帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘要】本文將皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部分現(xiàn)有三項(xiàng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)改造為永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取消了減速機(jī)、偶合器等中間環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)比結(jié)果顯示，有效的提高傳動(dòng)效率，降低驅(qū)動(dòng)部分故障率，保證了煤炭輸送量。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī)；永磁電機(jī)；優(yōu)化

引言

永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機(jī)相比，不含直流電機(jī)的換向器和電刷點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好；與普通同步電動(dòng)機(jī)相比，不含勵(lì)磁裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制。可見(jiàn)，采用永磁同步電動(dòng)機(jī)取代異步電動(dòng)機(jī)用于大功率帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)是非常有效的節(jié)能辦法。

1改造方案

1.1已知工況

本文根據(jù)潘集某礦西翼2×75KW“智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)”帶式輸送機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。皮帶機(jī)額定運(yùn)量Q=600（t/h） 、帶寬：B=1000（mm）、帶速：V=2.5（m/s） 、巷道傾角：β=0～8°、水平運(yùn)距： Lh=620（m） 、巷道拐彎角度：98.5°、皮帶機(jī)軸功率：N=115（kW）。原驅(qū)動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)、減速器、液力偶合器組成，驅(qū)動(dòng)部中間環(huán)節(jié)較多，維護(hù)環(huán)節(jié)多；傳動(dòng)效率低，用電量偏大；驅(qū)動(dòng)部體積偏大，對(duì)巷道及硐室要求高，安裝工作量大。

1.2帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)部改造

根據(jù)永磁電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和關(guān)于本皮帶機(jī)工況的技術(shù)要求，擬采用75kW永磁直驅(qū)系統(tǒng)。皮帶機(jī)配用兩套永磁直驅(qū)系統(tǒng)，永磁直驅(qū)系統(tǒng)單臺(tái)額定功率75kW、額定電壓1140V、額定頻率27Hz、額定轉(zhuǎn)速81 r/min、額定轉(zhuǎn)矩26528N.m、過(guò)載轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2.2倍、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2倍、電動(dòng)機(jī)冷卻方式為水冷、配套變頻器為BPJ系列變頻器配套變頻器額定輸入頻率50Hz。

傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器將動(dòng)力傳給滾筒帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)的傳動(dòng)方式明顯的缺點(diǎn)是：由于通過(guò)幾級(jí)傳動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率低，啟動(dòng)不平穩(wěn)，重載啟動(dòng)困難。由于構(gòu)成的部件多，需要對(duì)減速器、液力偶合器等部件的維護(hù)及更換，增加用戶的日常工作量。

經(jīng)技術(shù)改造后的無(wú)齒輪永磁直驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)，由永磁同步電機(jī)、永磁同步變頻器和皮帶機(jī)機(jī)頭組成，如圖2所示。由于永磁電動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)家一級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)，具有高極數(shù)，可輸出較大的轉(zhuǎn)矩和較低的轉(zhuǎn)速。與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)相比，去掉了液力偶合器、減速器，可以直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒嗎，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，增加了傳動(dòng)效率；另外，變頻器可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和多驅(qū)動(dòng)電機(jī)間的功率平衡。與傳統(tǒng)皮帶系統(tǒng)相比具有高效、節(jié)能、低噪音、免維護(hù)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。

從圖1、2可以看出，永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案與傳統(tǒng)的異步電機(jī)比較，取消了減速機(jī)、液力偶合器等中間環(huán)節(jié)，減少了維護(hù)，增大了傳動(dòng)效率。因此，與傳統(tǒng)的異步電機(jī)相比較，采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

2.1安全性比較

永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)絕緣采用真空灌封技術(shù)，比異步電動(dòng)機(jī)絕緣好，防水、防塵、防污效果顯著，適用于煤礦井下環(huán)境較差的工況。永磁直驅(qū)系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)少，故障率低，可靠性較高。自安裝以來(lái)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)過(guò)任何故障。

2.2井巷工程比較

永磁直驅(qū)系統(tǒng)方案驅(qū)動(dòng)部分沒(méi)有減速器、偶合器和聯(lián)軸器等構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)部分尺寸比異步電動(dòng)機(jī)大大減小，西翼矸石大巷現(xiàn)有兩個(gè)專門為原有電機(jī)設(shè)計(jì)的硐室，其單個(gè)造價(jià)約為14萬(wàn)，合計(jì)約28萬(wàn)。因此永磁直驅(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，今后不需要新建硐室，大大降低了工程成本。

2.3安裝工程比較

永磁直驅(qū)系統(tǒng)方案驅(qū)動(dòng)部沒(méi)有減速器，與傳動(dòng)滾筒采用直連方式，因此其安裝工程量明顯小于異步電動(dòng)機(jī)方案。

2.4維護(hù)量比較

異步電動(dòng)機(jī)方案驅(qū)動(dòng)部日常維護(hù)量主要為減速器換油及聯(lián)軸節(jié)的檢查維護(hù)（由于井下地壓較大定期需要對(duì)連接部位進(jìn)行找正）。永磁直驅(qū)系統(tǒng)方案驅(qū)動(dòng)部日常維護(hù)量主要為水冷裝置的維護(hù)。異步電動(dòng)機(jī)方案維護(hù)量大于永磁直驅(qū)系統(tǒng)方案。

2.5成本比較

異步電動(dòng)機(jī)方案驅(qū)動(dòng)部分由變頻器、異步電動(dòng)機(jī)、減速器及聯(lián)軸器組成，成本約77萬(wàn)，永磁電機(jī)及配套變頻器約為110萬(wàn)。

2.6用電費(fèi)用比較，如表1，表2所示

在同一運(yùn)量下，永磁直驅(qū)系統(tǒng)方案比異步電動(dòng)機(jī)方案一年節(jié)約用電34.56萬(wàn)度，節(jié)約電費(fèi)約為29.3萬(wàn)元（單臺(tái)電機(jī)）。

3結(jié)束語(yǔ)

永磁電動(dòng)機(jī)絕緣采用真空灌封技術(shù)，防水、防塵、防污效果顯著，適用于煤礦井下環(huán)境較差出煤或出矸系統(tǒng)。永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式，能恒定輸出額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩2倍以上的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用永磁直驅(qū)系統(tǒng)減少了減速器和高速軸聯(lián)軸器，具有中間環(huán)節(jié)少，傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)，屬節(jié)能新技術(shù)，是煤礦未來(lái)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)在膠帶機(jī)需要重載起動(dòng)的工況下，相比異步電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)勢(shì)較為明顯。

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作者簡(jiǎn)介：高漢利 （1976.2--），男，安徽淮南人，工程師，現(xiàn)在淮南比淮機(jī)械有限公司主要從事帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)工作。