永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒帶式輸送機(jī)應(yīng)用分析

武晉宇

(汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032303)

帶式輸送機(jī)作為井下主要運(yùn)輸設(shè)備，為確保礦井生產(chǎn)效率的提升，對其進(jìn)行現(xiàn)代化改造具有重要意義[1～2]。永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒作為一種先進(jìn)的設(shè)備，已有部分礦井將其在帶式輸送機(jī)中推廣應(yīng)用[3～5]。文中對永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒運(yùn)行原理以及現(xiàn)場應(yīng)用效果進(jìn)行闡述，以期能在一定程度上促進(jìn)其應(yīng)用。

1 工作原理

永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)有智能變頻器、永磁電動(dòng)滾筒以及水冷裝置等，其運(yùn)行原理是將磁場作為媒介，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，通過永磁體構(gòu)建永磁場，當(dāng)永磁電機(jī)的定子繞組以頻率f通入交流電后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。永磁同步電機(jī)滾筒由永磁材料制作而成，使用過程中不存在勵(lì)磁損耗；轉(zhuǎn)子未布置繞組，從而使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)鐵耗、銅耗問題，采用極少的永磁體即可形成滿足使用的電機(jī)磁能積。外轉(zhuǎn)子表面采用阻燃材料包裹，直接與輸送機(jī)膠帶接觸。

2 應(yīng)用特征

1)效率高、電能消耗低

永磁直驅(qū)電機(jī)能耗可達(dá)國際IE4標(biāo)準(zhǔn)，較傳統(tǒng)異步電機(jī)能耗降低15～20%，具體永磁直驅(qū)電機(jī)與傳統(tǒng)異步電機(jī)利用率對比結(jié)果見圖1所示。

圖1 電機(jī)利用率

2)重載啟動(dòng)效果顯著

采用的永磁直驅(qū)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，更能滿足設(shè)備的重載荷啟動(dòng)需要。主要是由于永磁直驅(qū)電機(jī)配套采用的智能變頻器可以輸出2倍額定載荷需要的轉(zhuǎn)矩，從而高效解決重載帶式輸送機(jī)啟動(dòng)問題，同時(shí)在智能變頻器中增加速度傳感器、壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輸送載荷智能控制，進(jìn)一步降低設(shè)備能耗。具體永磁直驅(qū)電機(jī)與傳統(tǒng)異步電機(jī)啟動(dòng)特性對比結(jié)果見圖2所示。

圖2 電機(jī)啟動(dòng)特性

3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單

采用的永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒直接帶動(dòng)帶式輸送機(jī)膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)，省去了與電動(dòng)機(jī)相連的液力耦合器、減速器等設(shè)備，結(jié)構(gòu)更為簡單，不僅便于設(shè)備安裝，同時(shí)后續(xù)的維護(hù)、巡檢工作量更低，可以節(jié)省大量的人力及物力投入。

4)調(diào)速功能優(yōu)越

采用的永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒根據(jù)膠帶輸送的載荷量實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行速度調(diào)整，可以降低驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及膠帶的磨耗量，在低頻低速運(yùn)輸時(shí)可以進(jìn)一步降低帶式輸送機(jī)能耗。

5)多機(jī)功率平衡性好

根據(jù)輸送的載荷需要，實(shí)現(xiàn)多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)間功率平衡，避免使用單一驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在過載或者造成設(shè)備磨耗嚴(yán)重等問題。

6)通信接口更為豐富

永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒控制系統(tǒng)具有體多種通信接口，可以與地面監(jiān)控中心上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)具備完善的安全防護(hù)功能，可以對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的欠壓、過流以及過壓等故障進(jìn)行保護(hù)，確保帶式輸送機(jī)平衡運(yùn)行。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

山西某礦井下二采區(qū)主運(yùn)輸巷采用的帶式輸送機(jī)輸送距離全長為860m，運(yùn)輸提升高度為43m，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃安全，帶式輸送機(jī)應(yīng)具備的運(yùn)行能力為2300t/h。以二采區(qū)主運(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)作為研究對象，將傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式改造成礦用永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒，并對應(yīng)用效果進(jìn)行比對分析。

3.1 配套變頻器選擇

根據(jù)煤礦安全規(guī)程有關(guān)規(guī)定，在斜巷內(nèi)使用的帶式輸送機(jī)上行運(yùn)輸時(shí)必須具備可靠的制動(dòng)裝置以及防逆轉(zhuǎn)裝置；下行運(yùn)輸時(shí)需配備軟制動(dòng)裝置及超速保護(hù)裝置。在二采區(qū)主運(yùn)輸巷采用的帶式輸送機(jī)由于為下行運(yùn)輸，因此應(yīng)具備相應(yīng)的軟啟動(dòng)裝置。

選用的變頻器應(yīng)具備低速大扭矩功能，且為先進(jìn)的矢量同步變頻器，可以進(jìn)行開環(huán)、閉環(huán)矢量控制。根據(jù)二采區(qū)主運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)實(shí)際情況，最終選用變頻器型號為BPB1-315/1140K額定功率、電壓分別為315kW、1140V，采用風(fēng)冷冷卻方式。帶式輸送機(jī)在前期啟動(dòng)時(shí)具備5.0s的預(yù)警報(bào)警功能，設(shè)備空載運(yùn)行時(shí)具備自動(dòng)降速功能，從而降低能耗。

3.2 應(yīng)用效果分析

永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒在帶式輸送機(jī)上應(yīng)用后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要采用減速器、異步電機(jī)以及液力耦合器等設(shè)備，動(dòng)力傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，具有更高的動(dòng)力傳遞效果，同時(shí)設(shè)備的維護(hù)、檢修等工作量顯著降低。具體帶式輸送機(jī)采用永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用對比結(jié)果見表1。

表1 驅(qū)動(dòng)方式對比分析表

采用的永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒運(yùn)行功率為103kW，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率為89kW，系統(tǒng)傳動(dòng)效率為0.912，

帶式輸送機(jī)按照每天20h運(yùn)行，4h檢修，每年按照330d工作時(shí)間計(jì)算，二采區(qū)主運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)采用永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒時(shí)年電能消耗量合計(jì)為1.39×106kW·h。

傳統(tǒng)方式電機(jī)功率為103kW，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率為89kW，系統(tǒng)傳動(dòng)效率為0.7，按照每日運(yùn)行20h，每年工作330d，則每年電能消耗為1.81×106kW·h。

電費(fèi)按照0.7元/kW·h計(jì)算，二采區(qū)主運(yùn)輸巷一臺帶式輸送機(jī)采用永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒方式僅電能消耗方面即可每年節(jié)省29.5萬元。若將井下的帶式輸送機(jī)全部進(jìn)行永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒改造，預(yù)計(jì)每年節(jié)省費(fèi)150萬元。

4 總結(jié)

文中對永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒在礦井中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，短期來看可以降低帶式輸送機(jī)能耗，增加礦井效益；長遠(yuǎn)來看由于永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒具有的動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu)更為簡單，設(shè)備運(yùn)行可靠性顯著增加。

將四象限變頻器結(jié)合永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒對礦井二采區(qū)主運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，不僅實(shí)現(xiàn)了斜巷運(yùn)輸?shù)能泦?dòng)，而且還可以防止帶式輸送機(jī)在使用過程中可能出現(xiàn)的埋機(jī)頭、飛車等問題，現(xiàn)場應(yīng)用取得顯著的經(jīng)濟(jì)、安全效益。