行星軟啟動傳動裝置在大功率膠帶運輸機上的應用研究

摘 要：文章對比分析了國內外常用軟起動技術優缺點，著重介紹了XCQ行星軟起動傳動裝置的結構、原理、性能，由于裝置具有結構緊湊、傳動效率高，系統簡單、控制特性好，安全可靠、投入費用低的突出優點，完全可以取代進口設備，為大型皮帶機可靠運行提供強有力的技術保障，應該大力推廣。

關鍵詞：行星；軟啟動；傳動裝置；應用；研究

1 概述

礦山生產能力的不斷提高，長距離、大功率帶式輸送機更多的投入使用，設備不斷大型化，大功率電機啟動電流對電網沖擊和機械設備啟停沖擊載荷對設備壽命影響，都成為制約設備的大型化的瓶頸，為此實現大功率設備軟啟動是十分迫切的技術問題。

軟啟動技術是指機械系統在滿載的工況下也能夠按照人們要求的速度逐步克服整個系統的慣性而平穩地啟動或停車。對長距離膠帶輸送機而言，軟啟動技術不僅能有效地減小啟動時電動機對機械傳動系統和膠帶的啟動沖擊，延長減速器和價格昂貴的膠帶等關鍵部件的使用壽命，同時還能大大減小啟動電流對電動機的沖擊負荷以及對電網的影響。

2 目前常用軟起動技術概況

2.1 滑差型偶合器

用于帶式輸送機控制的滑差偶合器常見為調速型液力偶合器，是一種液力傳動裝置，以液體作為介質傳遞動力給工作機械的聯軸器，能協調多機驅動負荷分配與恒定傳遞，電動機聯接輸出的軸速度可以在一定范圍內調節，可在電機轉速不變的情況下，通過改變充液量來實現調速目的，達到輸出轉速的無級調節，提高電機的起動能力、減少沖擊和振動，協調多機驅動的負荷分配，屬于典型滑差型調速設備。

2.2 CST可控軟起動

CST是可進行微機閉環控制的機——液傳動系統，主機是一個帶有反應盤式濕式摩擦離合器的齒輪減速箱。工作時，電機空載起動，達到額定轉速后，根據需要通過液壓控制系統增加離合器反應盤油缸的壓力，使其輸出力矩與液壓控制系統的壓力成正比，通過輸出軸上的速度傳感器檢測速度并反饋給控制系統，與設定的起動加速度相比較，其差值用于控制離合器的壓力，實現穩定的加減速度。

2.3 調壓型電氣軟起動

調壓型電氣軟起動常采用三相交流可控硅斬波技術，將三相反并聯的可控硅（SCR）分別接到三相交流電源與三相交流電動機之間，由可控硅的通斷來控制調整電動機端子電壓。改變端子電壓就可改變電機轉速，電機啟動過程就是一個逐步提高端子電壓過程。在電動機啟動過程中，連續改變可控硅的觸發導通角，使可控硅輸出的電壓由低向高按線性連續上升，加到電動機端子后，產生了相應啟動力矩和緩慢上升的啟動轉速。當可控硅導通角完全開放達到180°時，電動機便達到全壓運行，啟動完畢。

2.4 變頻調速

變頻調速技術的原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）/p，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。當電源的頻率由小到大時，電動機轉速也隨之由小到大。通過控制電源頻率變化范圍和時間，就可使輸送機按照設定的加速度曲線平穩起動。

2.5 BOSS液粘軟啟動系統

BOSS液粘軟啟動是在電機和減速器間的柔性連接，其控制方式也是通過油膜剪切的摩擦片來傳遞動力的，裝置內部，根據負載的大小選用十幾組粘貼有摩擦材料的內摩擦片和對偶摩擦片，一方通過齒輪與輸入軸相連，另一方通過鍵軸與輸出軸相連。通過控制作用于活塞上的液壓油壓力大小，達到控制所剪切的油膜厚度，進而實現對液粘軟起動裝置的輸出轉矩控制，達到膠帶輸送機軟起動的目的，和CST的控制原理類似。

2.6 XCQ行星軟起動傳動裝置

XCQ行星軟起動傳動裝置是由減速齒輪和行星齒輪構成的一個行星減速機，具有減速功能，外部液控水冷柔性離合調速裝置控制的齒輪與行星機構內齒圈嚙合，對內齒圈的速度控制，電機起動后箱體內各齒輪空轉，行星架由于負載作用不產生轉動，內齒圈轉動并帶動增速齒輪及離合盤轉動。液壓站工作壓力按設定加速度曲線逐漸調節，對內齒圈的力矩逐漸增加，達到一定值，行星架開始逐漸轉動，行星架轉動后，通過速度反饋與設定值比較調節液壓站壓力，逐漸完成起動過程，并達到軟起動性能。

3 XCQ行星軟起動傳動裝置與現有軟起動裝置的技術經濟比較

通過上表可以看出：（1）調電壓型軟起動設備價格低，但由于起動力矩小，不可能用于較大功率的皮帶輸送機。（2）變頻型軟起動設備，價格高、維護量大，電動機不能空載啟動，產生熱量大，對外部電源有諧波污染。（3）BOSS液粘軟起動設備，摩擦片極易損壞，發熱量大，密封件一般壽命為0.5～1年，系統復雜，功率平衡時發熱大。（4）調速型滑差偶合器工作可靠，但滑差大，效率低，調速范圍小、精度低、低速力矩小。（5）CST性能優良，調節方便，但設備昂貴、摩擦片壽命短，系統復雜，維修量大，成本高。（6）XCQ行星軟起動傳動裝置，調節原理簡單，設備實用、維護量少，價格適中，有較高的性價比。

4 XCQ行星軟起動傳動裝置結構性能

4.1 XCQ軟起動裝置結構

裝置主要由機械本體，液壓控制站，潤滑冷卻站組成，見圖1。裝置本體由前級減速齒輪和行星齒輪構成的一個行星減速機，具有減速功能。當不同的輸送機有不同的速比要求時，可以靠調整前級齒輪齒數完成。外部液控盤形閘控制的齒輪與行星機構的內齒圈（內齒圈上帶著外齒）嚙合，實現對內齒圈的速度控制，其速度控制原理類似于內齒輪調度絞車，故可實現軟起動功能。外控設備：液壓站采用雙回路，并與盤形閘制動器液壓控制合二為一，電控系統采用自動、手動兩套回路，司機即可進行轉換操作。

4.2 工作過程

液壓站起動，稍延時，主電機起動→液壓站壓力逐漸升高，漸松盤形閘，至某一壓力值，開始起動軟起動裝置→軟起動裝置制動閘在給定起動速度的控制下逐漸增大壓力，最終完全起動。

控制系統的壓力調節由電液比例閥控制。電液比例閥的電流是由速度給定及速度反饋決定的，故通過控制壓力可以實現速度和加速度的控制。

4.3 主要性能

4.3.1 減速機功能，并滿足傳動比要求。

4.3.2 軟起動功能，電動機空載起動，能有效降低對電網沖擊：負載慢速可控起動，可有效降低對負載的沖擊。

4.3.3 帶載起車能力強，在構件強度許可下，可滿足負載任意起動能力要求。

5 XCQ行星差速及軟起動原理

當負載Mf1〈Mq時（Mq為零速起動負載），電動機可直接起動Mf1；當負載Mf2〉Mq時，電動機不能直接起動Mf2，此時若空載將電動機先起動起來，電動機先運行于A點，隨著負載力矩增大，A點移向B點。此時負載開始起動，故此時電動機的起動能力增強了。其最大起動能力將達到額定值的2.1～2.3倍。

9 應用效果

俄霍布拉克煤礦從2010年開始使用XCQ行星軟起動傳動裝置，先后在5部皮帶機上使用，其中2部上運皮帶，角度16°，長度1300m，1部下運皮帶，14.5°，長度800m，兩部平巷皮帶，最長達到3000m，使用情況來看，啟動平穩，減少對電網沖擊，傳動系統故障和接頭損傷事故大大減少，保證了安全生產。

10 結束語

該裝置采用機電液一體化技術與PLC技術實現閉環控制，在結構上前級采用進口減速機，后級采用模塊化行星齒輪減速箱，緊湊型水冷調速離合盤，原理上明顯有別于國內外現有減速機和其他軟啟動裝置，具有結構緊湊、傳動效率高，控制系統簡單，控制特性好，可靠性高、壽命長的突出優點，為大型皮帶機長壽命運行提供了強有力的技術保障，完全可以取代進口設備，應該大力推廣。

作者簡介：陳國強（1972-），男，江蘇金壇人，畢業于中國礦業大學礦山機電專業，研究生學歷，碩士學位，現為徐礦集團天山礦業公司機電副總經理，高級工程師。