長距離管帶機多機可控驅(qū)動方案的對比研究及應(yīng)用

趙國慶 王云龍 馬小云 邱桃 谷顯書

[摘 ? ?要] 對于多機驅(qū)動的大功率、長距離管帶機，都必須采用出力可控的驅(qū)動方式，以實現(xiàn)啟動加速度可控和多機功率平衡。文章主要對目前市場上典型的三種可控驅(qū)動方案進行對比研究，結(jié)合某公司承擔的長距離管帶機項目具體情況，擇優(yōu)選擇一種可控驅(qū)動形式，要求該方案既能保證整機的平穩(wěn)啟動和功率動態(tài)平衡控制，又經(jīng)濟性最優(yōu)。通過項目實際應(yīng)用情況研究，該方案運行穩(wěn)定可靠，取得了良好經(jīng)濟效益和社會效益。

[關(guān)鍵詞] 管帶機;可控啟動;平衡控制;研究

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 23. 032

[中圖分類號] F273 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2019）23- 0072- 02

0 ? ? ?引 ? ?言

在長距離、大功率的管帶機設(shè)計計算過程中，如何合理選擇管帶機驅(qū)動方式是計算選型的關(guān)鍵，將直接影響高價值配套設(shè)備膠帶的選型，也是后期能否正常穩(wěn)定運行、維修費用大小和維修量多少的關(guān)鍵影響因素。因此，對多種可控軟啟動方式進行對比研究，再根據(jù)項目具體情況擇優(yōu)選擇很有必要。

1 ? ? ?長距離、大功率管帶機多機驅(qū)動控制要求

（1）能控制啟動加速度，低加速度實現(xiàn)平穩(wěn)起動，能根據(jù)膠帶張力情況可控順序啟動，從而降低對輸送帶帶強的要求。

（2）能長期低速穩(wěn)定運行，滿足低速驗帶和試運行調(diào)試糾扭。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)多電機驅(qū)動時的功率平衡，保證電機均衡分擔負載，滿足帶式輸送機恒轉(zhuǎn)矩負載特性。

（4）具備良好的調(diào)速性能，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)率。

2 ? ? ?3種典型可控驅(qū)動方案分析與對比

2.1 ? 高效電機+CST（行星減速機+濕式液壓離合器+控制器）

CST是一個帶有電-液反饋控制及齒輪減速機、在低速端裝有濕式離合器的機電一體化驅(qū)動裝置。工作時，通過控制器設(shè)置需要的加速曲線和啟動時間。收到啟動信號后，電機空轉(zhuǎn)啟動達到額定速度，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力，當反應(yīng)盤相互作用時，其輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比，設(shè)在輸出軸上的速度傳感器檢測出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，將該速度信號與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線進行比較，其差值用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，從而確保穩(wěn)定的加速斜率，實現(xiàn)平滑啟動。功率平衡控制是通過檢測電機電流，PLC進行對比計算，再向CST控制器輸入控制信號，調(diào)節(jié)壓力盤比例控制閥，從而改變輸出轉(zhuǎn)矩，達到功率平衡控制目的。

2.2 ? 變頻電機+標準減速機+變頻器

電機的轉(zhuǎn)速與頻率成正比，只要改變頻率就可以改變電機的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速就是通過改變電機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。變頻器是針對電機控制研發(fā)的一種設(shè)備，一般通用型交流傳動設(shè)備都是電壓源型交-直結(jié)構(gòu)。變頻裝置從啟動到運行全程參與對電動機的控制，使電動機按照設(shè)定的參數(shù)長時間運轉(zhuǎn)，也能實時調(diào)整運行參數(shù)，滿足啟動、調(diào)速、功率平衡控制等不同應(yīng)用需求。

2.3 ? 高效電機+調(diào)速型液力耦合器+標準減速機+專用電腦控制系統(tǒng)

調(diào)速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、工作室、油箱、進油室和回油室組成。調(diào)速型液力耦合器是以液體為介質(zhì)，傳遞動力并實現(xiàn)無級調(diào)速的液力傳動裝置。一端直接連接在電機的輸出端，另一端通過減速機拖動輸送機運行。啟機之前先使調(diào)速型液力耦合器的導流管插入最深處（以保證當輸入軸高速旋轉(zhuǎn)時輸出軸轉(zhuǎn)速為零），實現(xiàn)空載啟動驅(qū)動電機，當電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速后，通過電動執(zhí)行器控制導流管緩慢拔出，從而帶動輸出軸由零速逐漸加速至額定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管帶機的軟啟動。這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)在驅(qū)動輸送機運行過程中，通過對耦合器工作室壓力和液壓油量的調(diào)整控制轉(zhuǎn)速，從而達到控制輸送帶速度的目的。在停止驅(qū)動電機之前，先通過電動執(zhí)行器控制導流管緩慢插入到最深處，輸出軸由額定轉(zhuǎn)速逐漸減速。當輸出軸速度接近零速時，再停止驅(qū)動電機，實現(xiàn)管帶機的軟停車。功率平衡控制是通過檢測電機電流，PLC進行對比計算，再向耦合器導流管步進電機輸入比例控制信號，調(diào)節(jié)導流管開度，從而改變輸出速度及轉(zhuǎn)矩，達到功率平衡控制目的。

3種啟動結(jié)構(gòu)對比如表1所示。

通過三種典型可控驅(qū)動形式的分析對比，結(jié)合公司長距離管帶機項目路線特性、環(huán)境、經(jīng)濟狀況等因素，選擇高效電機+調(diào)速型液力耦合器+標準減速機+專用電腦控制系統(tǒng)的可控驅(qū)動形式，經(jīng)濟可靠，綜合指數(shù)高。

3 ? ? ?基于調(diào)速型液力耦合器多機驅(qū)動的應(yīng)用研究

應(yīng)用項目簡介： 整個輸送系統(tǒng)采用單路輸送，由3條輸送設(shè)備組成， 1條C1普通槽型皮帶機，1條C2管狀帶式輸送機（D400管徑，機長2 400米），1條C3普通槽型皮帶機，系統(tǒng)設(shè)計運量800 t/h，工藝如圖1所示。

本文主要分析C2長距離管帶機驅(qū)動應(yīng)用情況，其整機參數(shù)如表2所示。

C2管帶機由于輸送線路較長，驅(qū)動方式采用頭、尾驅(qū)布置形式，頭尾相距較遠。另外膠帶具有一定的彈性、沿程阻力等，張力傳遞有一個滯后過程，可能存在膠帶打滑現(xiàn)象，磨損膠帶及驅(qū)動滾筒，因此必須保證頭尾驅(qū)動可控啟動，且啟動和運行功率平衡。

該項目基于調(diào)速型液力耦合器多機啟動控制的應(yīng)用研究：

①將調(diào)速型液力耦合器執(zhí)行機構(gòu)的開度調(diào)為零，相關(guān)輔助設(shè)備檢查按設(shè)計投入;②頭部電機空載啟動，按設(shè)計計算設(shè)置頭部耦合器速度，控制加速度曲線;③頭部膠帶緩慢啟動，控制頭部耦合器開度，延時，根據(jù)尾部膠帶張力檢測值，實時投入尾部電機，并設(shè)置調(diào)速型液力耦合器調(diào)速速度跟隨，按出力分配自動控制調(diào)速型液力耦合器勺桿開度;④根據(jù)啟動預設(shè)速度梯度，循環(huán)上述步驟，每個階段根據(jù)驗帶要求及運行情況設(shè)置延時;⑤待膠帶達到額定速度后，自動切換投入功率平衡模式。

該項目基于調(diào)速型液力耦合器多機功率平衡控制的應(yīng)用研究：

①設(shè)計人員采用專用電腦控制系統(tǒng)中的PLC控制器實時采集頭、尾驅(qū)動電機的功率，然后分別通過頭、尾驅(qū)動功率計算模塊進行數(shù)據(jù)計算和比較，與預設(shè)參數(shù)進行比對實時輸出控制調(diào)節(jié)信號;②當功率變化率Pη≤-5% （實際功率小于平均功率）時，PLC控制器輸出4～20mA模擬量信號，通過電動執(zhí)行機構(gòu)控制液力耦合器導流管緩慢拔出，控制輸出軸速度逐漸增加，驅(qū)動功率相應(yīng)增大，從而實現(xiàn)功率平衡調(diào)節(jié)的目的;③當功率變化率Pη≥5%（實際功率大于平均功率）時，電動執(zhí)行機構(gòu)控制導流管緩慢插入，輸出軸速度逐漸減小，驅(qū)動功率相應(yīng)減小，從而實現(xiàn)長距離管帶機多機驅(qū)功率平衡。

通過機長2 000多米的管帶機實際應(yīng)用研究表明，可控啟動時膠帶沖擊基本可以忽略不計（拉緊重錘啟動時基本穩(wěn)定在一個位置不變），啟動后，通過實時功率平衡控制，各機出力相當，且不同工況下維持穩(wěn)定，重載時實際總功率為選型總功率一半，由此功率不平衡系數(shù)亦可忽略不計，這對延長設(shè)備壽命特別是膠帶壽命和節(jié)約用電提供了可靠保證，得到業(yè)主贊譽。

4 ? ? ?結(jié) ? ?論

通過分析，3種可控啟動方案各有優(yōu)缺點，具體選擇哪種啟動方式，還需根據(jù)項目實際情況，從技術(shù)經(jīng)濟、業(yè)主要求、環(huán)境狀況等多方面研究，最終選擇最理想的驅(qū)動方式。從應(yīng)用效果來看，高效電機+調(diào)速型液力耦合器+標準減速機+專用電腦控制系統(tǒng)的方式綜合性能更優(yōu)，更貼合以膠帶為媒介的柔細連續(xù)輸送設(shè)備驅(qū)動特性，安全邊際更高，經(jīng)濟性更好，應(yīng)是長距離、大功率、多機驅(qū)動管帶機首選驅(qū)動方式。

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