程瑞鵬

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西西安 710300

因 煤礦地質(zhì)條件、采區(qū)布置和煤矸石運(yùn)輸方向等因素的影響，下運(yùn)帶式輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中，不僅可以縮短工期、減少工作量，而且能縮短運(yùn)輸距離、節(jié)約費(fèi)用[1]。但下運(yùn)帶式輸送機(jī)存在易跑偏、打滑、斷帶以及飛車等隱患[2]，其中，跑偏、打滑、斷帶等故障已經(jīng)有了相對(duì)準(zhǔn)確的判斷依據(jù)及保護(hù)措施，但飛車故障還沒(méi)有可以量化的判斷依據(jù)。研究分析飛車故障的發(fā)生機(jī)理和輸送機(jī)的狀態(tài)特征，找到飛車故障的判斷依據(jù)，對(duì)保障下運(yùn)帶式輸送機(jī)安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)研究

在運(yùn)輸過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要有以下 3 種工況。

(1)工況 1 在輸送機(jī)空載或帶料較少時(shí)，物料重力沿輸送帶運(yùn)行方向的分力不足以克服整個(gè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力[3]，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為下運(yùn)帶式輸送機(jī)提供動(dòng)力。

(2)工況 2 當(dāng)輸送帶上的物料重力足以克服整個(gè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力時(shí)，輸送帶加速運(yùn)行并帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為下運(yùn)帶式輸送機(jī)提供制動(dòng)力。處于發(fā)電工況下的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩與負(fù)載力矩平衡，帶式輸送機(jī)以穩(wěn)定的速度下行。當(dāng)帶式輸送機(jī)嚴(yán)重超載時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩不足以平衡負(fù)載力矩，下運(yùn)帶式輸送機(jī)將會(huì)發(fā)生飛車事故[4]。

(3)工況 3 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)，突然斷電，電動(dòng)機(jī)的力矩消失，制動(dòng)失效，也會(huì)發(fā)生飛車事故[5]。

2 飛車故障原因分析

帶式輸送機(jī)下行時(shí)，處于超載運(yùn)輸工況。結(jié)合圖 1 所示的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線分析，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)其最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速后，其轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而降低。故飛車事故產(chǎn)生的原因是輸送機(jī)在超載運(yùn)行時(shí)，物料與輸送帶重力沿運(yùn)動(dòng)方向上的合力大于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大電磁反力矩，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)失去對(duì)輸送機(jī)帶速的控制能力，從而發(fā)生飛車事故。

圖1 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

3 飛車故障的判斷依據(jù)

通過(guò)分析飛車故障原因可知，判斷帶式輸送機(jī)發(fā)生飛車的依據(jù)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁反力矩能否平衡物料向下的重力；確定飛車依據(jù)的閾值是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在發(fā)電狀況下最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩稱為臨界轉(zhuǎn)矩，臨界轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率。要確定飛車判斷依據(jù)的理論計(jì)算公式，首先要微分電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，得到其臨界轉(zhuǎn)差率即可。

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩

式中：m1為定子繞組相數(shù)；P為極對(duì)數(shù)；U1為相電壓；r2′為等效轉(zhuǎn)子電阻；S為轉(zhuǎn)差率；f1為磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)頻率；r1為定子電阻；X1為定子繞組阻抗；X2′為等效轉(zhuǎn)子阻抗。

式(1)表示電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)(電壓、頻率)、電動(dòng)機(jī)參數(shù)(定轉(zhuǎn)子測(cè)電阻、電抗)和轉(zhuǎn)差率的直接關(guān)系。電網(wǎng)電壓、頻率不變，且電動(dòng)機(jī)參數(shù)不變的情況下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。由可得臨界轉(zhuǎn)差率

當(dāng)轉(zhuǎn)差率為 -Sm時(shí)，處于發(fā)電工況下的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。

臨界轉(zhuǎn)差率的另一個(gè)計(jì)算公式如下[6]：

式中：λ為電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)；SN為額定轉(zhuǎn)差率；n0為電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，r/min。

由式(3)、(4)可知，當(dāng)發(fā)生飛車事故時(shí)，下運(yùn)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速

式中：nN為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min。

4 數(shù)據(jù)分析與驗(yàn)證

筆者選取某礦的下運(yùn)帶式輸送機(jī)作為研究對(duì)象，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y355L3-4。在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò) 1 560 r/min 時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員即判斷輸送機(jī)發(fā)生飛車事故。

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 1 488 r/min，同步轉(zhuǎn)速為 1 500 r/min，異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)為 1.8～2.5，此處取 2.5，代入式(5)可得

n臨界=1 557 (r/min)。

該臨界轉(zhuǎn)速與實(shí)際發(fā)生飛車事故時(shí)操作人員的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)很接近，可見(jiàn)，飛車事故的判斷依據(jù)較為準(zhǔn)確。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)飛車事故發(fā)生機(jī)理和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的分析，得出當(dāng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)發(fā)生飛車事故時(shí)其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，為正確判斷提供了依據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)單位可根據(jù)其采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定對(duì)應(yīng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)發(fā)生飛車故障時(shí)的電動(dòng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速，為觸發(fā)保護(hù)裝置提供了準(zhǔn)確依據(jù)，保證下運(yùn)帶式輸送機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。