可控啟動傳輸裝置在井下1.4 m皮帶機上的應(yīng)用

申瑞屏

(晉城煤業(yè)集團胡底煤業(yè)，山西晉城048214)

0 引言

目前國內(nèi)常用的軟啟動技術(shù)主要方式分為機械和電氣兩大類。機械方式:包括使用液力偶合器，CST(線性濕式離合器)等;電氣方式:主要為變頻調(diào)速(諧波對井下電網(wǎng)及監(jiān)測監(jiān)控干擾較大，在煤礦井下應(yīng)用性不強。)。

成莊煤礦自2006 年開始在井下5303 工作面順槽1.4 m皮帶機首次采用CST 軟啟動裝置，該裝置在皮帶重載啟動、停止及功率平衡等方面表現(xiàn)出了良好的特性，而且故障率低，在礦井原煤提升中發(fā)揮了巨大的作用。

1 1.4 m 皮帶機中CST 配置情況

成莊礦1.4 m 皮帶機總裝機功率3 ×400 kW，配置3 套CST，設(shè)計輸送能力2 500 t/h，最大運輸距離2 000 m。其典型配置分別如圖1、圖2 所示。

圖1 1.4 m 皮帶機滾筒布置示意圖

圖2 CST 布置示意圖

1)布置方式:從驅(qū)動滾筒行人側(cè)布置1#CST，非行人側(cè)布置液壓閘盤;主驅(qū)動滾筒行人側(cè)與非行人側(cè)分別布置2#CST、3#CST。

2)CST 選型:按與主電機功率匹配的原則，CST 型號為420 KRS，液壓控制壓力范圍為0 ～300 psi，最大離合壓力250 psi，輸入輸出軸呈直角三角形布置。3 臺CST 出軸方向完全一致，在空間上可以實現(xiàn)任意互換。

3)主從關(guān)系:一般情況下，選2#CST 為主驅(qū)動，1#和3#CST設(shè)置為從驅(qū)。特殊情況時也可以選擇3#或1#CST 為主驅(qū)，從而大大提高了設(shè)置主從關(guān)系的靈活性。當某臺CST 被選為主驅(qū)后，工作在速度閉環(huán)控制模式下，保證帶速要求，從驅(qū)根據(jù)主驅(qū)功率進行跟隨，以保證3 臺驅(qū)動功率平衡，平衡精度可達到2%。

2 1.4 m 皮帶機中CST 控制系統(tǒng)框圖(圖3)

圖3 CST 電控系統(tǒng)框圖

其中，PROMOS 控制系統(tǒng)監(jiān)測CST 狀態(tài)，以實現(xiàn)對整條皮帶的啟停控制及保護。CST 控制裝置(PLC)對CST 進行精確控制，控制離合器壓力，以保證皮帶正常運行，同時采集潤滑壓力、系統(tǒng)壓力、離合壓力、冷卻流量、液壓油溫度、皮帶速度等信號，實現(xiàn)對CST 的控制與保護。

3 CST 在1.4 m 皮帶機中的應(yīng)用效果分析

成莊礦自2006 年開始在井下綜采工作面順槽1.4 m 皮帶機中使用CST 軟啟動裝置，從實際應(yīng)用情況來看，取得了非常不錯的效果。

1)使皮帶機實現(xiàn)了啟動/停車可控、啟動時間可控、最終速度可控。CST 通過PLC 程序來控制皮帶機啟動的速度曲線，既可選直線啟動方式，也可以選曲線啟動方式，為了保證皮帶機在重載停車后能再次平穩(wěn)啟動，絕大多數(shù)情況下選曲線啟動方式。典型的啟動曲線如圖4 所示。

圖4 皮帶機啟動曲線

2)皮帶機啟動后當速度大于3%時，利用一段緩沖時間來提升起動性能，緩沖期間速度將保持在5%左右。緩沖時間可在5 ～20 s 之間調(diào)整。緩沖結(jié)束后，速度PID 設(shè)定將按預(yù)設(shè)的“S”曲線上升至滿速，皮帶機的加速起動時間可以在40 ～300 s的范圍內(nèi)根據(jù)要求設(shè)定。除了可變的起動時間外，皮帶機還可以有可變的最終速度，比如驗帶速度(慢動)方式;和可控起動一樣，CST 也可以控制皮帶機按照要求的曲線停車。對于正常停車，停車時間為30 s;而對于緊急停車，停車時間一般在10 s之內(nèi)。正是由于可精確跟蹤設(shè)定的啟動及停車曲線，加、減速度在較大的范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)和控制，輸送機平穩(wěn)啟動/停車使輸送帶、滾筒、托輥及其他結(jié)構(gòu)件的壽命大大提高。

3)由于濕式離合器的應(yīng)用，可大范圍調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速，空載條件下穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速可在10% ～100%之間任意調(diào)整。濕式離合器提供了對CST 齒輪及負載的雙向保護，它既保護了齒輪免受皮帶機沖擊負載的影響，又限制了最大傳遞轉(zhuǎn)矩，保護了皮帶機免受大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的損害。離合器組件裝在輸出端，吸收沖擊并保護了電機、齒輪箱、軸承、托輥、滾筒及膠帶接頭等。濕式離合器使離合片之間沒有直接接觸，離合片沒有磨損。

4)無論在什么情況下，皮帶機主電機都能實現(xiàn)空載啟動。CST 主電機空載啟動順序為:首先啟動1#主電機、其次啟動2#主電機、最后啟動3#主電機。電機的空載啟動大大減少了對電網(wǎng)的沖擊，對其余用電負荷影響極小，同時還大大提高了電機的使用壽命。電機在選型時可以按運行負載進行而不按啟動負載進行，減少了電機功率。

5)在檢測到皮帶機速度大于95%時，系統(tǒng)進入滿速運行狀態(tài)。速度設(shè)定一般保持在98%或100%。主驅(qū)運行在恒速閉環(huán)控制模式上，而從驅(qū)處于功率平衡控制狀態(tài)。運行期間，功率控制都應(yīng)控制在±2%的誤差范圍內(nèi)，因此能精確控制輸送帶的速度及多臺CST 之間的功率平衡，其準確度可達2%，從而為多個驅(qū)動裝置同步提供了可能。(避免小馬拉大車，提高使用效率。)

6)使用靈活:當1 臺CST 發(fā)生故障后，可以選另外2 臺CST 繼續(xù)運行(當主驅(qū)故障后，可選另外兩臺中的1 臺設(shè)置為主驅(qū)。)。

4 CST 使用中的技術(shù)管理

1)CST 控制接線復(fù)雜，電氣保護齊全靈敏。因此電氣安裝時，必須嚴格按技術(shù)要求接線，邊接線邊校核，必須做到1 次接線成功，如果存在接線錯誤、虛接等現(xiàn)象，CST 將不能正常啟動，而且排查故障比較困難。CST 運行過程中，還必須定期對電氣接線進行檢查，防止接線由于振動、擠壓出現(xiàn)松動、脫落、斷線等故障現(xiàn)象。控制器外殼應(yīng)保持干凈，門蓋必須嚴密關(guān)閉，門蓋的襯墊和卡子必須擰緊防止水和油脂等雜物進入，引起保護誤動作，導(dǎo)致誤停車。

2)安裝精度要求較高，安裝基礎(chǔ)必須足夠大并且非常堅固，以保證滾筒、CST 和驅(qū)動電機之間同軸度，并防止CST 裝置在安裝后和運行時產(chǎn)生移動。在井下一般采用混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)表面必須水平且誤差在1.5 mm 之內(nèi)，以免擰緊地腳螺栓時引起變形。定期緊固CST 基礎(chǔ)的地腳螺栓及頂絲，更換電機與CST 輸入軸間的彈性柱銷聯(lián)接棒，核實滾筒、CST 和驅(qū)動電機之間同軸度。否則如果軸不同心，銷、軸易磨損，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

3)對液壓油使用要求苛刻，必須嚴格按廠家提供的標號及數(shù)量加入液壓油，同時要絕對保證液壓油干凈無雜質(zhì)。在井下如果液壓油中進入煤塵顆粒、臟物、金屬顆粒或其他固體顆粒堵塞過濾器使過濾器兩端產(chǎn)生壓差，會造成冷卻流量低或潤滑壓力低而停機。運行6 個月至少更換1 次油，油樣必須每月采集并送正規(guī)的實驗室分析化驗，油的黏度必須在實驗室中進行分析。當油的黏度、所含雜質(zhì)和水分、添加劑和酸堿度等指標中的任何一項超出給定的范圍時必須更換油。

4)皮帶機中有多臺CST 時，控制系統(tǒng)可以確保每臺驅(qū)動電機分擔相同的負載，即功率平衡。CST 內(nèi)部是通過保持控制每臺CST 離合器的壓力，并允許1 臺或幾臺CST 的離合器進行輕微打滑來實現(xiàn)的功率平衡。而外部則要求提供4 ～20 mA 的電機功率信號，因此與之配套的組合開關(guān)必須配置功率傳感器，在設(shè)計選型及設(shè)備配套時必須注意這一技術(shù)要求，否則CST 將無法正常工作。

［1］王川，宋慶亮. 基于PLC 的煤礦帶式輸送機可控啟動傳輸系統(tǒng)［M］.山東:山東煤炭科技出版社，2011.

［2］李克孝，徐曉明.可控啟動傳輸系統(tǒng)(CST)在煤礦帶式輸送機上的應(yīng)用［M］.陜西:陜西煤炭出版社，2007.

［3］吳志宏，侯友夫.帶式輸送機可控啟動系統(tǒng)的試驗研究.［J］.工礦自動化，2003(4).

［4］余華.可控啟動傳輸裝置在帶式輸送機系統(tǒng)中的應(yīng)用.［J］.礦山機械，2004(12).