喬青山

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及各種新材料、新工藝的出現(xiàn)，帶式輸送機(jī)在運(yùn)量、運(yùn)距、帶寬及帶速等方面取得了長足發(fā)展，同時(shí)為了減小或避免長距離、大運(yùn)量、大功率帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)帶來的巨大沖擊及對(duì)輸送機(jī)設(shè)備本身造成的破壞等，軟啟動(dòng)技術(shù)在這些長距離、布置復(fù)雜的帶式輸送機(jī)上也得到了廣泛應(yīng)用，與硬啟動(dòng)方式比較，軟啟動(dòng)的使用可降低膠帶張力、提高膠帶安全系數(shù)及傳動(dòng)效率等。下面就幾種常見的軟啟動(dòng)方式進(jìn)行介紹：

1 調(diào)速型液力偶合器

調(diào)速型液力偶合器是一種以液體為介質(zhì)的非剛性聯(lián)軸器，分為限矩型和調(diào)速型兩種。限矩型液力偶合器主要由轉(zhuǎn)子部件和箱體部件兩部分組成；調(diào)速型液力偶合器除了轉(zhuǎn)子部件和箱體部件外，還有油泵系統(tǒng)、調(diào)速機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)子部件主要包括輸入軸、泵輪、輸出軸、渦輪等。通常情況下主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，從動(dòng)軸與減速機(jī)等負(fù)載聯(lián)接，在液力偶合器的空腔中充滿工作油，泵輪和渦輪對(duì)稱布置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，工作油在泵輪葉片的作用下，由葉片內(nèi)側(cè)流向邊緣，從而形成高速高壓液流，進(jìn)入渦輪后沖擊渦輪葉片帶動(dòng)渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)，從而將從泵輪獲得的能力傳遞給輸出軸，最后液體又返回泵輪，從而形成周而復(fù)始的流動(dòng)。對(duì)于調(diào)速型液力偶合器通過改變工作腔中工作油的充滿度就可在輸入軸轉(zhuǎn)速不變的情況下無極地改變輸出軸的轉(zhuǎn)速，具體在實(shí)際操作過程中通過控制系統(tǒng)、油泵系統(tǒng)及調(diào)速機(jī)構(gòu)協(xié)同動(dòng)作來完成。目前常用的液力偶合器主要為意大利傳斯羅伊(TRANSFLUID)、德國福伊特(VOITH)及國產(chǎn)設(shè)備。

1.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1) 可以使電機(jī)空載啟動(dòng)，減少對(duì)機(jī)械設(shè)備、電網(wǎng)的沖擊。

2) 當(dāng)帶式輸送機(jī)由多套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置之間的功率平衡。

3) 可以在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，連續(xù)無極調(diào)節(jié)被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。

4) 可以起到過載保護(hù)的作用。

5) 可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可控停車。

1.2 缺點(diǎn)

1) 驅(qū)動(dòng)單元組成：電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器+傳動(dòng)滾筒，驅(qū)動(dòng)單元占地面積大。

2) 偶合器液壓元器件后期維護(hù)工作量大、維護(hù)成本高。

3) 由于泵輪及渦輪之間通過油腔中的工作油傳遞能量，存在一定的延滯性。

在實(shí)際使用中限矩型液力偶合器通常用于功率較小、單驅(qū)動(dòng)布置的帶式輸送機(jī)，而調(diào)速型液力偶合器多用于電機(jī)功率大、多驅(qū)動(dòng)布置的帶式輸送機(jī),且多用于井下帶式輸送機(jī)。

太原煤氣化龍泉礦膠帶運(yùn)輸大巷帶式輸送機(jī)：帶寬B=1 600 mm、水平長度L=1 408 m、帶速V=4.5 m/s、傾角α=8°～16°、運(yùn)量Q=3 000 t/h、頭部雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)電機(jī)功率為1 400 kW， 3臺(tái)調(diào)速型液力偶合器型號(hào)為VTC650DTPKL。

2 CST可控起動(dòng)傳輸裝置

CST可控起動(dòng)傳輸裝置也是一種典型的機(jī)電液一體可控傳動(dòng)裝置，主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)3部分組成。其中，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括齒輪減速器、內(nèi)部線性濕式離合器兩部分；液壓系統(tǒng)主要包括冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，其中冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻在啟動(dòng)過程中離合器的靜止片與旋轉(zhuǎn)片間因滑差所產(chǎn)生的熱量；潤滑系統(tǒng)主要用來對(duì)內(nèi)部減速器及其它機(jī)械部件進(jìn)行潤滑；液壓控制系統(tǒng)用來控制離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力；電氣控制系統(tǒng)主要用來實(shí)時(shí)檢測輸出軸轉(zhuǎn)速并隨時(shí)向液壓控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)。

主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，從動(dòng)軸與傳動(dòng)滾筒聯(lián)接，收到啟動(dòng)信號(hào)后，電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，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)盤開始作用時(shí)，其輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比，通過設(shè)在輸出軸上的速度傳感器檢測出轉(zhuǎn)速并反饋給電氣控制系統(tǒng)，并與控制系統(tǒng)所設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤的油壓，從而實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的可控軟啟動(dòng)和調(diào)速功能。

2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1) 通過延長啟動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的空載啟動(dòng)，減少對(duì)電氣及機(jī)械設(shè)備的沖擊。

2) 當(dāng)帶式輸送機(jī)由多套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置之間的功率平衡。

3) 通過改善機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)性能，可降低膠帶的啟動(dòng)張力，提供高傳動(dòng)效率。

4) 可以實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的可控減速。

5) 通過在輸入軸上安裝飛輪，使得電機(jī)在斷電后的一段時(shí)間內(nèi)，依靠慣性，對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)提供動(dòng)力。

2.2 缺點(diǎn)

1) 該設(shè)備以前均為美國DODGE公司生產(chǎn)，雖目前國內(nèi)也有設(shè)備廠家生產(chǎn)，但設(shè)備價(jià)格仍較高。

2) 減速器與軟啟動(dòng)裝置(線性濕式離合器)是一體的，設(shè)備體積大、系統(tǒng)復(fù)雜、后期日常維護(hù)量大、維護(hù)工作復(fù)雜。

3) 對(duì)煤礦檢修工人的技術(shù)水平要求高。

汾西礦業(yè)集團(tuán)公司曙光礦主斜井帶式輸送機(jī)：帶寬B=1 200 mm、水平長度L=984 m、帶速V=3.15 m/s、傾角α=22°、運(yùn)量Q=430 t/h、頭部雙滾筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)電機(jī)功率為450 kW，2臺(tái)可控啟動(dòng)傳輸裝置型號(hào)為CST630K30.8。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)

其工作原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系， 通過改變電流頻率對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。這是真正意義上的可控傳輸系統(tǒng)，是全過程的可控傳輸系統(tǒng)。

3.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1) 通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可延長啟動(dòng)時(shí)間，減少對(duì)電氣及機(jī)械設(shè)備的沖擊。

2) 當(dāng)帶式輸送機(jī)由多套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置之間的功率平衡。

3) 可以實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的可控減速。

4) 驅(qū)動(dòng)單元組成：電動(dòng)機(jī)+減速機(jī)+傳動(dòng)滾筒，配置簡單，節(jié)省空間。

5) 隨著電機(jī)負(fù)載率的變化，軟啟動(dòng)器自適應(yīng)控制，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)相應(yīng)提高，同時(shí)降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率損耗。對(duì)經(jīng)常啟動(dòng)且負(fù)載變化頻繁的運(yùn)行系統(tǒng)，電機(jī)的節(jié)能效果更加顯著。

3.2 缺點(diǎn)

1) 高壓變頻器價(jià)格較高。

2) 變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)設(shè)備有干擾。

3) 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)占地面積大。

隨著國內(nèi)變頻設(shè)備技術(shù)的不斷成熟、可調(diào)功率范圍的增大、設(shè)備價(jià)格的下降及國家對(duì)設(shè)備節(jié)能要求的日益嚴(yán)格，變頻調(diào)速系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)中越來越得到廣泛應(yīng)用。

汾西礦業(yè)集團(tuán)公司柳灣礦主斜井帶式輸送機(jī)：帶寬B=1 200 mm、水平長度L=1 050 m、帶速V=4.0 m/s、傾角α=0～16°、運(yùn)量Q=1 700 t/h、頭部雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)電機(jī)功率為710 kW，設(shè)3套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)RNHV-A10/710。

三種軟啟動(dòng)方式的技術(shù)比較見表1。

表1 調(diào)速型液力偶合器、CST及變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)比較表

4 結(jié)束語

本文主要針對(duì)3種常用軟啟動(dòng)方式進(jìn)行闡述，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，每種軟啟動(dòng)方式各有所長，在具體的選用過程中，應(yīng)根據(jù)帶式輸送機(jī)的應(yīng)用環(huán)境、驅(qū)動(dòng)方式及設(shè)備投資等方面綜合考慮，選用合適的軟啟動(dòng)方式。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，武漢非凡科技開發(fā)有限責(zé)任公司.DTII(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2013：729-734.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50431-2008 帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008:46-47,122-123.

[3]運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)編輯委員會(huì). 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999:58-70.

[4]劉應(yīng)誠.液力偶合器實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008:156-162.