新一代帶式輸送機軟啟動裝置的應用
摘 要：兗州礦區(qū)對帶式輸送機軟啟動裝置開展了深入分析的基礎上，與有關單位共同協(xié)作進行科技攻關并取得了一批研究成果，同時在現(xiàn)場實際應用方面也獲得了較好的效果。
關鍵詞：帶式輸送機;軟啟動;裝置;研究;應用
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，隨著長運距、大運量、大功率帶式輸送機的出現(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）有限責任公司及下屬煤礦在這方面下大力氣，積極應用當前已有的適用新技術，并與有關單位共同開展了科技攻關，在帶式輸送機軟啟動研究與應用方面取得了顯著的成績，對國內(nèi)同行具有相當?shù)膮⒖純r值。
1 帶式輸送機軟啟動裝置分析
目前，常用的大型帶式輸送機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、交流電機軟啟動器、液體粘性傳動裝置和變頻調(diào)速裝置等。山東科技大學和兗州礦業(yè)（集團）公司南屯煤礦對這幾種帶式輸送機軟啟動裝置特點進行了對比分析。
此項研究除了總結(jié)出這些常用的大型帶式輸送機軟啟動裝置具有的顯著優(yōu)點以外，還對它們各自的缺陷進行了歸納分析，Z后得出了如下結(jié)論：各種帶式輸送機的軟啟動器裝置各有其特點。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)可控傳動技術因為價格昂貴，備品備件要進口，所以應用不廣泛，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)復雜，制造和維護成本高，應用也不廣泛。當帶式輸送機的單元功率小于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。交流電動機軟啟動因為不具備功率平衡和無級調(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上應用非常廣泛。
2 多點驅(qū)動帶式機斬波軟啟動
兗州礦業(yè)（集團）有限責任公司和煤炭科學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驅(qū)動帶式輸送機的斬波降壓軟啟動全數(shù)字控制技術和產(chǎn)品，達到了維護方便、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)過保護電路模塊過濾和組態(tài)，從原來幾十種保護中選了幾種必要的保護。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，也可以遠端啟動。同時還可以向上級控制系統(tǒng)回饋啟動、運行和故障三組無源觸點，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，大多數(shù)為多電機多點驅(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)動電機分時啟動。由于軟啟動器對啟動電流進行了有效控制，因此啟動時允許幾臺軟啟動器同時啟動。為了使幾臺電機負載平衡，軟啟動器采用主從控制方式，定義一臺軟啟動器為主機，其余為從機，軟啟動器的速度和加速度控制由主機完成，從機跟蹤主機的狀態(tài)，達到電流平衡的目的。在實際運用中，多點驅(qū)動的帶式輸送，2個驅(qū)動點之間的距離可達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，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 帶式輸送機液粘軟啟動裝置研究
迄今為止，兗州煤礦機械廠已經(jīng)研制出了150kW、200kW、500kW三種液粘軟啟動裝置，并在各大礦務局的大型帶式輸送機中成功地運用了近百臺套，實現(xiàn)了帶式機的慢速、滿載、平穩(wěn)啟動和多臺電機的負載平衡，降低一級帶強度和減小電機容量30%～40%，具有明顯的經(jīng)濟效益。
液體粘性學是近十幾年新發(fā)展起來的一門嶄新學科。液粘軟啟動裝置的傳動機理是基于牛頓內(nèi)摩擦定律。它位于異步電動機和減速器之間，接受電動機的動力，驅(qū)動負載旋轉(zhuǎn)。通過控制液體壓力的大小，控制剪切油膜厚度，進而實現(xiàn)對液粘軟啟動裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制，達到帶式輸送機軟啟動的目的。
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，電動機空載啟動。通過用步進電機控制數(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，達到對帶式輸送機軟啟動的目的。
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)。當輸送機需要啟車時，先空啟電動機，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，否則將影響輸送機的正常使用。
4 帶式輸送機液體粘性軟啟動裝置研制
由兗州煤礦機械廠獨立開發(fā)研制的一種“帶式輸送機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，填補了國內(nèi)的一項空白，同時還使帶式輸送機整機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，實現(xiàn)了輸出轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)，是一種適用于長運距、大運量帶式輸送機上的集機械、電氣、液壓于一體的設備，可以使帶式輸送機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)場的使用實踐有力地表明：這種液體粘性軟啟動裝置在大運量、長運距的帶式輸送機上，尤其是在滿載貨物啟動的時候使用，可以使帶式輸送機按照小于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、電動機燒壞等機電事故的發(fā)生，保證了整機運行的安全性、可靠性和Z大限度地延長了零部件的使用壽命，取得了良好的實際效果，經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。
專家們認為：此項研究成果的技術性能居于國內(nèi)同類產(chǎn)品的領先水平，有著比較高的推廣應用價值。
5 大型帶式輸送機調(diào)速型液力偶合器軟啟動好
實現(xiàn)帶式輸送機機械軟啟動有多種形式，但是應用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、機長1000m和總功率3×200kW以上的井下固定式大型強力帶式輸送機17臺，其中由兗州礦業(yè)（集團）公司機械制修廠研制的15臺大功率、高帶速、多電機、大運量帶式輸送機，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。實際上，液力偶合器相當于離心泵和渦輪泵的組合。當泵輪旋轉(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，供油泵向流道內(nèi)供給一D量的油，勺管排出等量的油。當勺管向外移動時，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：①改善帶式輸送機的啟動性能。②實現(xiàn)多機驅(qū)動的功率平衡。③提高電動機和膠帶的使用壽命。④減少對電網(wǎng)的沖擊。⑤容易實現(xiàn)帶式輸送機的遙控及中央集控。⑥提高帶式輸送機運行的可靠性。⑦有著極高的性能價格比。
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