膠帶輸送機啟動技術(shù)的性價比
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本文作者：張有 單位：中煤集團平朔煤業(yè)有限責任公司
0概述
近年來帶式輸送機在煤礦井下運煤系統(tǒng)中所占比重越來越大，許多煤礦已基本實現(xiàn)“運煤皮帶化”，尤其是高產(chǎn)高效礦井的運煤系統(tǒng)全部是帶式輸送機，而且大多為大型帶式輸送機。中煤平朔煤業(yè)公司有關(guān)統(tǒng)計資料可以看出：（1）平朔公司在井下使用的都是大型帶式輸送機；（2）平朔公司在井下帶式輸送機上采用的軟啟動裝置有3種：差動輪系液黏調(diào)速裝置（CST）、變頻調(diào)速裝置、液力調(diào)速裝置。
1軟啟動優(yōu)點
啟動問題是帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)，此關(guān)鍵技術(shù)不僅關(guān)系到輸送機的啟動性能，而且還直接影響輸送機的經(jīng)濟效益。因此在大型帶式輸送機設(shè)計中必須考慮和解決啟動問題。目前國內(nèi)外都是采用軟啟動技術(shù)來解決帶式輸送機的啟動問題。大型帶式輸送機啟動時，如果直接啟動而不采用軟啟動，將會導致輸送機難以啟動，輸送帶打滑磨損；加大輸送機系統(tǒng)啟動動張力，造成對輸送機系統(tǒng)內(nèi)部元部件的瞬時沖擊；造成電機啟動時的電流增大，對于電網(wǎng)也會造成干擾。在帶式輸送機上采用軟啟動，就可確保按輸送機所要求的啟動速度曲線（見圖1）平穩(wěn)啟動，清除上述硬啟動所帶來的危害。軟啟動具有以下優(yōu)點：（1）確保啟動平穩(wěn)性，可實現(xiàn)滿載啟動；（2）減小啟動時輸送帶動張力，可降低輸送帶安全系數(shù)與對元部件的機械強度要求；（3）減小對外界電源電流與電壓的沖擊；（4）降低輸送機制造成本和日常維護費用。由此可見，軟啟動不僅可提高帶式輸送機的啟動性能而且還為用戶帶來明顯的經(jīng)濟效益，已成為帶式輸送機是否達到技術(shù)先進的標志之一。
2技術(shù)經(jīng)濟比較
帶式輸送機的軟啟動是通過軟啟動裝置來實現(xiàn)的，所以選擇何種軟啟動裝置是至關(guān)重要的。應(yīng)從以下3方面來考慮與選擇軟啟動裝置：必須滿足帶式輸送機的軟啟動要求；價格要經(jīng)濟合理；使用維護要簡便，操作人員易于掌握。根據(jù)帶式輸送機在本公司煤礦井下的使用要求，軟啟動裝置必須具有以下性能。（1）可根據(jù)輸送機啟動參數(shù)任意調(diào)節(jié)啟動時間，使輸送機能按設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動，同時能實現(xiàn)輸送機的滿載啟動；（2）能控制輸送機系統(tǒng)加速度值小于設(shè)定值，從而控制輸送機動張力在允許范圍內(nèi)；（3）具有多機驅(qū)動速度同步和功率平衡功能，同時能設(shè)定各個電機間隔啟動的功能；（4）具有系統(tǒng)過載保護及報警功能；（5）具有保護外界電網(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裝置有差動輪系液黏調(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。
2.1差動輪系液黏調(diào)速裝置
差動輪系液黏調(diào)速裝置主要由可控液黏離合器與行星齒輪傳動裝置構(gòu)成（見圖2）。其工作原理如下：電機轉(zhuǎn)速通過行星齒輪傳動裝置的輸入軸、中間過渡齒輪，傳遞給太陽輪，并通過3個行星輪帶動內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，同時內(nèi)齒圈與離合器中的摩擦片相連接，摩擦片產(chǎn)生的油膜動力黏性來傳遞動力，從而控制輸出軸的轉(zhuǎn)速，通過控制與調(diào)節(jié)離合器中活塞壓力和時間，使輸送機能夠按照預(yù)先設(shè)定的曲線平穩(wěn)啟動。CST具有可變速運行，調(diào)速精度高，功率范圍大，目前最大防爆型差動輪系液黏調(diào)速裝置最大功率可達3000kW。缺點是產(chǎn)品及備件主要依賴進口，價格較高；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，導致維護成本高；由于摩擦片在低速工作時發(fā)熱量大使得裝置不能長時間的低速運行，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)速裝置主要通過控制電源的頻率、電壓來控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，來實現(xiàn)輸送機的軟啟動。其工作原理如下：由電機轉(zhuǎn)速n=60f/p式中f———交流電源頻率，s-1；p———電機極對數(shù)。可以看出，交流電源頻率與電機轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系。當交流電源的頻率發(fā)生變化時，電機轉(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間，就可使輸送機按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動，達到軟啟動目的。該裝置具有調(diào)速精度較高、可以變速運行、調(diào)速范圍大、低速性能好、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點。目前井上用非防爆型高壓變頻調(diào)速裝置功率最大已達2240kW（10kV）。但是防爆型變頻調(diào)速裝置存在功率范圍較低、進口產(chǎn)品價格昂貴等缺點，目前國產(chǎn)防爆型變頻調(diào)速裝置最大功率僅為630kW（1140V），存在電機空載時無法啟動，同時在裝置變頻調(diào)速時，對外界電源會產(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：通過調(diào)節(jié)耦合器工作腔內(nèi)充液量的多少，利用傳動介質(zhì)液來傳遞動力，來控制耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達到輸送機的軟啟動。先由主電機帶動耦合器輸入軸運轉(zhuǎn)，然后通過稀油站油泵4向耦合器工作腔內(nèi)注入傳動液。當導流管10位于最底的位置時，進入工作腔的傳動介質(zhì)液全部流回油箱，此時輸出軸不轉(zhuǎn)動。當電動執(zhí)行器9帶動導流管緩慢向外移動時，進入工作腔中的傳動介質(zhì)液逐漸增多，輸入動力通過傳動介質(zhì)液的液黏作用，帶動渦輪7和輸出軸，其轉(zhuǎn)速逐漸達到額定轉(zhuǎn)速。通過控制導流管向外移動速度，就可使輸送機按照設(shè)定速度曲線平穩(wěn)啟動，以實現(xiàn)軟啟動目的。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便、產(chǎn)品廠家貨源充足、價格低廉等優(yōu)點。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、不能長時間的低速運轉(zhuǎn)等缺點。
上述3種軟啟動裝置各有優(yōu)缺點，其產(chǎn)品價格參數(shù)如表1所示。因此通過上述分析，在選擇軟起動裝置時應(yīng)根據(jù)帶式輸送機不同的使用要求來選擇性價比最佳的軟啟動裝置。根據(jù)本公司使用經(jīng)驗，這3種軟啟動裝置啟動調(diào)速性能都較好，變頻調(diào)速裝置由于具有高的調(diào)速精度和能較長時間低速運行等優(yōu)點，已廣泛地使用在主斜井帶式輸送機上，在井下也有使用，低于630kW（1140V）以下。液力調(diào)速裝置和差動輪系液黏調(diào)速裝置基本上都使用在井下。液力調(diào)速裝置運行可靠，操作維護簡單；差動輪系液黏調(diào)速裝置操作維護較困難，使用后期事故率高，維護費用高，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。國產(chǎn)液力調(diào)速裝置價格低廉，僅為進口產(chǎn)品的40%左右，國產(chǎn)液力調(diào)速裝置的性能雖比不上進口產(chǎn)品好，但完全滿足帶式輸送機軟啟動要求，其發(fā)展前景是相當廣闊的。
3結(jié)語
軟啟動是帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)，隨著帶式輸送機大型化的趨勢，軟啟動已成為帶式輸送機是否達到技術(shù)先進的標志之一。在帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機上必須配置軟啟動裝置。選擇軟啟動裝置準則：（1）必須滿足帶式輸送機軟啟動要求；（2）價格要經(jīng)濟合理；（3）使用維護要簡單，操作人員易于掌握。本公司使用的3種軟啟動裝置，是國內(nèi)煤礦最常用的，具有良好的啟動調(diào)速性能，都能較好地滿足帶式輸送機的啟動要求。應(yīng)根據(jù)帶式輸送機不同的使用要求和不同使用地點來選擇性價比最優(yōu)的軟啟動裝置。變頻調(diào)速裝置一般都用作主斜井帶式輸送機和地面上的大型帶式輸送機的軟啟動裝置；井下帶式輸送機軟啟動裝置大多采用液力調(diào)速裝置和差動輪系液黏調(diào)速裝置。國產(chǎn)液力調(diào)速裝置完全能滿足帶式輸送機的啟動要求，國內(nèi)多家廠商可以提供產(chǎn)品。由于國產(chǎn)產(chǎn)品價格低廉，其發(fā)展前景是相當廣闊的。