膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)技術(shù)的性價(jià)比
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本文作者：張有 單位：中煤集團(tuán)平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司
0概述
近年來(lái)帶式輸送機(jī)在煤礦井下運(yùn)煤系統(tǒng)中所占比重越來(lái)越大，許多煤礦已基本實(shí)現(xiàn)“運(yùn)煤皮帶化”，尤其是高產(chǎn)高效礦井的運(yùn)煤系統(tǒng)全部是帶式輸送機(jī)，而且大多為大型帶式輸送機(jī)。中煤平朔煤業(yè)公司有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料可以看出：（1）平朔公司在井下使用的都是大型帶式輸送機(jī)；（2）平朔公司在井下帶式輸送機(jī)上采用的軟啟動(dòng)裝置有3種：差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置（CST）、變頻調(diào)速裝置、液力調(diào)速裝置。
1軟啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)
啟動(dòng)問(wèn)題是帶式輸送機(jī)尤其是大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，此關(guān)鍵技術(shù)不僅關(guān)系到輸送機(jī)的啟動(dòng)性能，而且還直接影響輸送機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益。因此在大型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中必須考慮和解決啟動(dòng)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外都是采用軟啟動(dòng)技術(shù)來(lái)解決帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題。大型帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，如果直接啟動(dòng)而不采用軟啟動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致輸送機(jī)難以啟動(dòng)，輸送帶打滑磨損；加大輸送機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)張力，造成對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部元部件的瞬時(shí)沖擊；造成電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流增大，對(duì)于電網(wǎng)也會(huì)造成干擾。在帶式輸送機(jī)上采用軟啟動(dòng)，就可確保按輸送機(jī)所要求的啟動(dòng)速度曲線（見圖1）平穩(wěn)啟動(dòng)，清除上述硬啟動(dòng)所帶來(lái)的危害。軟啟動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）確保啟動(dòng)平穩(wěn)性，可實(shí)現(xiàn)滿載啟動(dòng)；（2）減小啟動(dòng)時(shí)輸送帶動(dòng)張力，可降低輸送帶安全系數(shù)與對(duì)元部件的機(jī)械強(qiáng)度要求；（3）減小對(duì)外界電源電流與電壓的沖擊；（4）降低輸送機(jī)制造成本和日常維護(hù)費(fèi)用。由此可見，軟啟動(dòng)不僅可提高帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)性能而且還為用戶帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益，已成為帶式輸送機(jī)是否達(dá)到技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)志之一。
2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以選擇何種軟啟動(dòng)裝置是至關(guān)重要的。應(yīng)從以下3方面來(lái)考慮與選擇軟啟動(dòng)裝置：必須滿足帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)要求；價(jià)格要經(jīng)濟(jì)合理；使用維護(hù)要簡(jiǎn)便，操作人員易于掌握。根據(jù)帶式輸送機(jī)在本公司煤礦井下的使用要求，軟啟動(dòng)裝置必須具有以下性能。（1）可根據(jù)輸送機(jī)啟動(dòng)參數(shù)任意調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間，使輸送機(jī)能按設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的滿載啟動(dòng)；（2）能控制輸送機(jī)系統(tǒng)加速度值小于設(shè)定值，從而控制輸送機(jī)動(dòng)張力在允許范圍內(nèi)；（3）具有多機(jī)驅(qū)動(dòng)速度同步和功率平衡功能，同時(shí)能設(shè)定各個(gè)電機(jī)間隔啟動(dòng)的功能；（4）具有系統(tǒng)過(guò)載保護(hù)及報(bào)警功能；（5）具有保護(hù)外界電網(wǎng)電壓與電流的功能，減少電網(wǎng)污染。目前具有上述功能的軟啟動(dòng)裝置有差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置（CST）、變頻調(diào)速裝置和液力調(diào)速裝置，下面分別介紹其工作原理及特點(diǎn)。
2.1差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置
差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置主要由可控液黏離合器與行星齒輪傳動(dòng)裝置構(gòu)成（見圖2）。其工作原理如下：電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)行星齒輪傳動(dòng)裝置的輸入軸、中間過(guò)渡齒輪，傳遞給太陽(yáng)輪，并通過(guò)3個(gè)行星輪帶動(dòng)內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，同時(shí)內(nèi)齒圈與離合器中的摩擦片相連接，摩擦片產(chǎn)生的油膜動(dòng)力黏性來(lái)傳遞動(dòng)力，從而控制輸出軸的轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制與調(diào)節(jié)離合器中活塞壓力和時(shí)間，使輸送機(jī)能夠按照預(yù)先設(shè)定的曲線平穩(wěn)啟動(dòng)。CST具有可變速運(yùn)行，調(diào)速精度高，功率范圍大，目前最大防爆型差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置最大功率可達(dá)3000kW。缺點(diǎn)是產(chǎn)品及備件主要依賴進(jìn)口，價(jià)格較高；尤其是使用后期，隨著摩擦片的磨損，更換油及摩擦片次數(shù)頻繁，導(dǎo)致維護(hù)成本高；由于摩擦片在低速工作時(shí)發(fā)熱量大使得裝置不能長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)行，從而造成了裝置低速性能較差。
2.2變頻調(diào)速裝置
變頻調(diào)速裝置主要通過(guò)控制電源的頻率、電壓來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。其工作原理如下：由電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f/p式中f———交流電源頻率，s-1；p———電機(jī)極對(duì)數(shù)?？梢钥闯?，交流電源頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系。當(dāng)交流電源的頻率發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之變化。因此控制電源頻率變化幅值及頻率變化時(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，達(dá)到軟啟動(dòng)目的。該裝置具有調(diào)速精度較高、可以變速運(yùn)行、調(diào)速范圍大、低速性能好、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。目前井上用非防爆型高壓變頻調(diào)速裝置功率最大已達(dá)2240kW（10kV）。但是防爆型變頻調(diào)速裝置存在功率范圍較低、進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，目前國(guó)產(chǎn)防爆型變頻調(diào)速裝置最大功率僅為630kW（1140V），存在電機(jī)空載時(shí)無(wú)法啟動(dòng)，同時(shí)在裝置變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)外界電源會(huì)產(chǎn)生一定程度的干擾。
2.3液力調(diào)速裝置
液力調(diào)速裝置主要由電動(dòng)執(zhí)行器、液力耦合器主體、稀油站與油箱等組成（見圖3）。其工作原理：通過(guò)調(diào)節(jié)耦合器工作腔內(nèi)充液量的多少，利用傳動(dòng)介質(zhì)液來(lái)傳遞動(dòng)力，來(lái)控制耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。先由主電機(jī)帶動(dòng)耦合器輸入軸運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過(guò)稀油站油泵4向耦合器工作腔內(nèi)注入傳動(dòng)液。當(dāng)導(dǎo)流管10位于最底的位置時(shí)，進(jìn)入工作腔的傳動(dòng)介質(zhì)液全部流回油箱，此時(shí)輸出軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器9帶動(dòng)導(dǎo)流管緩慢向外移動(dòng)時(shí)，進(jìn)入工作腔中的傳動(dòng)介質(zhì)液逐漸增多，輸入動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)介質(zhì)液的液黏作用，帶動(dòng)渦輪7和輸出軸，其轉(zhuǎn)速逐漸達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。通過(guò)控制導(dǎo)流管向外移動(dòng)速度，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)目的。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、產(chǎn)品廠家貨源充足、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但是裝置也存在調(diào)速精度不高、調(diào)速范圍小、低速性能差、不能長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)轉(zhuǎn)等缺點(diǎn)。
上述3種軟啟動(dòng)裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，其產(chǎn)品價(jià)格參數(shù)如表1所示。因此通過(guò)上述分析，在選擇軟起動(dòng)裝置時(shí)應(yīng)根據(jù)帶式輸送機(jī)不同的使用要求來(lái)選擇性價(jià)比最佳的軟啟動(dòng)裝置。根據(jù)本公司使用經(jīng)驗(yàn)，這3種軟啟動(dòng)裝置啟動(dòng)調(diào)速性能都較好，變頻調(diào)速裝置由于具有高的調(diào)速精度和能較長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地使用在主斜井帶式輸送機(jī)上，在井下也有使用，低于630kW（1140V）以下。液力調(diào)速裝置和差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置基本上都使用在井下。液力調(diào)速裝置運(yùn)行可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)單；差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置操作維護(hù)較困難，使用后期事故率高，維護(hù)費(fèi)用高，事故率增多等原因，目前在井下使用液力調(diào)速裝置的較多。國(guó)產(chǎn)液力調(diào)速裝置價(jià)格低廉，僅為進(jìn)口產(chǎn)品的40%左右，國(guó)產(chǎn)液力調(diào)速裝置的性能雖比不上進(jìn)口產(chǎn)品好，但完全滿足帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)要求，其發(fā)展前景是相當(dāng)廣闊的。
3結(jié)語(yǔ)
軟啟動(dòng)是帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，隨著帶式輸送機(jī)大型化的趨勢(shì)，軟啟動(dòng)已成為帶式輸送機(jī)是否達(dá)到技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)志之一。在帶式輸送機(jī)尤其是大型帶式輸送機(jī)上必須配置軟啟動(dòng)裝置。選擇軟啟動(dòng)裝置準(zhǔn)則：（1）必須滿足帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)要求；（2）價(jià)格要經(jīng)濟(jì)合理；（3）使用維護(hù)要簡(jiǎn)單，操作人員易于掌握。本公司使用的3種軟啟動(dòng)裝置，是國(guó)內(nèi)煤礦最常用的，具有良好的啟動(dòng)調(diào)速性能，都能較好地滿足帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)要求。應(yīng)根據(jù)帶式輸送機(jī)不同的使用要求和不同使用地點(diǎn)來(lái)選擇性價(jià)比最優(yōu)的軟啟動(dòng)裝置。變頻調(diào)速裝置一般都用作主斜井帶式輸送機(jī)和地面上的大型帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)裝置；井下帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置大多采用液力調(diào)速裝置和差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置。國(guó)產(chǎn)液力調(diào)速裝置完全能滿足帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)要求，國(guó)內(nèi)多家廠商可以提供產(chǎn)品。由于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格低廉，其發(fā)展前景是相當(dāng)廣闊的。