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。
近幾年來，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，最后得出了如下結(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)過程中發(fā)熱量極大、傳動(dòng)效率低，不能實(shí)現(xiàn)無級(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)的最佳選擇，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(hào)發(fā)生器是可編程的，通過對(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：
?、?gòu)椈勺饔檬健Ｍㄟ^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。
?、谟蛪鹤饔檬?。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，最后摩擦片完全結(jié)合，無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軟啟動(dòng)過程結(jié)束。
油壓作用式與彈簧作用式的最大區(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。油壓作用式的最大缺點(diǎn)是啟車結(jié)束后液壓油必須維持一定的壓力值，否則將影響輸送機(jī)的正常使用。 信息來源:
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)，最小加速度可以達(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、可靠性和最大限度地延長(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)器
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)用最廣泛的要數(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)供給一定量的油，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)的厚度來提高或降低轉(zhuǎn)述，就可以達(dá)到手動(dòng)或自動(dòng)無級(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。專家們指出：由于調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)方式在帶式輸送機(jī)上的諸多優(yōu)點(diǎn)，如果能夠代替限矩型偶合器應(yīng)用到井下大功率伸縮帶式輸送機(jī)上也必定會(huì)有顯著的效果，當(dāng)前有關(guān)單位正在開展實(shí)驗(yàn)探索，調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。
6 變頻技術(shù)在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的研究
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司綜機(jī)設(shè)備租賃站開展了變頻調(diào)速技術(shù)在礦用帶式輸送機(jī)上應(yīng)用的研究，總結(jié)出運(yùn)用變頻器和變頻電機(jī)對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。
?、僬嬲龑?shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)。運(yùn)用變頻器軟起動(dòng)功能將電機(jī)軟起動(dòng)和帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)合二為一，通過電機(jī)慢速起動(dòng)帶動(dòng)帶式輸送機(jī)緩慢起動(dòng)，將膠帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，可將輸送機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小，幾乎對(duì)膠帶不造成損害。
?、趯?shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)一般采用一拖一控制，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)采用主從控制，實(shí)現(xiàn)功率破獲。
?、劢档湍z帶帶強(qiáng)。由于變頻器起動(dòng)時(shí)間在1～3600s可調(diào)，帶式輸送機(jī)起動(dòng)時(shí)間通常在60～200s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定。起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)大大降低對(duì)帶強(qiáng)的要求，減少設(shè)備初期投資。實(shí)際應(yīng)用中，由于降低了起動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命呈幾倍延長(zhǎng)。
?、茯?yàn)帶功能。低速驗(yàn)帶功能是帶式輸送機(jī)檢修的主要要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下可調(diào)整5%～100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。
⑤平穩(wěn)的重載起動(dòng)。變頻器低頻運(yùn)轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)速，最適于重載起動(dòng)。
⑥自動(dòng)調(diào)速。變頻器配合煤流傳感器可以根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)膠帶速度，節(jié)電的同時(shí)還減少了膠帶的磨損。
?、吖?jié)能。主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面。通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)中的裕量較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。電機(jī)輕載時(shí)定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。而且，電機(jī)與減速器間改為直接硬聯(lián)接，減少了液力偶合器，系統(tǒng)總傳遞效率提高5%～10%。另外，由于礦井通常離變電站比較遠(yuǎn)，不同時(shí)段的電壓波動(dòng)亦比較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能也有部分節(jié)能作用。在匹配煤流傳感器以后還可以自動(dòng)依據(jù)煤流的大小自動(dòng)調(diào)速。
7 變頻器軟啟動(dòng)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦井下主煤流運(yùn)輸由7條帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)組成。其中，北部帶式輸送機(jī)共有4個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，每臺(tái)電機(jī)的功率為31.5kW，額定電壓1140V，原先一直采用電機(jī)+耦合器的方式驅(qū)動(dòng)。自從投入ZJT型1140V礦用隔爆兼本質(zhì)安全型智能變頻器以后，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)運(yùn)行，使用效果非常理想。
使用變頻器以后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)直連滾筒，通過設(shè)置變頻器輸出電流頻率由0Hz到設(shè)定頻率的變化時(shí)間，就可以設(shè)置帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間。為了盡量減少帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)及帶式輸送機(jī)各部件的沖擊，啟動(dòng)時(shí)間可以設(shè)置成10s以上。變頻器的啟動(dòng)力矩大，尤其適合重載啟動(dòng)，這對(duì)帶式輸送機(jī)是十分有利的。帶式輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生各類緊急停車的故障，一旦重載停車，由于耦合器在軟啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)速度過快，而且對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)無法做到各電機(jī)的功率平衡，容易造成電機(jī)過載停車，對(duì)滾筒和聯(lián)軸器等設(shè)備的損害是十分大的。
改用變頻器以后可以通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小來實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的功率平衡，在啟動(dòng)過程中通過降低電機(jī)的頻率可以實(shí)現(xiàn)在小電流下的大功率輸出，最大程度的降低了對(duì)電機(jī)及帶式輸送機(jī)的損傷。變頻器的另一個(gè)重要用途是驗(yàn)帶功能。帶式輸送機(jī)的日常檢修工作中一個(gè)很重要的任務(wù)就是在膠帶運(yùn)行時(shí)檢修膠帶的磨損情況。但是，如果在滿速情況下很難清楚地看到膠帶的破損部位。該礦北部帶式輸送機(jī)使用的4套變頻調(diào)速裝置可以設(shè)置兩種頻率啟動(dòng)。在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中，將第一個(gè)頻率設(shè)置為40Hz(根據(jù)采區(qū)煤量的多少自行調(diào)節(jié))、第二個(gè)頻率設(shè)置為10Hz，對(duì)應(yīng)4.5m/s的滿速速度，能夠?qū)崿F(xiàn)接近0.9m/s的驗(yàn)帶速度。與使用耦合器作為傳動(dòng)裝置相比，空載時(shí)電耗僅為50%，重載時(shí)節(jié)省30%。
8 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型帶式輸送機(jī)交流軟啟動(dòng)器
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的幾種煤礦用帶式輸送機(jī)的交流軟啟動(dòng)器都是開環(huán)系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)簡(jiǎn)單、便于安裝維護(hù)，但是啟動(dòng)性能達(dá)不到要求，無法兼顧輕、重載下的啟動(dòng)性能。為此，兗州礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司研制出了礦用隔爆兼本質(zhì)安全型帶式輸送機(jī)交流軟啟動(dòng)器，采用電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載變化的要求。
國(guó)內(nèi)煤礦目前所使用的帶式輸送機(jī)大多為多電機(jī)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的方式，井下采取直接啟動(dòng)的方式時(shí)都使用延時(shí)順序啟動(dòng)的方法，使幾臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分時(shí)啟動(dòng)，以避開啟動(dòng)電流。由于軟啟動(dòng)器可以對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行有效的控制，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)的負(fù)載平衡，此項(xiàng)成果的軟啟動(dòng)器采用主從控制方式。即定義其中一臺(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)，并達(dá)到平衡電流的目的。
在實(shí)際的運(yùn)用中，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)2個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)之間的距離有可能達(dá)到1km左右。為了保證電流平衡控制信號(hào)的可靠傳播，采用可靠的V/F和F/V轉(zhuǎn)換技術(shù)，有效地抑制了干擾信號(hào)，并且避免了長(zhǎng)距離傳輸中的信號(hào)衰減問題。由于選用了全數(shù)字控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)的保護(hù)更加可靠。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研結(jié)果，設(shè)計(jì)中選用了電源缺相、過電流、電機(jī)過載、電機(jī)過速、散熱器過熱、丟失脈沖、速度反饋故障、交流同步失敗等多項(xiàng)保護(hù)功能。目前井下使用的帶式輸送機(jī)電壓大多為1140V和660V，設(shè)計(jì)考慮了2種工作電壓可以互換，使軟啟動(dòng)器通用性強(qiáng)。他們采用抽屜式芯架連接方式，所有部件和元器件都安裝于芯架之上，進(jìn)出動(dòng)力線、信號(hào)線與接線腔中的穿墻端子相連，解開連接后整個(gè)芯架可以整體抽出，便于井下維修與更換。
9 可控啟動(dòng)功能的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置
在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，帶式輸送機(jī)的起制動(dòng)加速度應(yīng)為0.1～0.3m/s2。但是，隨著輸送機(jī)的運(yùn)輸距離越來越長(zhǎng)、啟動(dòng)設(shè)備的功率和額定電壓越來越高以及設(shè)備控制技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)數(shù)值已不適合現(xiàn)在帶式輸送機(jī)運(yùn)行的需要。兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦通過動(dòng)態(tài)的狀態(tài)分析，認(rèn)為長(zhǎng)距離、路線復(fù)雜的帶式輸送機(jī)最好采用CST這樣具有可控啟動(dòng)功能的驅(qū)動(dòng)裝置，使輸送機(jī)按照或基本按照設(shè)定好的理想啟動(dòng)曲線進(jìn)行啟動(dòng)，以減小輸送帶及承載部件的動(dòng)態(tài)載荷。
?、貱ST控制啟動(dòng)原理。膠帶輸送機(jī)的加速度啟動(dòng)時(shí)間可在40～300s范圍內(nèi)根據(jù)要求設(shè)定，PLC程序中的缺省時(shí)間設(shè)置為60s。不同的啟動(dòng)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生不同的加速頻率，但加速度曲線仍是正弦曲線。在CST控制中，不光有可變的時(shí)間，還能進(jìn)行最終速度控制。最終速度可設(shè)定為正常速度10%～50%。這是為了進(jìn)行檢修和驗(yàn)帶用的，長(zhǎng)時(shí)間慢動(dòng)會(huì)影響到CST的油溫，超過溫度會(huì)使CST停止運(yùn)行。在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行階段，CST都能使幾個(gè)驅(qū)動(dòng)之間達(dá)到負(fù)荷平衡，以便使帶式輸送機(jī)上所有部件負(fù)荷和應(yīng)力最小，使各臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到負(fù)荷均勻分配。這是通過PLC程序里多個(gè)PID控制回路來實(shí)現(xiàn)的。CST運(yùn)行控制由軟件中的速度控制、加速度控制、壓力控制和功率控制4個(gè)PID回路組成。CST通過PLC對(duì)這4個(gè)PID的優(yōu)化調(diào)控最終達(dá)到程序設(shè)定的啟動(dòng)曲線。
?、贑ST控制啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)。CST可用來對(duì)啟動(dòng)階段加速度進(jìn)行控制，使膠帶動(dòng)態(tài)漲緊力減至最小。在空膠帶或滿載膠帶啟動(dòng)時(shí)，通過控制加速度斜率可得到滿意結(jié)果，使峰值暫態(tài)漲緊力減到最小。在大型帶式輸送機(jī)運(yùn)用中，加速度斜率中如加入一段緩沖，還能進(jìn)一步改善啟動(dòng)瞬間峰值張力。在緩沖階段可使原來松弛的膠帶拉緊，所有元件在加速度和力矩增大之前以低力矩和低速度進(jìn)入運(yùn)行條件，這樣可消除膠帶過大的張力。CST控制啟動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是帶式輸送機(jī)的電機(jī)可在空載狀態(tài)下啟動(dòng)，盡可能避免沖擊電流，使電機(jī)沖擊電流造成的損害減到最小。
10 CST裝置性能特點(diǎn)分析
CST裝置是一種新型的機(jī)電一體化軟啟動(dòng)裝置。山東科技大學(xué)和兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司南屯煤礦根據(jù)使用實(shí)踐對(duì)其技術(shù)性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究。
輸送帶是具有粘彈性的彈性體，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)。若運(yùn)輸系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間過短、啟動(dòng)加速度過大，膠帶產(chǎn)生的動(dòng)張力就越大，瞬間引起的沖擊力也越大，就會(huì)加快托滾筒及其它部件的損壞，縮短膠帶的使用壽命?？煽貑?dòng)就是對(duì)啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)加速度進(jìn)行控制，把加速段、減速段的膠帶張力及瞬間值減至最小，以延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)膠帶及其它不見的使用壽命。
此項(xiàng)研究認(rèn)為，CST裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以降低輸送帶的張力、電動(dòng)機(jī)的功率，減少了初期的投資;平衡精度達(dá)到±2%，反應(yīng)時(shí)間為5～100ms，實(shí)現(xiàn)了功率平穩(wěn);保護(hù)功能齊全;傳動(dòng)系統(tǒng)的功率可以達(dá)到99%;降低了對(duì)膠帶安全系數(shù)的要求，但安全度不變;離合片之間的流動(dòng)為層流流動(dòng)，粘制力和離合器片之間的距離關(guān)系為線性關(guān)系，可調(diào)帶速為10%～99%，可以精確控制輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。其主要缺點(diǎn)是：調(diào)速系統(tǒng)與減速器合為一體，體積大、安裝不便;控制系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)量較大;在高速軸上配置逆止器和制動(dòng)器比較困難;價(jià)格昂貴，備品備件要進(jìn)口。此外，在使用中經(jīng)常有CST控制箱的所有按鈕都不起作用、CST系統(tǒng)的潤(rùn)滑壓力上不來、CST的復(fù)位按鈕不起作用、CST的冷卻壓力上不來、CST的輸出軸速度不顯示和CST高溫等故障。
11 CST裝置在濟(jì)二煤礦的應(yīng)用
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦為南、北兩翼生產(chǎn)，兩翼均采用強(qiáng)力帶式輸送機(jī)進(jìn)行原煤運(yùn)輸。北翼帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)為：運(yùn)距1850m，運(yùn)量2000t/h，帶寬1200mm，帶速4m/s，驅(qū)動(dòng)功率為2：2配置的4×351kW。帶式輸送機(jī)采用了美國(guó)道奇公司生產(chǎn)的CST(controlled start transmission)裝置，很好地實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。
帶式輸送機(jī)使用多臺(tái)CST的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)膠帶之前空載啟動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速以后，通過控制系統(tǒng)增加離合器的壓力并緩慢地讓輸送帶張緊、啟動(dòng)、加速至全速。通過對(duì)啟動(dòng)時(shí)候的調(diào)整，輸送帶的安全系數(shù)可以由原先的10降至6.5，節(jié)約了成本，特別是降低了膠帶的耗損率，僅在帶式輸送機(jī)改造的時(shí)候才更換過一次膠帶，節(jié)約膠帶費(fèi)用約600萬元。由于電動(dòng)機(jī)為空載啟動(dòng)，減小了啟動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。該膠帶的電動(dòng)機(jī)多年來未更換過，運(yùn)行狀態(tài)一直良好。
CST裝置可以控制帶式輸送機(jī)的停機(jī)曲線，由于增加了停機(jī)時(shí)間，輸送帶在停機(jī)過程中的動(dòng)態(tài)張力可以減至最小。此種特性極大地減輕了長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)對(duì)帶式輸送機(jī)張緊裝置的要求，使用普通的張緊裝置就可以。通過該裝置對(duì)帶式輸送機(jī)的保護(hù)作用，延長(zhǎng)了帶式輸送機(jī)各種部件的使用壽命，保障了工作面的正常生產(chǎn)。另一方面，由于煤礦井下的煤塵比較多，在呼吸器和籃網(wǎng)過濾器等裸露部分，煤塵雜質(zhì)比較容易進(jìn)入，影響了壓力油的性能和各過濾器、閥件的使用壽命。此外，該設(shè)備屬于國(guó)際上在帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)方面技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，使用之前一定要進(jìn)行職工培訓(xùn)，才能夠提高日常維護(hù)的技能。 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)
12 CST可控啟動(dòng)系統(tǒng)在濟(jì)三煤礦的應(yīng)用
兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦2臺(tái)帶式輸送機(jī)采用CST作為軟啟動(dòng)傳輸裝置，配備美國(guó)羅克韋爾道奇公司CST減速器、天津天寧公司TK200監(jiān)控系統(tǒng)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)YZL型液壓自動(dòng)張緊裝置，整個(gè)系統(tǒng)由PLC控制。
TK200監(jiān)控系統(tǒng)與CST系統(tǒng)配合可完成帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停車。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過程為：按下TK200控制系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，帶式輸送機(jī)開始預(yù)警，經(jīng)過2s后膠帶張緊;系統(tǒng)收到張緊返回信號(hào)后，間隔3s依次啟動(dòng)3臺(tái)主電動(dòng)機(jī);如果沒有故障信號(hào)，則發(fā)出CST運(yùn)行信號(hào)，帶式輸送機(jī)開始啟動(dòng)直至滿速4.5m/s。正常停車時(shí)，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)膠帶停止而主電機(jī)不停，減少了主電機(jī)頻繁啟動(dòng)。
CST可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)是用于大慣性負(fù)載平滑啟動(dòng)的多級(jí)減速齒輪裝置，主要結(jié)構(gòu)包括減速齒輪箱、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和基于可編程控制器(PLC)的控制系統(tǒng)。輸入軸的斜齒輪將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到太陽(yáng)輪上，并通過太陽(yáng)行星輪的嚙合將運(yùn)動(dòng)傳遞到與行星輪一體的輸出軸上。旋轉(zhuǎn)板(動(dòng)摩擦片)在外圈方向上通過鍵槽固定在齒圈/制動(dòng)盤上，并隨齒圈/制動(dòng)盤同步旋轉(zhuǎn)。靜摩擦片在內(nèi)圈方向上通過鍵槽固定在輸出軸體上。內(nèi)外兩層摩擦片交叉分布，相互隔離。調(diào)整環(huán)形活塞上的液壓，可控制摩擦片之間的壓力，并導(dǎo)致摩擦片的間隙產(chǎn)生變化。當(dāng)環(huán)形活塞上未施加控制壓力時(shí)，齒圈/制動(dòng)盤處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，CST不傳遞運(yùn)動(dòng);若環(huán)形活塞上施加的壓力能提供足夠的啟動(dòng)力矩時(shí)，帶式輸送機(jī)直接啟動(dòng)。該礦帶式輸送機(jī)有多種軟啟動(dòng)方式，相比而言，CST有以下優(yōu)點(diǎn)：在傳動(dòng)穩(wěn)定階段與液力偶合器不同，其反應(yīng)盤象液壓制動(dòng)器一樣安全鎖住，不會(huì)產(chǎn)生滑差，沒有效率損失;系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
（轉(zhuǎn)載）
