長距離膠帶輸送系統(tǒng)的起動驅(qū)動裝置的選型

皖北煤電集團有限公司 張家兵

1.前言

多點變坡長距離帶式輸送機兼有坡度多和輸送距離長的雙重特點，坡度多則輸送機具體運行工況復(fù)雜多變，輸送距離長則對輸送帶強度和輸送機驅(qū)動方案的確定要求較高，該輸送機帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機頭機尾垂高74.5m，運量1650t/h，帶速3.15m/s，本文根據(jù)此實例具體介紹多點變坡長距離帶式輸送機的軟啟動、軟制動選型過程。

2.幾種主要軟啟動方式

適合于長距離皮帶機的軟啟動方式有：智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)、變頻調(diào)速、基于變頻的液體粘性軟起動裝置、調(diào)速型液力耦合器，CST可控傳輸裝置，以上五種在長皮帶上都有應(yīng)用，各有特點，以下結(jié)合礦山工況逐一分析對比，選取適合的軟啟動方式，服務(wù)于礦山適應(yīng)當(dāng)前機電管理要求。

2.1 變頻調(diào)速

變頻器控制原理是：通過改變電機工作電源頻率方式來控制電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

1、變頻器的軟起動系統(tǒng)具有較好的性能，調(diào)節(jié)精度高,響應(yīng)速度快的優(yōu)點，2、同時變頻器的軟起動一個起動初始頻率，一般在3—5Hz，在此頻率下可以達(dá)到額定的輸出力矩，而此之前，力矩是達(dá)不到設(shè)計力矩的，因此起動時，輸送機有一個突然加速的過程，必須保證在此頻率時變頻器具有1.5倍的輸出轉(zhuǎn)矩才能將輸送機起動起來。3、對于恒轉(zhuǎn)矩特性的皮帶機來說重載起動是正要指標(biāo)，起動力矩不達(dá)標(biāo)時，膠帶機無法重載起車。

2.2 調(diào)速型耦合器

工作原理：調(diào)速型液力偶合器通過電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)勺管的插入深度改變工作液體的充液量來實現(xiàn)起動力矩可控；工作輪泵輪從電機上獲得機械能，并通過泵輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為液力能，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪再把液力能轉(zhuǎn)換為機械能，通過輸出軸輸出，帶動工作機工作，實現(xiàn)原動機與工作機之間能量傳遞。

優(yōu)點：1、單機起動性能不錯，滿足電機空載起動要求；2、隔離扭矩，減緩沖擊，防止過載。

缺點：1.液力偶合器在正常工作時，一般有3—5%的滑差，浪費大量的能量，杜絕用于下運工況，必須水冷；2.調(diào)速型液力偶合器在起動過程中始終存在一個不穩(wěn)定的過渡區(qū)；3.調(diào)速型液力偶合器的體積較大，系統(tǒng)控制性能和控制精度較差，功率平衡差。

2.3 液體粘性軟起動裝置

液粘軟起動裝置工作原理是利用液體的粘性來傳遞扭矩。機械本體結(jié)構(gòu)由主、從動軸，主、從動摩擦片，控制油缸、彈簧、箱體及密封件等組成。當(dāng)主動軸帶動主動摩擦片旋轉(zhuǎn)時，摩擦片之間的粘性流體形成液體薄膜帶動從動摩擦片旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整控制油缸中的液壓大小來調(diào)節(jié)主、從動摩擦片之間的液體薄膜厚度，從而改變從動軸的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的大小，實現(xiàn)機械設(shè)備的可控。

1、液體粘性軟起動裝置具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，而且可以實現(xiàn)低速大扭矩輸出，完全適應(yīng)大功率輸送機帶載起動的需要，這一點，電氣降壓軟起動和調(diào)速型液力偶合器是很難實現(xiàn)的。

2、液體粘性軟起動裝置起動完成后，輸入和輸出軸可以實現(xiàn)1：1傳動，效率接近100%。

3、基于變頻控制的液粘軟起動裝置大大增加液壓系統(tǒng)的抗臟能力，從而大大減少維護(hù)頻次。

4、整體機構(gòu)比較繁雜。

2.4 可控啟動傳輸裝置CST

可控啟動傳輸裝置CST是一種液粘類軟起動裝置，它由行星輪系減速器和低速軸濕式離合器（液粘）組成一體的可控啟動傳輸裝置，采用了一個位于齒輪箱輸出軸側(cè)的濕式離合器系統(tǒng)，使電機能夠在無負(fù)載的條件下啟動。離合器系統(tǒng)包括一套摩擦片(動片)和靜片，靠油壓推動環(huán)形活塞，當(dāng)液壓油對活塞施壓時，離合器片齒合，使輸出軸轉(zhuǎn)動，并在預(yù)訂的控制時間內(nèi)逐漸加速到額定轉(zhuǎn)速。

1、啟動調(diào)速性能好，能夠按照設(shè)定曲線起動，滿足皮帶機啟動要求，

2、集中驅(qū)動功率平衡控制不錯，

3、低速運行會產(chǎn)生大量熱量，需實時冷卻，

4、安裝清潔度高，日常維護(hù)成本高，需專用油。

圖1 山東歐瑞安永磁直驅(qū)電機剖面圖

2.5 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)

電機通過增加電機極對數(shù)，降低轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)電機直驅(qū)，無齒輪驅(qū)動負(fù)載，智能直驅(qū)電機：1、傳動系統(tǒng)簡單，無齒輪減速機構(gòu)，高效節(jié)能、安全可靠，安裝簡單，空間??；2、模塊化設(shè)計—維護(hù)簡捷，自診斷能力好，通過數(shù)據(jù)比對及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在問題，做好故障處理預(yù)案；3、起動扭矩大—能恒定輸出額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩2.2-2.8倍的起動轉(zhuǎn)矩，徹底解決重載起動難的問題，同樣由變頻拖動，異步電機與永磁電機比較，永磁電機轉(zhuǎn)子無需勵磁電流，低頻狀態(tài)依然可提供大轉(zhuǎn)矩；4、智能化數(shù)字化—真正實現(xiàn)智能化礦山控制，方便無人值守；5、功率平衡功能，根據(jù)需要分配多機間載荷，避免單機過載，解決多級驅(qū)動與多點驅(qū)動問題。6、整體重量高不便搬運（見圖1）。

各種軟啟動綜合性能比較如下表所示：

功能 液粘 變頻 CST 調(diào)速型偶合器 永磁直驅(qū)軟起動特性 好 好 好 較好 好功率平衡 好 好 好 一般 好傳動效率 高 高 高 低 高可靠性 較好 較好 較好 一般 高體積 小 中 大 中 小運行成本 中 高 高 低 低投資成本 中 高 高 中 高維護(hù)難度 較小 較大 較大 較小 小節(jié)能情況 中 中 中 差 好

帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機頭機尾垂高74.5m，運量1650t/h，帶速3.15m/s，考慮到永磁直驅(qū)起動效果好，水平皮帶，膠帶安全系數(shù)可略低，6左右，故膠帶可選ST1600。

首先確定傳動滾筒轉(zhuǎn)速：

v—皮帶機帶速，取3.15m/s；

D—傳動滾筒直徑，取1000mm；

輸送機總的牽引力：

Fu=S4-S1+0.03(S4+S1)+WN=227364N

滿載電動工況下需要的軸功率：

P=FU`V=716kW

負(fù)載設(shè)備驅(qū)動轉(zhuǎn)矩（富裕系數(shù)k，取1.1）：

綜上所示，根據(jù)工況要求及電動機額定轉(zhuǎn)矩≥驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的原則，考慮到不同皮帶機驅(qū)動系統(tǒng)的互換性，可選用3臺額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于41798N ● m的礦用隔爆型永磁同步變頻電動機，電機型號為TBVF-450/64YC(660/1140)。

綜上所述對于有變頻應(yīng)用經(jīng)驗的業(yè)主，并且有節(jié)能要求業(yè)主，以及有無人值守方向要求業(yè)主，經(jīng)過客戶使用現(xiàn)場考察，最終確認(rèn)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)是比較理想的選擇。

[1]于巖,李維堅.運輸機械設(shè)計[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1998.

[2]唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機[M].機械工業(yè)出版社.

[3]孫可文.帶式輸送機的傳動理論與設(shè)計計算[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.