雙驅動輸煤皮帶分步啟動的研究與應用

李軍昌，武珍唐

神華河北國華滄東發電有限責任公司，河北黃驊 061113

0 引言

輸煤皮帶啟動過程中的沖擊、振蕩，是造成皮帶損壞、構架松動、基礎開裂等問題的主要原因，在輸煤皮帶服役期內，頻繁的啟動對皮帶、構架、基礎等進行反復的沖擊振蕩，最終導致事故的發生，多驅動皮帶的分步啟動技術的應用，可以有效降低或消除雙驅動傳輸皮帶啟動過程中的沖擊、震蕩，延長系統設備的工作時間，預防事故的發生。

1 運行狀況分析

據2008年8月7日神華河北國華滄東發電有限責任公司發生的C2皮帶機頭部機架基礎開裂及皮帶斷裂事件，結合輸煤皮帶運行情況，對所有皮帶系統的啟動過程中進行跟蹤摸底，在2008年8月15日設備啟動時及時發現了C3皮帶機頭部驅動滾筒基礎存在擺動，經檢查為驅動或轉向滾筒支架底板與預埋件焊接不牢，在運行過程中惡化所致。結果說明在皮帶啟動（特別是帶載動）過程中，對皮帶滾筒構架、基礎、皮帶等沖擊，將導致皮帶基礎、構架等疲勞導致事故發生，隨著啟動次數的累積，各部位發生疲勞、損傷的程度也將會不斷惡化，最終發展為故障。同時，由于采用的液壓拉緊裝置響應速度較慢，當皮帶機起動時，膠帶突然松弛伸長后，拉緊裝置不能立刻收縮油缸及時補償膠帶的延伸量，驅動改向滾筒至拉緊滾筒之間的膠帶嚴重下垂，使得帶式機打滑產生振動和振蕩，給輸煤皮帶系統和設備的安全運行帶來較大隱患。目前，我公司共有皮帶14條，其中儲煤系統7條，帶速4.4m/s，C2、C4A、C4B皮帶采用液壓式拉緊裝置，其他為重錘式拉緊裝置；上煤系統7條，帶速2.5m/s，采用重錘式拉緊裝置。C2皮帶配置三臺電動機，雙滾筒驅動；C3、C7A、C7B皮帶為二臺電動機雙滾筒驅動，其他均以一臺電動機單滾筒驅動，C2皮帶系統已經發生基礎脫落問題，C3皮帶系統基礎也有松動的現象。

2 皮帶啟動過程分析及多驅動分步啟動技術的應用

就我公司存在的問題，對港口皮帶系統的維護情況進行了調研，通過與專業人員的交流，了解到港口皮帶系統的啟動方式與我公司不同，在港口的啟動方式為電動機分步啟動，多驅動皮帶系統，第一臺電動機啟動后，第二（三）臺電動機延時2s后啟動，在第一臺電動機啟動后，首先進行皮帶的張緊，第二（三）臺電動機啟動后，在皮帶張緊的基礎上加力旋轉，可以減小同時啟動時皮帶基礎的振動和皮帶振蕩。

傳統的帶式輸送機的動力部分是由安裝在驅動架上的Y系列鼠籠電機、液力偶合器、減速機、聯軸器、制動器等組成，其動力矩系數限制在1.3～1.7之間，起動時輸送機的最大圓周驅動力為工作圓周力（靜阻力）的1.3～1.7倍，輸送機的加速度值一般控制在0.1m/s2～0.3m/s2，因此，在起動過程中膠帶的加速度響應值很大。在一個加、減速度沖擊作用下，膠帶中會產生兩個彈性波，張緊彈性波和松弛彈性波，這兩個應力波大小相等、方向相反。由于膠帶是一個封閉的環形傳輸系統，這相當于將膠帶的長度無限延長，張緊彈性波和松弛彈性波在膠帶中疊加重合，膠帶內的加速度為張緊彈性加速度和松弛彈性加速度之和。在極端情況下，膠帶的加、減速度響應值為膠帶機起動加、減速度的4倍，若取輸送機的加速度為在0.1～0.3m/s2，則膠帶的加速度響應值為在0.4～1.2m/s2。如果在哪個地方出現膠帶的松弛，則彈性波在此處就會發生反射，膠帶的加、減速度的數值又將增加一倍以上，這就是膠帶松弛后造成膠帶損壞的根本原因。故在輸送機的加速度＞0.3m/s2時就應該采取措施，設法降低皮帶輸送機的加速度。

如果帶式輸送機采用重錘式拉緊，在起動過程中，拉緊重錘的運動是：重錘先下降，然后重錘上升，重錘的上升與下降取決于與驅動滾筒分離點的位移量和離開拉緊裝置的輸送帶量。由于驅動滾筒牽引輸送帶的速度需要經過一定的時間才能傳到回程段的頭部，起動速度的過快，不僅使輸送帶的張力加大，也使重錘的位移加大。事實上，起動速度過快必然導致輸送帶大的動張力。因此，在實際輸送機的拉緊裝置的設計中，不僅要考慮輸送帶的彈性變形，也要考慮輸送機的起動時間和輸送機的最大速度。

據有關研究表明：以限矩型液力偶合器串鼠籠電機的帶式機為例，盡管其起動過程的加速度較大，在起動過程中重錘有較大的位移，重錘的加速度卻不很大，重錘的加速度是輸送帶最大加速度的1/4以下。

我公司的C2、C4A、C4B帶式輸送機采用液壓拉緊代替了重錘拉緊，拉緊滾筒的運動由上下變為水平前后，但運動工況基本相同。從現場實際運行情況看出，液壓張緊反應慢，液壓拉緊裝置不能及時收縮拉緊滾筒，造成在起動過程中驅動改向滾筒至拉緊滾筒之間產生的膠帶嚴重下垂，使這一段的膠帶張力過低，出現膠帶和回程段接觸、包住托輥等問題，這會導致托輥和輸送帶的損壞。為解決這一問題，必須改善輸送機的起動性能，降低輸送帶承受的來自于驅動裝置的巨大驅動動載荷，措施就是延長系統起動時間，減小系統在起動時的加速度。

根據《火力發電廠運煤設計技術規程》（DL/T5187.1—2004）規定：“多驅動帶式式輸送機啟動時，對于水平和向上輸送，原則上應先啟動處于傳送帶奔離側的傳動滾筒，如果有尾部傳動滾筒應先啟動，以便使隨后啟動的傳動滾筒的松邊傳送帶得到預緊，對于頭部驅動的長水平可逆帶式輸送機，一般先啟動靠近拉緊裝置的驅動滾筒。

根據H.Oehmen《帶式輸送機設計與運轉》的規定，啟動時間間隔應大于1s。”

由上述情況來看，在多驅動皮帶系統電動機加裝分步啟動，對皮帶系統是有益的，也是完全有必要的。

3 改進方案與實施

1）分步啟動實施范圍：C2、C3、C7A、B皮帶機。

2）分步啟動實施原則

（1）C201啟動，C202、C203延時2s后啟動；

（2）C301啟動，C302延時2s后啟動；

（3）C7A01啟動，C7A02延時2s后啟動；

（4）C7B1啟動，C7B02延時2s后啟動。

3）分步啟動實施方法：延時裝置在N01皮帶電動機電氣控制回路實現，在01間隔加裝時間繼電器，與N01電動機斷路器合閘位置繼電器接點串聯，在N01電動機斷路器合閘正常后啟動，輸出延時接點與N02(N03)輸煤皮帶電動機控制回路代替K1接點，整定值2s；

4）分步啟動實施其他配合工作：皮帶啟動狀態判別在程控系統實現，整定值10s。在10s內啟動不成功時，發出跳閘指令，停止皮帶機運行。

4 評估

1）電動機實現分步啟動后，可以減小對皮帶構架、基礎沖擊。

2）電動機實現分步啟動后，皮帶振蕩幅度、頻率將有所降低；

3）由于延長啟動時間，減小系統在起動時的加速度，在啟動過程中進行皮帶預緊，大大減小了皮帶的張緊受力，使皮帶得到一定程度的保護；

4）緩解液壓張緊反應慢，液壓拉緊裝置不能及時收縮拉緊滾筒，造成在起動過程中驅動改向滾筒至拉緊滾筒之間產生的膠帶嚴重下垂，改善了輸送機的起動性能，降低輸送帶承受的來自于驅動裝置的巨大驅動動載荷；

5）缺點是在啟動過程中，當延時驅動不成功時，首先啟動的電動機液力耦合器將有超壓的可能。

5 評價

通過改進，進行前后對比，皮帶啟動后的振蕩有原來的3次沖擊減小為1次，沖擊力度有明顯減弱，達到了預期目的。

[1]《火力發電廠運煤設計技術規程》（DL/T5187.1-2004）.