智能變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)在主焦煤業(yè)23采區(qū)膠帶輸送機(jī)的研究運用

曹建民　于明鑫

摘 要：為了使膠帶輸送機(jī)達(dá)到安全可靠、高效節(jié)能、低噪聲、免維護(hù)、運行平穩(wěn)等特點，安陽市主焦煤業(yè)有限責(zé)任公司在23采區(qū)皮帶下山采用智能變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動裝置的膠帶輸送機(jī)，拋棄了異步電動機(jī)、減速器、液力耦合器，直接驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、效率提高、噪音降低、安裝方便。

關(guān)鍵詞：智能變頻 永磁直驅(qū)系統(tǒng) 高效節(jié)能

中圖分類號：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0030-02

1 工程簡介

安陽市主焦煤業(yè)有限責(zé)任公司井田位于河南、河北兩省交界處，行政區(qū)劃分屬河北省磁縣觀臺鎮(zhèn)和河南省安陽縣倫掌鄉(xiāng)，南鄰紅嶺煤礦，北接河北省觀臺井田。礦井核定產(chǎn)能為60萬t/年，為立井、暗斜井，多水平開采方式，一對主、副立井，井深均為280m，現(xiàn)開采水平為-350水平。根據(jù)井下開拓開采布置和礦井產(chǎn)量的提升，在23采區(qū)皮帶下山需要安裝一部固定式帶式輸送機(jī)。主焦煤業(yè)23采區(qū)為22采區(qū)接替新采區(qū)，其23采區(qū)皮帶下山主要用于23采區(qū)行人、煤炭運輸、通風(fēng)等作用。23采區(qū)皮帶下山提升高度130m，平均坡度11°，小時運量按Q=630t/h進(jìn)行設(shè)計。

2 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的性能特點

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)采用“永磁直驅(qū)電機(jī)”替代傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動裝置，拋棄了異步電動機(jī)、減速器、液力耦合器，直接驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、效率提高、噪音降低、安裝方便，而且工人無需再進(jìn)行日常維護(hù)、檢修，從而節(jié)約了大量的人力、物力成本。

傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)與智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)如圖1所示。

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)智能化

該系統(tǒng)運用無傳感器矢量控制技術(shù)（SVC）變頻起動，能實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的緩慢勻速起動，避免了電機(jī)起動的瞬間大電流給電網(wǎng)帶來的沖擊，以及轉(zhuǎn)矩波動給傳動系統(tǒng)帶來的機(jī)械沖擊，由此降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機(jī)械故障。當(dāng)系統(tǒng)需要多電機(jī)驅(qū)動時，通過主從控制實現(xiàn)功率平衡，能夠避免因出力不均而造成的電機(jī)損壞。同時該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程控制、在線監(jiān)控、故障診斷。

2.2 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)

傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)使用的異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩通常是額定轉(zhuǎn)矩的55%，無法實現(xiàn)系統(tǒng)滿載起動，而智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)所使用的永磁直驅(qū)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的220%，當(dāng)工況需要滿載或過載起動時，無需人工卸載，即可直接起動，避免因堵轉(zhuǎn)、過載而造成的電機(jī)損壞，同時極大地減輕了操作工人的勞動強(qiáng)度。

2.3 系統(tǒng)免維護(hù)

由于該系統(tǒng)不需要減速器、機(jī)械軟起裝置，因此，在實際使用中無需更換潤滑油、檢修齒輪箱，節(jié)約了使用成本、減低了維護(hù)工作量。

2.4 高效節(jié)能

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無需勵磁，損耗小，效率高。

（2）無減速系統(tǒng)及附屬的液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，使得中間損耗近似為0，傳動效率近似100%。

（3）高效區(qū)廣，永磁電機(jī)在0%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)效率普遍高，不僅在額定工作點的效率高，在低負(fù)載、低速條件下也有相當(dāng)高的效率。

3 主焦煤業(yè)23采區(qū)帶式輸送機(jī)主要技術(shù)要求

23采區(qū)皮帶下山帶式輸送機(jī)為固定式，傾斜布置，機(jī)頭卸載，機(jī)尾裝載。采用智能變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)傳動（2個傳動滾筒、2臺電動機(jī)、低壓交流變頻），自動液壓絞車?yán)o，鋼絲繩芯阻燃輸送帶，按煤礦安全規(guī)程配置急停閉鎖、跑偏、堆煤、煙霧、縱向撕裂、超溫、灑水、打滑等保護(hù)裝置，具有聲光報警功能。

（1）驅(qū)動裝置。采用2個傳動滾筒、2臺電動機(jī)驅(qū)動。帶式輸送機(jī)采用礦用隔爆型永磁同步變頻電動機(jī)，功率250kW，電壓等級660/1140V。

（2）電動機(jī)。采用礦用隔爆型永磁同步變頻電動機(jī)，要求電動機(jī)效率高，精度高，每天能連續(xù)22h滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，運行穩(wěn)定，始終保持正常的工作溫度。

（3）聯(lián)軸器。電機(jī)采用蛇形彈簧聯(lián)軸器與滾筒軸直接相連，使用系數(shù)要求大于1.5倍的電動機(jī)驅(qū)動功率。

（4）滾筒。滾筒的選擇嚴(yán)格按照帶式輸送機(jī)功率進(jìn)行計算，其許用扭矩滿足帶式輸送機(jī)滿負(fù)荷啟動和各種工況下的要求。滾筒軸其許用扭矩及許用合力均應(yīng)滿足設(shè)計要求。滾筒軸材料為鍛鋼40Cr，采用超聲波或磁粉探傷。滾筒裝配時軸承與軸承座油腔內(nèi)應(yīng)充以3號鋰基潤滑脂，軸承填充量為軸承間隙的2/3，軸承座中應(yīng)填滿。滾筒裝配后應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，運轉(zhuǎn)阻力系數(shù)小于0.02。滾筒采用鑄膠，材質(zhì)聚氨酯，刻菱形花紋，厚度不少于25mm，表面不允許有氣泡、裂痕、開膠、脫層現(xiàn)象，各滾筒配用SKF軸承。漲緊套選用正規(guī)品牌，有合格的出廠檢驗報告、編號。

（5）托輥。托輥直徑全部Φ133，托輥在正常使用條件下的使用壽命不低于25000h。承載托輥組全部采用35°槽形托輥組，間距1500mm，每10組承載托輥組中設(shè)1組調(diào)心托輥組。回程托輥組全部采用V型前傾托輥組，槽角10°，間距3000mm，7組回程托輥組中設(shè)1組調(diào)心托輥組，托輥離地間隙不小于400mm。受料處采用緩沖床組，受料段總長4.5m，設(shè)置3套緩沖床。

（6）張緊裝置。采用自動液壓絞車?yán)o裝置，最大張緊力>130kN。

（7）支架。帶式輸送機(jī)的頭部支架、尾部支架、拉緊裝置支架、傳動裝置支架有足夠的剛度和強(qiáng)度，其制造誤差不得超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。機(jī)頭后部設(shè)置漲緊裝置并滿足不少于50m漲緊儲帶。制造所使用的板材與型材選用優(yōu)質(zhì)鋼材，并經(jīng)過鋼材預(yù)處理生產(chǎn)線噴丸處理。鋼板、型鋼下料均無裂紋、裂縫、皺紋等，并清除毛刺。焊縫不得有燒穿、裂紋、未熔合、未焊透、未焊滿等現(xiàn)象。支架焊接工藝應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，主要受拉的焊接部位應(yīng)進(jìn)行探傷檢查。

（8）逆止器。逆止器選用NJZ100型，數(shù)量2臺，單臺逆止力矩100kN·m。endprint

（9）制動器。制動器選擇KZP1000/2×100盤式制動器1臺，制動力矩45kN·m。

（10）機(jī)身。機(jī)身采用鋼架落地式，中間架和中間架支腿采用螺栓連接，中間架每3m為一節(jié)，中間架支腿每3m布置一個。中間架采用120×53×5.5號槽鋼，支腿為DTII型。

（11）機(jī)尾。機(jī)尾采用固定式三角頭架機(jī)尾。

（12）清掃器。輸送機(jī)頭部設(shè)置H型、P型清掃器各1道，機(jī)尾設(shè)置兩道空段清掃器，均采用高分子聚氨酯材料刮刀。

4 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)的使用效果

由于主焦煤業(yè)公司23采區(qū)綜采工作面和掘進(jìn)工作面產(chǎn)出的原煤及矸石全部通過膠帶輸送機(jī)進(jìn)行運輸，如何提高系統(tǒng)運輸效率成為關(guān)鍵因素。23采區(qū)皮帶下山通過使用配套永磁直驅(qū)變頻驅(qū)動裝置的膠帶輸送機(jī)，使驅(qū)動設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡化。

（1）省去減速箱。每年節(jié)省減速箱直接使用的齒輪油費用約1.2萬元。

（2）省去液力耦合器。使電機(jī)直接與傳動滾筒進(jìn)行剛性連接，過載系數(shù)由原來的0.8提高至2.5，滿足了現(xiàn)場設(shè)備重載起動要求。

（3）效率、節(jié)能有所提高。電機(jī)機(jī)械傳動效率由原來的75%提高至95%，節(jié)能效率提高20%。

（4）傳動設(shè)備實現(xiàn)免維護(hù)，使工人維修勞動強(qiáng)度大大降低。

（5）通過變頻，運行速度可實現(xiàn)由0.2～2.4m/s的高低速實時調(diào)節(jié)，極大提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語

主焦煤業(yè)公司23采區(qū)皮帶下山膠帶輸送機(jī)使用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)后，與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)相比去掉了減速機(jī)、液力耦合器和同步齒輪，具有安全可靠、高效節(jié)能、低噪聲、免維護(hù)、運行平穩(wěn)等特點，其中永磁電動機(jī)效率達(dá)到了國家一級耗能（IE4）標(biāo)準(zhǔn)，具有高級數(shù)、可輸出較大轉(zhuǎn)矩的特點，從而使傳動系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)果變得簡單，既提高了設(shè)備效率，又降低了成本。因此，智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在膠帶運輸方面的應(yīng)用將會成為一種趨勢。

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