新一代帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用
摘 要：兗州礦區(qū)對(duì)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)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(shí)在現(xiàn)場(chǎng)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(dòng);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(lái)，隨著長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量、大功率帶式輸送機(jī)的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)出了多種型式的軟啟動(dòng)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(dòng)研究與應(yīng)用方面取得了顯著的成績(jī)，對(duì)國(guó)內(nèi)同行具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。
1 帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置分析
目前，常用的大型帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)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(dòng)技術(shù)、交流電機(jī)軟啟動(dòng)器、液體粘性傳動(dòng)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(duì)這幾種帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)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(dòng)裝置具有的顯著優(yōu)點(diǎn)以外，還對(duì)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(dòng)器裝置各有其特點(diǎn)。例如，BOSS系統(tǒng)軟啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)熱量極大、傳動(dòng)效率低，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，多驅(qū)動(dòng)功率平衡須以摩擦片磨損為代價(jià)，油膜間隙有限致使無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正空載啟動(dòng);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(dòng)器較困難;而且，BOSS系統(tǒng)和CST系統(tǒng)可控傳動(dòng)技術(shù)因?yàn)閮r(jià)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(shí)候提供可控停車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液體粘性傳動(dòng)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(shí)候，調(diào)速型液力偶合器是軟啟動(dòng)的Z佳選擇，盡管其軟啟動(dòng)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(dòng)效率不及變頻調(diào)速和CST。交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)因?yàn)椴痪邆涔β势胶夂蜔o(wú)級(jí)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(dòng)場(chǎng)合，但是其價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)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(dòng)帶式機(jī)斬波軟啟動(dòng)
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(dòng)原理，成功地研制出了多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)的斬波降壓軟啟動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)等要求。
QJR1-300/1140型軟啟動(dòng)器控制采用英國(guó)SSD591全數(shù)字傳動(dòng)控制器，內(nèi)部有多個(gè)可重新組態(tài)的數(shù)字模塊，通過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)保護(hù)電路模塊過(guò)濾和組態(tài)，從原來(lái)幾十種保護(hù)中選了幾種必要的保護(hù)。給定信號(hào)發(fā)生器是可編程的，通過(guò)對(duì)斜坡輸入、斜坡加速時(shí)間和切換輸入的設(shè)定，可以方便地控制膠帶加速時(shí)間和切換時(shí)間。
為了適合煤礦自動(dòng)化管理的要求，該軟啟動(dòng)器的操作方式既可以直接啟動(dòng)，也可以遠(yuǎn)端啟動(dòng)。同時(shí)還可以向上級(jí)控制系統(tǒng)回饋啟動(dòng)、運(yùn)行和故障三組無(wú)源觸點(diǎn)，供上級(jí)控制系統(tǒng)程控使用。目前國(guó)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(dòng)方式，為了避開啟動(dòng)電流，采用直接啟動(dòng)方式控制時(shí)都使用延時(shí)順序啟動(dòng)辦法，使幾臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分時(shí)啟動(dòng)。由于軟啟動(dòng)器對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行了有效控制，因此啟動(dòng)時(shí)允許幾臺(tái)軟啟動(dòng)器同時(shí)啟動(dòng)。為了使幾臺(tái)電機(jī)負(fù)載平衡，軟啟動(dòng)器采用主從控制方式，定義一臺(tái)軟啟動(dòng)器為主機(jī)，其余為從機(jī)，軟啟動(dòng)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(dòng)的帶式輸送，2個(gè)驅(qū)動(dòng)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(hào)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(hào)，并避免了長(zhǎng)距離傳輸中的信號(hào)衰減問(wèn)題。
3 帶式輸送機(jī)液粘軟啟動(dòng)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(dòng)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(tái)套，實(shí)現(xiàn)了帶式機(jī)的慢速、滿載、平穩(wěn)啟動(dòng)和多臺(tái)電機(jī)的負(fù)載平衡，降低一級(jí)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(lái)的一門嶄新學(xué)科。液粘軟啟動(dòng)裝置的傳動(dòng)機(jī)理是基于牛頓內(nèi)摩擦定律。它位于異步電動(dòng)機(jī)和減速器之間，接受電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。通過(guò)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(duì)液粘軟啟動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制，達(dá)到帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)的目的。
他們?cè)紤]了兩種方案：
①?gòu)椈勺饔檬健Ｍㄟ^(guò)向活塞內(nèi)注油，使其壓力升高，壓盤推動(dòng)彈簧使摩擦片脫開。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)。通過(guò)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(duì)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)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(shí)，由于油缸無(wú)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(shí)，先空啟電動(dòng)機(jī)，然后通過(guò)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(lái)越大，Z后摩擦片完全結(jié)合，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軟啟動(dòng)過(guò)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(lái)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(dòng)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(dòng)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(dòng)這一個(gè)長(zhǎng)期困擾生產(chǎn)廠家和用戶的難題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的一項(xiàng)空白，同時(shí)還使帶式輸送機(jī)整機(jī)價(jià)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(dòng)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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，是一種適用于長(zhǎng)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(dòng)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(chǎng)的使用實(shí)踐有力地表明：這種液體粘性軟啟動(dòng)裝置在大運(yùn)量、長(zhǎng)運(yùn)距的帶式輸送機(jī)上，尤其是在滿載貨物啟動(dòng)的時(shí)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(dòng)，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(dòng)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(zhǎng)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(huì)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(guó)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(jià)值。
5 大型帶式輸送機(jī)調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)好
實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)機(jī)械軟啟動(dòng)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(dòng)方式。兗州礦區(qū)近年來(lái)成套投資帶寬1.2m、機(jī)長(zhǎng)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(tái)，其中由兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠研制的15臺(tái)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(dòng)系統(tǒng)，并且受到了各大煤礦使用現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，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(dòng)時(shí)，油環(huán)加厚;反之，油環(huán)變薄。這樣，通過(guò)調(diào)整裝置操縱勺管的移動(dòng)，用增加或減少油環(huán)的厚度來(lái)提高或降低轉(zhuǎn)述，就可以達(dá)到手動(dòng)或自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。
調(diào)速型液力偶合器的軟啟動(dòng)具有以下特點(diǎn)：①改善帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)性能。②實(shí)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡。③提高電動(dòng)機(jī)和膠帶的使用壽命。④減少對(duì)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(jià)格比。
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