新一代帶式輸送機(jī)軟啟動裝置的應(yīng)用
摘 要：兗州礦區(qū)對帶式輸送機(jī)軟啟動裝置開展了深入分析的基礎(chǔ)上，與有關(guān)單位共同協(xié)作進(jìn)行科技攻關(guān)并取得了一批研究成果，同時在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用方面也獲得了較好的效果。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);軟啟動;裝置;研究;應(yīng)用
Abstract：Yanzhou Coal Mining Area of the soft-start device conveyor-depth analysis carried out on the basis of collaboration with relevant units to carry out scientific research and made a number of research results, and practical applications in the field has also been good results.
Key words：Belt conveyor; soft-start; device; research; application
近幾年來，隨著長運(yùn)距、大運(yùn)量、大功率帶式輸送機(jī)的出現(xiàn)，國內(nèi)外相繼開發(fā)出了多種型式的軟啟動裝置。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司及下屬煤礦在這方面下大力氣，積極應(yīng)用當(dāng)前已有的適用新技術(shù)，并與有關(guān)單位共同開展了科技攻關(guān)，在帶式輸送機(jī)軟啟動研究與應(yīng)用方面取得了顯著的成績，對國內(nèi)同行具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值。
1 帶式輸送機(jī)軟啟動裝置分析
目前，常用的大型帶式輸送機(jī)軟啟動裝置有液力調(diào)速裝置、BOSS系統(tǒng)、調(diào)速型偶合器、CST（COntrolledStarTransmission）系統(tǒng)可控傳動技術(shù)、交流電機(jī)軟啟動器、液體粘性傳動裝置和變頻調(diào)速裝置等。山東科技大學(xué)和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦對這幾種帶式輸送機(jī)軟啟動裝置特點(diǎn)進(jìn)行了對比分析。
此項(xiàng)研究除了總結(jié)出這些常用的大型帶式輸送機(jī)軟啟動裝置具有的顯著優(yōu)點(diǎn)以外，還對它們各自的缺陷進(jìn)行了歸納分析，Z后得出了如下結(jié)論：各種帶式輸送機(jī)的軟啟動器裝置各有其特點(diǎn)。例如，BOSS系統(tǒng)軟啟動過程中發(fā)熱量極大、傳動效率低，不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)整，多驅(qū)動功率平衡須以摩擦片磨損為代價，油膜間隙有限致使無法實(shí)現(xiàn)真正空載啟動;CST調(diào)速系統(tǒng)與減速器一體，體積大，安裝不方便，在高速軸配置逆止器和制動器較困難;而且，BOSS系統(tǒng)和CST系統(tǒng)可控傳動技術(shù)因?yàn)閮r格昂貴，備品備件要進(jìn)口，所以應(yīng)用不廣泛，但是CST系統(tǒng)卻是唯一能夠保證在緊急停車或者突然斷電的時候提供可控停車的驅(qū)動系統(tǒng)。液體粘性傳動裝置和變頻調(diào)速裝置由于其內(nèi)部的液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造和維護(hù)成本高，應(yīng)用也不廣泛。當(dāng)帶式輸送機(jī)的單元功率小于500kW的時候，調(diào)速型液力偶合器是軟啟動的Z佳選擇，盡管其軟啟動性能比液粘方式差，有滑差，效率損失約2%，調(diào)速精度和傳動效率不及變頻調(diào)速和CST。交流電動機(jī)軟啟動因?yàn)椴痪邆涔β势胶夂蜔o級調(diào)速功能，而必須與限矩型偶合器配套使用，一般用于非重要的中小功率傳動場合，但是其價格低廉、操作簡單，在煤礦井下的順槽可伸縮帶式輸送機(jī)上應(yīng)用非常廣泛。
2 多點(diǎn)驅(qū)動帶式機(jī)斬波軟啟動
兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司和煤炭科學(xué)研究總院上海分院合作，利用斬波降壓軟驅(qū)動原理，成功地研制出了多點(diǎn)驅(qū)動帶式輸送機(jī)的斬波降壓軟啟動全數(shù)字控制技術(shù)和產(chǎn)品，達(dá)到了維護(hù)方便、控制精確、啟動平穩(wěn)等要求。
QJR1-300/1140型軟啟動器控制采用英國SSD591全數(shù)字傳動控制器，內(nèi)部有多個可重新組態(tài)的數(shù)字模塊，通過合適的組合，形成速度閉環(huán)和電流截止負(fù)反饋環(huán)。閉環(huán)控制為PI調(diào)節(jié)方式。各種電量信號經(jīng)過保護(hù)電路模塊過濾和組態(tài)，從原來幾十種保護(hù)中選了幾種必要的保護(hù)。給定信號發(fā)生器是可編程的，通過對斜坡輸入、斜坡加速時間和切換輸入的設(shè)定，可以方便地控制膠帶加速時間和切換時間。
為了適合煤礦自動化管理的要求，該軟啟動器的操作方式既可以直接啟動，也可以遠(yuǎn)端啟動。同時還可以向上級控制系統(tǒng)回饋啟動、運(yùn)行和故障三組無源觸點(diǎn)，供上級控制系統(tǒng)程控使用。目前國內(nèi)煤礦所使用的帶式輸送機(jī)，大多數(shù)為多電機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動方式，為了避開啟動電流，采用直接啟動方式控制時都使用延時順序啟動辦法，使幾臺驅(qū)動電機(jī)分時啟動。由于軟啟動器對啟動電流進(jìn)行了有效控制，因此啟動時允許幾臺軟啟動器同時啟動。為了使幾臺電機(jī)負(fù)載平衡，軟啟動器采用主從控制方式，定義一臺軟啟動器為主機(jī)，其余為從機(jī)，軟啟動器的速度和加速度控制由主機(jī)完成，從機(jī)跟蹤主機(jī)的狀態(tài)，達(dá)到電流平衡的目的。在實(shí)際運(yùn)用中，多點(diǎn)驅(qū)動的帶式輸送，2個驅(qū)動點(diǎn)之間的距離可達(dá)1km左右，為了保證電流平衡控制信號可靠傳輸，采用可靠的V/F和F/V轉(zhuǎn)換技術(shù)，有效控制了干擾信號，并避免了長距離傳輸中的信號衰減問題。
3 帶式輸送機(jī)液粘軟啟動裝置研究
迄今為止，兗州煤礦機(jī)械廠已經(jīng)研制出了150kW、200kW、500kW三種液粘軟啟動裝置，并在各大礦務(wù)局的大型帶式輸送機(jī)中成功地運(yùn)用了近百臺套，實(shí)現(xiàn)了帶式機(jī)的慢速、滿載、平穩(wěn)啟動和多臺電機(jī)的負(fù)載平衡，降低一級帶強(qiáng)度和減小電機(jī)容量30%～40%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
液體粘性學(xué)是近十幾年新發(fā)展起來的一門嶄新學(xué)科。液粘軟啟動裝置的傳動機(jī)理是基于牛頓內(nèi)摩擦定律。它位于異步電動機(jī)和減速器之間，接受電動機(jī)的動力，驅(qū)動負(fù)載旋轉(zhuǎn)。通過控制液體壓力的大小，控制剪切油膜厚度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對液粘軟啟動裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制，達(dá)到帶式輸送機(jī)軟啟動的目的。
他們曾考慮了兩種方案：
①彈簧作用式。通過向活塞內(nèi)注油，使其壓力升高，壓盤推動彈簧使摩擦片脫開。這時，電動機(jī)空載啟動。通過用步進(jìn)電機(jī)控制數(shù)字壓力閥使油壓逐漸降低，摩擦片之間的間隙（剪切的油膜厚度）逐漸減小，使輸入、輸出轉(zhuǎn)速差慢慢變小，直至兩端同步，達(dá)到對帶式輸送機(jī)軟啟動的目的。
②油壓作用式。由液壓油在活塞上產(chǎn)生的力使摩擦片結(jié)合，彈簧在這里起回位作用。不工作時，由于油缸無壓力油，所以摩擦片處于脫離狀態(tài)。當(dāng)輸送機(jī)需要啟車時，先空啟電動機(jī)，然后通過液壓系統(tǒng)向油缸內(nèi)注油。隨著壓力的逐漸升高，活塞克服彈簧的彈性力將摩擦片之間的間隙慢慢變小，輸出軸轉(zhuǎn)矩越來越大，Z后摩擦片完全結(jié)合，無相對轉(zhuǎn)動，軟啟動過程結(jié)束。
油壓作用式與彈簧作用式的Z大區(qū)別在于使摩擦片結(jié)合的力來源不同，控制方式也大不相同。油壓作用式的Z大缺點(diǎn)是啟車結(jié)束后液壓油必須維持一D的壓力值，否則將影響輸送機(jī)的正常使用。
4 帶式輸送機(jī)液體粘性軟啟動裝置研制
由兗州煤礦機(jī)械廠獨(dú)立開發(fā)研制的一種“帶式輸送機(jī)液體粘性軟啟動裝置”，比較好地解決了礦山、港口等處使用數(shù)量巨大的帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動這一個長期困擾生產(chǎn)廠家和用戶的難題，填補(bǔ)了國內(nèi)的一項(xiàng)空白，同時還使帶式輸送機(jī)整機(jī)價格也因此而下降了30%左右。
據(jù)了解，新研制的這種帶式輸送機(jī)液體粘性軟啟動裝置是利用液體的粘性和油膜剪切的原理，實(shí)現(xiàn)了輸出轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)，是一種適用于長運(yùn)距、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)上的集機(jī)械、電氣、液壓于一體的設(shè)備，可以使帶式輸送機(jī)的啟動加速度在很大的大范圍內(nèi)被調(diào)節(jié)和控制。
生產(chǎn)現(xiàn)場的使用實(shí)踐有力地表明：這種液體粘性軟啟動裝置在大運(yùn)量、長運(yùn)距的帶式輸送機(jī)上，尤其是在滿載貨物啟動的時候使用，可以使帶式輸送機(jī)按照小于0.3m/s2的加速度平穩(wěn)地啟動，Z小加速度可以達(dá)到0.043m/s2，并且能夠在0.01～0.10m/s的范圍內(nèi)任意調(diào)控速度，不僅減少了沖擊、極大地降低了膠帶所承受的張力，而且還能夠大幅度地減少膠帶撕裂、電動機(jī)燒壞等機(jī)電事故的發(fā)生，保證了整機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性和Z大限度地延長了零部件的使用壽命，取得了良好的實(shí)際效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。
專家們認(rèn)為：此項(xiàng)研究成果的技術(shù)性能居于國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，有著比較高的推廣應(yīng)用價值。
5 大型帶式輸送機(jī)調(diào)速型液力偶合器軟啟動好
實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)機(jī)械軟啟動有多種形式，但是應(yīng)用Z廣泛的要數(shù)調(diào)速型液力偶合器組成的軟啟動方式。兗州礦區(qū)近年來成套投資帶寬1.2m、機(jī)長1000m和總功率3×200kW以上的井下固定式大型強(qiáng)力帶式輸送機(jī)17臺，其中由兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠研制的15臺大功率、高帶速、多電機(jī)、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)，均采用了由調(diào)速型液力偶合器組成的軟啟動系統(tǒng)，并且受到了各大煤礦使用現(xiàn)場的肯定。
調(diào)速型液力偶合器主要是由旋轉(zhuǎn)組件、供排組件、調(diào)速控制裝置、箱體油箱和冷卻器等部件組成的。實(shí)際上，液力偶合器相當(dāng)于離心泵和渦輪泵的組合。當(dāng)泵輪旋轉(zhuǎn)時，排油腔內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)油環(huán)，使得流道內(nèi)的油位與排油腔內(nèi)的油位相適應(yīng)，供油泵向流道內(nèi)供給一D量的油，勺管排出等量的油。當(dāng)勺管向外移動時，油環(huán)加厚;反之，油環(huán)變薄。這樣，通過調(diào)整裝置操縱勺管的移動，用增加或減少油環(huán)的厚度來提高或降低轉(zhuǎn)述，就可以達(dá)到手動或自動無級調(diào)速的目的。
調(diào)速型液力偶合器的軟啟動具有以下特點(diǎn)：①改善帶式輸送機(jī)的啟動性能。②實(shí)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動的功率平衡。③提高電動機(jī)和膠帶的使用壽命。④減少對電網(wǎng)的沖擊。⑤容易實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的遙控及中央集控。⑥提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性。⑦有著極高的性能價格比。
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