帶式輸送機常見驅(qū)動方式的對比分析

趙 奇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

帶式輸送機常見驅(qū)動方式的對比分析

趙 奇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

以帶式輸送機常見驅(qū)動方式為研究對象，詳細介紹了異步電動機帶限矩型液力偶合器驅(qū)動方式、異步電動機帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動方式、異步電動機帶CST裝置驅(qū)動方式以及變頻驅(qū)動方式等帶式輸送機常見驅(qū)動方式的工作原理，并重點分析了各自的優(yōu)缺點，同時對帶式輸送機驅(qū)動方式未來發(fā)展方向進行了概述，為帶式輸送機驅(qū)動方式設計選型提供了借鑒和參考。

帶式輸送機；驅(qū)動方式；優(yōu)缺點；對比分析

0 引 言

帶式輸送機的設計與應用起源于國外，經(jīng)過多年的發(fā)展革新，目前國外的帶式輸送機的各項技術(shù)發(fā)展迅速、趨于成熟，無論是帶式輸送機的運輸功能還是控制技術(shù)都遠超于我國現(xiàn)狀，具體體現(xiàn)在以下方面：首先，國外設計的帶式輸送機功能越來越強大，越來越豐富，如爬坡角度越來越大、實現(xiàn)了帶式輸送機轉(zhuǎn)彎功能、管狀環(huán)保帶式輸送機設計等等，可以依據(jù)實際使用要求，設計滿足需要的各類型帶式輸送機，應用的領域也越來越廣泛；其次，國外設計的帶式輸送機在技術(shù)裝備取得了諸多突破，如驅(qū)動裝置正發(fā)生革命性變化，無齒傳動技術(shù)的出現(xiàn)、同步電動機驅(qū)動技術(shù)的應用等等，以及帶式輸送機配套保護裝置和附加裝置的豐富與完善，這使得帶式輸送機的運行性能和可靠性得到了很大的提高。

1 異步電動機帶限矩型液力偶合器驅(qū)動方式

異步電動機帶限矩型液力偶合器驅(qū)動方式是目前帶式輸送機使用最為常見的一種驅(qū)動裝置方式。限矩型液力偶合器是利用液力傳動油進行能量傳遞的一種液力傳動裝置，以液力傳動油作為工作介質(zhì)，通過泵輪和渦輪將機械能和液體的動能相互轉(zhuǎn)化，從而連接原動機與工作機械實現(xiàn)動力的傳遞。

限矩型液力偶合器是一種柔性的傳動裝置，與普通的機械傳動裝置相比，具有很多獨特之處：能夠消除機械沖擊和振動；輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速，兩軸的轉(zhuǎn)速差，隨載荷的增大而增加；液力偶合器的傳動效率等于輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比。一般液力偶合器正常工況的轉(zhuǎn)速比在0.95以上時，可獲得較高的效率。它一般靠殼體自然散熱，不需要外部冷卻的供油系統(tǒng)。

此驅(qū)動方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、性價比高、日常維護工作量小、對維修人員技能水平要求較低、初期投資和日后維修費用低；多臺電機并行使用時，常采用逐臺延時啟動策略，以減小帶式輸送機驅(qū)動電動機全壓起動時對電網(wǎng)的沖擊；限矩型液力偶合器最大額定轉(zhuǎn)矩保護功能具有一定的電動機過載保護。缺點是目前只適用于總機長小于1 500 m以下、小坡度的帶式輸送機設計選型；與其他軟起動技術(shù)相比，限矩型液力偶合器軟起動性能較差，傳動效率也偏低。

2 異步電動機帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動方式

異步電動機帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動是大型帶式輸送機常用的一種驅(qū)動方式之一，這種驅(qū)動方式是既限矩型液力偶合器發(fā)展起來的一種新的傳動方式。調(diào)速液力偶合器是以液體為介質(zhì)傳遞動力、可實現(xiàn)無級調(diào)速軟起動功能的液力傳動裝置。調(diào)速液力偶合器是通過改變偶合器工作腔中液體傳動油的充滿度，在保證輸入軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，無級地改變輸出軸的轉(zhuǎn)速。即工作腔中液體傳動油充滿度與輸出軸轉(zhuǎn)速成正比例關系，工作腔中液體傳動油充滿度最大，輸出軸轉(zhuǎn)速最高，工作腔中工作油充滿度最小，輸出軸轉(zhuǎn)速最低。

調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動的優(yōu)點：能使電機空載啟動，滿速后再進行帶載，實現(xiàn)帶式輸送機的軟起動功能，降低對機械設備的沖擊和損壞，降低電動機啟動電流，對電網(wǎng)沖擊?。欢嗯_電動機驅(qū)動時，能實現(xiàn)多臺電動機功率平衡控制，實現(xiàn)輸出功率均衡控制；當輸送機發(fā)生過載時，調(diào)速型液力偶合器因非直接機械連接傳動，能自動產(chǎn)生輸入與輸出滑差，從而實現(xiàn)卸載負荷，保護電動機和傳動部件不受損壞；在故障狀態(tài)下，可以在手動控制下，實現(xiàn)強制運行；可實現(xiàn)慢速驗帶，為設備點檢與檢修提供便利條件；對維護人員的電氣水平要求相對較低。

同時，調(diào)速型液力偶合器也存在一些問題：初期投資較大，依然需要配置相應減速機，而且還額外需要較大安裝空間；不可以長時間帶載低速運行，容易導致調(diào)速型液力偶合器本體發(fā)熱過大，燒損部件；調(diào)速型液力偶合器帶式輸送機電動機啟動過程中，對外無有效功率輸出，機械效率為零，存在一定電能浪費缺陷；調(diào)速型液力偶合器由于附加油液冷卻裝置，整個裝置體積較大，因需要大量液體傳動油作為傳動介質(zhì)，導致日常維護費用較高，設備故障率也隨裝置部件增多而增高；調(diào)速型液力偶合器動態(tài)響應速度慢，功率平衡精度低。

3 異步電動機帶CST驅(qū)動方式

可控起動傳輸（CST）是由美國道奇公司研制開發(fā)的一種帶有電液反饋控制的齒輪減速器，用于大慣性負載平滑起動的多級減速齒輪裝置，主要結(jié)構(gòu)包括可編程控制裝置、減速齒輪箱、液力傳動油供給系統(tǒng)和油冷卻系統(tǒng)組成。通過控制濕式摩擦片離合裝置將電機的動能通過齒輪減速箱減速作用于被拖動設備，因該設備滿足電氣防爆要求，一般多用于礦山井下防爆區(qū)域生產(chǎn)設備驅(qū)動。

可控起動傳輸（CST）通過比例閥及控制系統(tǒng)實現(xiàn)軟起動與功率平衡，是集減速離合、調(diào)速于一體的傳動裝置，它是基于機械原理的調(diào)速系統(tǒng)，主要由二級或三級齒輪減速機、濕式線性離合器、液壓控制器及冷卻系統(tǒng)組成，主電動機可空載起動到全速，速度負反饋伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動液壓控制器調(diào)節(jié)離合器的液體壓力，通過油膜剪切力驅(qū)動負載，使輸出力矩與液體壓力成正比，從而按設定的速度曲線驅(qū)動帶式輸送機。該驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的線性度，因此輸出速度及加速度基本不受負載波動的影響。

CST裝置的優(yōu)點：與調(diào)速型液力耦合器相比，省去減速機，結(jié)構(gòu)上有所簡化；電動機起動時，能夠平穩(wěn)起動，實現(xiàn)空載啟動，適用于對于力矩與加速度要求不高場合；并且通過峰值力矩作為起動力矩，大大減少電動機起動時間；實現(xiàn)了設備的可控起動與停車，對于設備起動加速度能夠在較廣范圍間進行調(diào)整與控制，在該條件下，設備處于較平穩(wěn)的起動環(huán)境，增加了設備各部件的使用壽命；能夠提供多驅(qū)動裝置同步起動，精確控制電機功率平衡與運行速度；

CST裝置的不足之處：雖然省去了減速機，但是增加液壓系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)，占地面積較大；夏季CST裝置運行過程中溫升較高，各部件均需要強制冷卻裝置，冬季為保證啟動過程中，液壓傳動油的順利流動，管路上需要增加加熱保溫裝置；其液壓與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，并且設備用油質(zhì)量要求非常高，對設備維護人員技術(shù)水平提出較高要求，日常維護量加大，維護成本較高；調(diào)速范圍能夠滿足空載條件下，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在10%～100%任意調(diào)節(jié)，但只滿足空載情況，重載條件因發(fā)熱量巨大而不宜長時間運行；傳動效率不高；在啟動與停車過程中有較大的滑差。

4 變頻調(diào)速驅(qū)動方式

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。

變頻調(diào)速驅(qū)動方式主要是由變頻器和電動機組成。變頻器一般包含4部分：整流部分、濾波部分、逆變部分和控制部分。其中整流部分與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動的直流電壓，整流部分一般分為可控和不可控的種基本類型。濾波部分是將整流產(chǎn)生脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用。逆變部分利用半導體器件的導通和關斷，將固定的直流電壓變換成可變的交流電壓，從而輸出理想的電壓的頻率。控制部分只變頻器的中樞神經(jīng)，控制著整個變頻器各項工作，將控制信號傳送給整流部分、濾波部分和逆變部分，同時它也接收來自這部分的信號。

該驅(qū)動方式的優(yōu)點：具有較好節(jié)能效果、簡化機械驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)；變頻調(diào)速技術(shù)趨于成熟，高低壓變頻技術(shù)已能夠滿足實際生產(chǎn)需要，并且能夠進行多機并行功率均衡驅(qū)動；運行可靠性能高，能夠進行工頻旁路運行，在過電流、電壓波動與過載發(fā)生的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護控制；可控性能強，滿足可控起動與停車，在低速段能夠長期穩(wěn)定運行；可以實現(xiàn)無極調(diào)速功能，具有良好節(jié)能效果和潛力；低速運行穩(wěn)定，啟動電流小，功率因數(shù)高，并且多機驅(qū)動功率平衡好，速度同步好，精度高；調(diào)速運行穩(wěn)定，啟動過程中對機械設備沖擊將至最低。

該驅(qū)動方式的缺點：初期投資較大，后期維護費用高；對維修技能要求較高，需要配置高技能維護團隊；目前，變頻器散熱問題和防爆問題，依然是制約變頻器推廣應用的一個條件，尤其是對于井下帶式輸送機設計選型受到嚴重的制約。對于運行環(huán)境較為嚴格，粉塵環(huán)境、潮濕環(huán)境、高低溫條件均對變頻器使用壽命產(chǎn)生影響。

5 帶式輸送機驅(qū)動方式未來發(fā)展方向

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機的驅(qū)動技術(shù)也隨之不斷更新完善。一方面，在大運量、長距離、大傾角輸送需求的驅(qū)動下，多級驅(qū)動技術(shù)、中級驅(qū)動技術(shù)、多級驅(qū)動功率平衡技術(shù)等已成為了帶式輸送機發(fā)展的新方向之一，避免多電機驅(qū)動全壓重載啟動的時候?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊作用，并使帶式輸送機獲得更好的啟動性能。另一方面，隨著傳動技術(shù)的革新，進一步簡化帶式驅(qū)動裝置也將是一個新的發(fā)展方向，例如柔性永磁傳動技術(shù)將替代液力傳動裝置，不僅實現(xiàn)軟啟動目的，同時簡化驅(qū)動裝置，節(jié)約后期維護費用；同步電動機驅(qū)動技術(shù)、無齒傳動技術(shù)等作為新興技術(shù)，向傳統(tǒng)帶式輸送機驅(qū)動技術(shù)發(fā)起沖擊，目前該技術(shù)在國內(nèi)帶式輸送機設計與應用還是起步階段，但同步電動機驅(qū)動技術(shù)、無齒傳動技術(shù)將大大簡化帶式輸送機驅(qū)動裝置，并且通過減少驅(qū)動裝置，不僅可以大幅度減少初期投資，同時將獲得更高的功率傳動效率。此外，隨著社會對環(huán)境保護意識的加強，環(huán)保型帶式輸送機也將成為未來發(fā)展的一個亮點，比如管狀帶式輸送機，不僅實現(xiàn)物料運輸過程中的節(jié)能環(huán)保，同時還有利于帶式輸送機轉(zhuǎn)彎功能的實現(xiàn)。

6 結(jié)論

綜上所述，異步電動機帶限矩型液力偶合器驅(qū)動方式、異步電動機帶調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動方式、異步電動機帶CST裝置驅(qū)動方式以及變頻驅(qū)動方式等帶式輸送機常見驅(qū)動方式各自優(yōu)缺點進行闡述，同時對帶式輸送機驅(qū)動方式未來發(fā)展方向進行了概述。無論是企業(yè)還是帶式輸送機設計者，應從實際情況出發(fā)，設計適合于既滿足自身生產(chǎn)實際需要，又滿足初期投資要求的科學合理的帶式輸送機驅(qū)動方式。

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Comparison analysis of common driving mode of belt conveyor

ZHAO Qi

(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhaote 026000,China)

Based on common belt conveyor driving mode as the research object,the article introduces type asynchronous motor with limited moment hydrodynamic coupling driving mode,the asynchronous motor with speed control type hydraulic coupler driving mode,the asynchronous motor drive mode and variable frequency driving way with CST device working principle of common belt conveyor driving mode,and analyzes the advantages and disadvantages,and summarizes the future development direction of belt conveyor driving way,which provides reference for belt conveyor driving way to design selection.

belt conveyor;driving way;advantage and disadvantage;comparison and analysis

TD528+.1

B

1671－9816（2017）11－0047－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.013

趙奇.帶式輸送機常見驅(qū)動方式的對比分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：47-49.

2017-05-22

趙 奇（1985—），遼寧阜新人，碩士，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學，現(xiàn)任神華北電勝利能源有限公司技術(shù)主管，從事選煤廠設備維護保養(yǎng)管理工作。

【責任編輯：張 夙】