶集團(tuán)、內(nèi)蒙各大煤礦等SGZ1200/2000前后部刮板輸送機(jī)。

2.3 可控啟動(dòng)傳輸裝置（CST）

特點(diǎn)：①可確保每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分擔(dān)負(fù)荷相等；②合理的功率平衡可以有效地延長(zhǎng)動(dòng)力系統(tǒng)零部件的壽命；③可頻繁啟動(dòng)，但啟動(dòng)的次數(shù)受冷卻系統(tǒng)能力限制；④具有很好的啟動(dòng)負(fù)載特性，可真正實(shí)現(xiàn)電機(jī)的空載啟動(dòng)，但設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜、造價(jià)高，其關(guān)鍵部件主要依附進(jìn)口，對(duì)工作介質(zhì)油的性能也有一定要求；⑤較大的維護(hù)難度、較高的運(yùn)行成本及狹窄的維修工作空間限制了CST在我國(guó)礦用刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用；⑥CST系統(tǒng)需要油循環(huán)和冷卻裝置，系統(tǒng)復(fù)雜；⑦CST系統(tǒng)磨擦組件在減速器內(nèi)部，發(fā)生故障時(shí)維修的難度及影響面無法準(zhǔn)確估量；⑧外形尺寸造成對(duì)放頂煤工藝的配套性能差，很難實(shí)現(xiàn)。

由于可控啟動(dòng)傳輸裝置體積較大，造成工作面三機(jī)中的過渡液壓支架穩(wěn)定性降低；且系統(tǒng)較復(fù)雜，發(fā)生故障時(shí)維修困難；同時(shí)工作面環(huán)境相當(dāng)惡劣，故目前國(guó)內(nèi)的刮板輸送機(jī)暫時(shí)無此應(yīng)用，只應(yīng)用于順槽皮帶。

2.4 變頻技術(shù)

特點(diǎn)：①啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可長(zhǎng)時(shí)、低速大扭矩運(yùn)行；②啟停平穩(wěn)，系統(tǒng)沖擊小；③調(diào)速范圍廣、控制精度高、節(jié)能效果佳；④多電機(jī)功率自動(dòng)平衡；⑤智能自動(dòng)化控制，保護(hù)功能完善，運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；⑥在使用高壓且井下工作電源變化較大的情況下，操作尖峰電壓時(shí)常出現(xiàn)，電源單相對(duì)地故障不可避免，易引起電網(wǎng)振蕩；⑦變頻一體機(jī)的國(guó)內(nèi)技術(shù)尚不成熟，國(guó)外對(duì)此技術(shù)進(jìn)行封鎖，國(guó)內(nèi)主要用變頻器+變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

變頻技術(shù)主要應(yīng)用于總裝機(jī)功率最大為4500kW的刮板輸送機(jī)，該技術(shù)既可簡(jiǎn)化刮板機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、降低刮板機(jī)的故障率、又對(duì)電網(wǎng)沖擊較小，還能達(dá)到重載啟動(dòng)的目的，匯能集團(tuán)SGZ1000/2000前后部刮板輸送機(jī)已應(yīng)用。此外，以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)，寧夏天地奔牛集團(tuán)自主研發(fā)了智能刮板機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)速、重載啟動(dòng)、專家自診斷系統(tǒng)、鏈條自動(dòng)張緊、低速檢修等多項(xiàng)功能，成功運(yùn)用于寧煤集團(tuán)、彬長(zhǎng)集團(tuán)、黃陵礦業(yè)等SGZ1000/1710刮板輸送機(jī)。智能刮板機(jī)系統(tǒng)在綜采（放）工作面的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)井工開采技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階。

3 結(jié)束語

未來綜采設(shè)備的發(fā)展，越來越趨向于高產(chǎn)、高效、智能化和自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域，從而對(duì)啟動(dòng)技術(shù)的可靠性要求也不斷提升，而目前煤礦工作面長(zhǎng)度變長(zhǎng)、鏈條規(guī)格加大，造成刮板機(jī)的總裝機(jī)功率隨之增大，為此，加快研發(fā)高可靠性及專家自診斷系統(tǒng)的啟動(dòng)技術(shù)迫在眉睫。只有這樣，才能有效地適應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀，更好地服務(wù)于煤炭綜采（放）工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)行要求。

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