叢培霞

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 白芨溝煤礦，寧夏 石嘴山 753003)

0 引言

帶式輸送機(jī)作為一種連續(xù)輸送設(shè)備，主要用于碎散物料、成件物品的輸送，與其他運(yùn)輸設(shè)備(如提升類)相比，具有輸送距離長、運(yùn)量大、連續(xù)輸送等的特點，易于實現(xiàn)自動化和集中化控制，被廣泛應(yīng)用在煤炭、冶金、電廠、化工、礦山、港口等領(lǐng)域。

1 直接起動

直接起動是將電動機(jī)的定子直接接入電網(wǎng)，電機(jī)定子可獲得全網(wǎng)的全電壓。直接起動的起動線路是最簡單的，具有高起動電流、高起動轉(zhuǎn)矩、起動時間最短和裝置價格低等特點，然而這種起動方法有許多不足。感應(yīng)電機(jī)在額定電壓下起動，其輸入電流值常為銘牌值(額定電流)5至6倍。這種突如其來的過大電流，在加速的那一段持續(xù)的時域內(nèi)，由于機(jī)械慣性，以及與之耦合的機(jī)械負(fù)載特性的聯(lián)合作用，將會導(dǎo)致很高的溫升，以致毀壞電動機(jī)。更加不利的后果則是，在饋線上產(chǎn)生較大的電壓降，而對臨近的其他電氣設(shè)備造成不利的影響。在一般情況下，只有直接起動時的起動電流在電網(wǎng)中引起的電壓降落不超過10%-15%(對于經(jīng)常起動的電動機(jī)取10%，對于不經(jīng)常起動的電動機(jī)取15%)，才允許直接起動。

2 限矩型液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)

液力耦合器是德國人于1905年首創(chuàng)的。液力耦合器是利用液力來傳遞功率(力矩)的裝置，采用液力耦合器傳動可使驅(qū)動裝置的機(jī)械特性變軟，從而改善機(jī)器的起動性能，增大起動力矩。因為電動機(jī)可以空載起動，因而可以縮短電動機(jī)的起動時間。

限矩型液力耦合器能夠限制超載力矩使其升至一定范圍后不再升高，從而保護(hù)電動機(jī)。它的特點是運(yùn)轉(zhuǎn)前充入一定量的工作液體，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，其充液量不能改變。同一型號的液力耦合器所傳遞的功率隨充液量變化而不同，充液量越多，傳遞功率就越大。根據(jù)運(yùn)行功率的需要，充液率(腔體中實際充液量與腔體總?cè)莘e的比值)可在40%-80%內(nèi)選定。限矩型液力耦合器設(shè)有輔助腔，運(yùn)行時輔助腔中可存有部分液體，因而工作腔內(nèi)的充液量可在一定范圍內(nèi)變化，從而使其性能發(fā)生變化液力耦合器具有過載保護(hù)作用，能改善電動機(jī)的起動工況，減少工作機(jī)構(gòu)的沖擊和振動現(xiàn)象，減輕系統(tǒng)的動載荷，并使多電機(jī)傳動的負(fù)荷分配趨于均衡，實現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動與功率平衡，解決了同步性問題。并且價格低廉，性價比高，國內(nèi)重型帶式輸送機(jī)比較多地應(yīng)用這種控制驅(qū)動方式。但限矩型液力耦合器僅有緩沖作用，只能起到“軟”起動作用，不能實現(xiàn)可控傳動。

3 調(diào)速型液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)

調(diào)速型液力耦合器主要由液力耦合器、電動執(zhí)行器、稀油潤滑裝置與油箱等組成。其工作原理是利用液態(tài)傳動介質(zhì)來傳遞動力，通過調(diào)節(jié)耦合器工作腔內(nèi)充液量的多少，來控制耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到輸送機(jī)的可控軟起動。先由電動機(jī)帶動耦合器的泵輪空運(yùn)轉(zhuǎn)，然后向耦合器工作腔中注入液態(tài)傳動介質(zhì)液。當(dāng)導(dǎo)流管處于最里邊位置時，進(jìn)入工作腔中的傳動介質(zhì)液全部由導(dǎo)流管流回油箱，此時渦輪與輸出軸不轉(zhuǎn)動。當(dāng)電動執(zhí)行器帶動導(dǎo)流管緩慢向外移動時，進(jìn)入導(dǎo)流管流回油箱的傳動介質(zhì)液逐漸減少，而進(jìn)入工作腔中的傳動介質(zhì)液逐漸增多。在高速旋轉(zhuǎn)的泵輪葉片帶動下，傳動介質(zhì)液形成高壓高速液流，沖向渦輪葉片，使渦輪與輸出軸逐漸轉(zhuǎn)動起來。隨著工作腔內(nèi)傳動介質(zhì)液的不斷增多，渦輪與輸出軸的轉(zhuǎn)速也就逐漸增加，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。只要控制導(dǎo)流管向外移動速度，就可使帶式輸送機(jī)按照設(shè)定速度曲線平穩(wěn)起動。

采用調(diào)速型液力耦合器控制方法：

(1)實現(xiàn)電機(jī)空載起動，能利用其尖峰力矩作起動力矩，提高其起動能力，縮短了電動機(jī)起動時間，而使皮帶滯后于電機(jī)緩慢起動；

(2)功率平衡達(dá)±5%；

(3)起動加速度 0.1-0.3m/s2；

(4)隔離扭矩，減緩沖擊，防止動力過載，保護(hù)電機(jī)及帶式輸送機(jī)主要部件，不會因過載而損壞；

(5)結(jié)構(gòu)簡單可靠，無機(jī)械磨損，能在環(huán)境惡劣條件下工作，無需特殊保護(hù)，使用壽命長，運(yùn)營費用低，易于實現(xiàn)輸送機(jī)的自動控制；

(6)能實現(xiàn)多機(jī)順序起動，減少對外界電網(wǎng)的沖擊；

(7)操作維護(hù)簡單，工人易于掌握，備品備件方便。

然而，由于調(diào)速型液力耦合器為工業(yè)通用性產(chǎn)品，不是使用在帶式輸送機(jī)上的專用產(chǎn)品，對大功率長距離帶式輸送機(jī)采用調(diào)速型液力耦合器驅(qū)動的控制沒有達(dá)到較為滿意的性能指標(biāo)及精度要求，而且當(dāng)單機(jī)功率大于500kW時，調(diào)速型液力耦合器則不能滿足工況要求。

4 CST起動模式

CST可控驅(qū)動系統(tǒng)是美國道奇?利蘭斯電氣公司開發(fā)生產(chǎn)的一種專用于大型、重載帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，是帶有電--液反饋控制及齒輪減速器，在低速軸端裝有線性、濕性離合器的機(jī)電一體化的高技術(shù)驅(qū)動系統(tǒng)。典型的CST系統(tǒng)由以下部分組成：機(jī)械傳動系統(tǒng)；電--液控制系統(tǒng)；風(fēng)冷熱交換器；油泵系統(tǒng)；冷卻控制系統(tǒng)。其工作原理是根據(jù)實際情況，可通過控制器設(shè)置所需要的加速度曲線和起動時間。在收到起動信號后，電動機(jī)空載起動，達(dá)到額定速度后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力。當(dāng)反應(yīng)盤相互作用時，其輸出力矩將與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，從而確保穩(wěn)定的加速度斜率。

采用CST驅(qū)動裝置控制方法的優(yōu)點：

(1)起動平穩(wěn)，可實現(xiàn)S型曲線起動；

(2)可調(diào)速度10%-99%；

(3)傳動效率可達(dá)85%；

(4)保護(hù)功能齊全；

(5)功率平衡精度范圍可達(dá)±2%；

(6)其起動系數(shù)為1左右，所選擇膠帶的強(qiáng)度可降低30%左右。

CST驅(qū)動裝置的缺點：

(1)調(diào)速系統(tǒng)與減速器合為一體，體積大，安裝不便；

(2)實現(xiàn)多點驅(qū)動電動機(jī)平衡時，某些液體粘性離合器將始終處于邊界潤滑的半制動狀態(tài)，此時制動器中的摩擦片之間無法形成完整的油膜，摩擦片之間不可避免地直接接觸打滑，造成摩擦片的磨損，從而縮短其使用壽命；

(3)系統(tǒng)為機(jī)、電液一體化，復(fù)雜且維護(hù)困難，備品備件依賴進(jìn)口，后期運(yùn)行成本高；

(4)在軟起動和調(diào)速過程中，發(fā)熱量大，傳動效率低。

5 變頻起動

變頻調(diào)速的基本原理就是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源頻率成正比的關(guān)系，通過改變電動機(jī)工作電源的頻率來達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，公式如下：

n=60f（1-s）/p

式中：n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速；f為工作電源頻率；s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電動機(jī)極對數(shù)。

變頻調(diào)速裝置主要由功率器件(IGBT)、絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理是通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進(jìn)入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。由上式可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的時間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)的起動，達(dá)到輸送機(jī)的可控起動。從技術(shù)的角度來看，電動機(jī)的變頻調(diào)速是實現(xiàn)大型機(jī)械設(shè)備軟起動和無級調(diào)速比較理想的方法之一。

變頻器調(diào)速優(yōu)點：

(1)真正實現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動；

(2)實現(xiàn)帶式輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動時的功率平衡；

(3)降低設(shè)備的維護(hù)量；

(4)節(jié)能。

6 結(jié)束語

總之，帶式輸送機(jī)一般都是以固定速度運(yùn)行，所以帶式輸送機(jī)驅(qū)動電機(jī)做功效率就會降低，耗費大量電能，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。降低帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)電耗已經(jīng)成為企業(yè)迫切需要解決的問題。

［1］姚錫祿.變頻器控制技術(shù)入門與應(yīng)用實例[M].北京：中國電力出版社，2009.

［2］趙玉文，李云海.帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機(jī)械，2004（4）：1-3.