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

朱軍科

（山西西山煤電集團(tuán)東曲煤礦多經(jīng)機(jī)電設(shè)備修理廠， 山西 古交 030200）

引言

采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、液壓支架以及帶式輸送機(jī)等均為綜采工作面的大型機(jī)電設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性直接決定綜采工作面的生產(chǎn)效率。帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，正朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速、多驅(qū)動(dòng)的方向發(fā)展，進(jìn)而對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能提出了更多的要求[1]。實(shí)際生產(chǎn)中由于帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺陷，導(dǎo)致其傳動(dòng)性能較差，且在設(shè)備啟動(dòng)或制動(dòng)階段均會(huì)對(duì)其造成較大的沖擊，從而降低設(shè)備的使用壽命。因此，需對(duì)當(dāng)前帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)概述

為提升帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)性能，改善其驅(qū)動(dòng)性能，需對(duì)其驅(qū)動(dòng)技術(shù)提出如下要求：減小帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流，進(jìn)而減小啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備造成的沖擊；增大帶式輸送機(jī)電機(jī)啟動(dòng)的力矩，避免設(shè)備在啟動(dòng)、制動(dòng)階段出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象；采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)策略時(shí)需充分考慮到功率平衡的問(wèn)題；將軟啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，達(dá)到帶式輸送機(jī)節(jié)能的效果[2]。

目前應(yīng)用帶式輸送機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中的驅(qū)動(dòng)方式主要有：電機(jī)+調(diào)速耦合器+減速器、變頻電機(jī)+聯(lián)軸器+減速器、電機(jī)+聯(lián)軸器+CST等三種驅(qū)動(dòng)方式?？紤]到生產(chǎn)成本與驅(qū)動(dòng)效果的綜合對(duì)比，本文擬采用變頻電機(jī)+聯(lián)軸器+減速器的驅(qū)動(dòng)方式，該驅(qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

基于圖1所示的驅(qū)動(dòng)方式能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)平滑加速啟動(dòng)，主要適用于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)。

本文所研究帶式輸送機(jī)的具體型號(hào)為DSJ140/250/G3×500+3×500，該型號(hào)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 變頻電機(jī)+聯(lián)軸器+減速器驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)示意圖

表1 DSJ140/250/G3×500+3×500帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的核心。一般情況下，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)在滿足設(shè)備啟動(dòng)性能良好的前提下采用位置最少、最簡(jiǎn)單的原則進(jìn)行布置。帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可采用的布置形式有：頭部集中布置，中間布置以及頭尾分散布置[3]。

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式的對(duì)比

2.1.1 頭部集中布置

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)頭部集中布置是將驅(qū)動(dòng)裝置集中布置于帶式輸送機(jī)的頭部位置，采用多臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)功率平衡的要求極高。該種布置形式對(duì)帶式輸送機(jī)電機(jī)的要求較低；啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，可降低對(duì)電機(jī)的損害程度。此外，采用軟啟動(dòng)的形式能夠減小在啟動(dòng)或者制動(dòng)階段對(duì)電機(jī)所造成的沖擊。

2.1.2 中間驅(qū)動(dòng)布置

中間驅(qū)動(dòng)布置主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)，其主要將驅(qū)動(dòng)裝置布置于帶式輸送機(jī)的中間位置。采用此種布置形式能夠有效避免驅(qū)動(dòng)力過(guò)于集中，從而減小輸送帶的張力，提升帶式輸送機(jī)的使用壽命[4]。

2.1.3 頭尾分散布置

頭尾分散布置是將驅(qū)動(dòng)裝置分散布置于帶式輸送機(jī)的頭部和尾部，同樣適用于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離的帶式輸送機(jī)。由于驅(qū)動(dòng)力分散導(dǎo)致相應(yīng)電機(jī)的規(guī)格也變小，進(jìn)而使得驅(qū)動(dòng)裝置的體積減小，所需安裝空間也變小。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置的選擇

基于對(duì)三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合我礦帶式輸送機(jī)的參數(shù)及應(yīng)用環(huán)境，選用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多點(diǎn)中間布置的方式，具體布置形式如圖2所示。

圖2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中間布置示意圖

驅(qū)動(dòng)滾筒作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心機(jī)械部件，根據(jù)其計(jì)算方法結(jié)合該型號(hào)帶式輸送機(jī)電機(jī)、帶速等參數(shù)對(duì)其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)滾筒的關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。

表2 驅(qū)動(dòng)滾筒關(guān)鍵參數(shù) mm

3 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制要求

為保證帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其作用，對(duì)其控制系統(tǒng)提出如下要求：

1）實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)控制、低速驗(yàn)帶控制、變頻器停止與急?？刂?、帶式輸送機(jī)的重載啟動(dòng)控制以及多機(jī)動(dòng)態(tài)平衡等。

2）實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的近控和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制功能。其中，近控功能主要用于對(duì)設(shè)備的檢修和調(diào)試。

3）實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的保護(hù)功能。

3.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 供電系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中供電分系統(tǒng)主要包括有高壓供電、低壓供電以及操作電源的設(shè)計(jì)。其中，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的高壓供電采用單母線分段單元供電方式，基于變頻器采用一拖二的供電方式。帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的低壓供電基于饋電柜實(shí)現(xiàn)低壓進(jìn)電，并通過(guò)6路輸出，低壓供電主要是向驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制柜、操作臺(tái)等輔助設(shè)備進(jìn)行供電。

3.2.2 控制系統(tǒng)

基于帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制需求，設(shè)計(jì)如圖3所示的控制系統(tǒng)。

如圖3所示，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要有PLC控制器、操作臺(tái)以及各類傳感器組成。PLC控制器為控制系統(tǒng)的主控制器，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，基于PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)以及遠(yuǎn)程控制模式。傳感器的類型主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)，包括對(duì)設(shè)備的堆煤、跑偏、超溫、縱撕以及速度等保護(hù)。針對(duì)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)保護(hù)裝置的選型結(jié)果如表3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

表3 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)保護(hù)裝置選型結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其正朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及大功率的方向發(fā)展，但其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)未能夠滿足上述發(fā)展趨勢(shì)。因此，需對(duì)當(dāng)前帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，尤其針對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置方式、關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其能夠適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)需求。