帶式輸送機慢速啟動及多機驅動功率平衡調節系統的研究

李東林

摘 要：本文所研究的帶式輸送機慢速啟動及多機驅動功率平衡調節系統，采用調速型液力偶合器配上閉環調節電控系統的方案，經過實驗室試驗，即可實現慢速啟動又能自動調節各電機的負荷使之趨于平衡，其調節精度達到5%，滿足了生產上的要求。現對此系統的工作原理、特點、試驗結果以及推廣應用作扼要的論述。

關鍵詞：帶式輸送機 慢速啟動 多機驅動 功率平衡

中圖分類號：TD634.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0171-02

帶式輸送機大多采用交流鼠籠式電機驅動。如果直接啟動，由于加速度較大，使傳動元件及膠帶承受較大的動負荷，影響其使用壽命。大傾角上運輸送機啟動時，物料所受的慣性力與重力的傾斜分力同向，加速度過大會引起物料下滑或滾料。可伸縮帶式輸送機的儲帶倉中各層膠帶之間的間距較小，如啟動加速度過大，張緊裝置不能及時張緊，造成下膠帶撓度過大，相鄰膠帶相碰，速度方向相反，形成打帶現象，導致膠帶磨損快，壽命短，傳動不平穩，可靠性差。因此，需要實現慢速啟動，可以解決上述的問題。

大功率帶式輸送機通常采用多滾筒，等功率多電機驅動，它有利于系列化，便于制造、搬運、維修等優點。而且由于圍包角大，可使膠帶最大張力減小，但是采用多電機驅動需解決各電機負荷均衡的問題，以充分發揮輸送機的工作能力，避免偏載燒電機事故。

本文所研究的帶式輸送機慢速啟動及多機驅動功率平衡調節系統，采用調速型液力偶合器配上閉環調節電控系統的方案，經實驗室試驗，既可實現慢速啟動又能自動調節各電機的負荷使之趨于平衡。其調節精度達到5%，滿足了生產上的要求。本文對此系統的工作原理、特點以及試驗結果作扼要的論述。

1 影響功率平衡的幾個主要因素

1.1 各驅動電機外特性曲線的差異

根據“中小型電機技木條件”規定，電機額定轉差率的允差為±20%，按此，可計算出額定轉速下兩電機負載力矩的極限差值，兩者功率差可達41.7%。

1.2 驅動滾筒直徑的差別

由于制造誤差及使用過程中受力大小不同等原因使磨損量不同（采用包膠滾筒時，磨損量差別較大），兩驅動滾筒的直徑就有差別。如圖1所示，如果滾筒I的直徑較大，在帶速相同時其轉速必較小，因而驅動此滾筒的電機承受較大的負載力矩。反之，驅動滾筒直徑較小者，其轉速必較高，電機的負載力矩則較小。

1.3 各驅動滾筒處膠帶受力大小不同使膠帶彈性伸長率不同

如圖1所示，滾筒Ⅱ處的膠帶張力比滾筒I處大，膠帶由大張力處繞至小張力處，由于彈性變形減少而收縮，因而在穩定運行時滾筒I的轉速較低，其電機的負載力矩較大。

以上幾個因素如疊加在一起，即處于較小張力處的驅動滾筒，直徑較大且上特性較硬的電機，其負載必然較大甚至導致偏載燒電機的事故。此外，還有其他偶然因素，如驅動滾筒粘上雜物等也導致功率不平衡。

2 本系統的工作過程及特點

慢速啟動的工作過程如下。

輸送機的負載確定后，啟動前偶合器不充油，啟動時供油泵才開始供油，通過電氣調節裝置操縱杓管外移，使充油量逐漸增大，耦合器的輸出力矩也相應增大，適當控制勺管外移速度，即可調節輸送機啟動角加速度的大小，使輸送機的啟動加速度限制在0.1～0.3 m/s2范圍內。

由于泵輪可超前于渦輪快速啟動，所以電機啟動時大電流持續時間很短，發熱量不大，對電網的沖擊也不大。渦輪啟動時間較長，此時偶合器在效率低的工況下運轉，發熱量大，但是由于調速型液力偶合器采用了外循環冷卻裝置，仍能保證油溫不超過限定值。

圖2為多電機驅動功率平衡控制系統框圖，其工作原理如下。

電機l和電機2分別通過偶合器1和偶合器2共同驅動一臺膠帶機，如果電機l的功率大于電機2的功率，則電流信號電壓Ul>U2，因信號電壓平均值UP=（Ul+U2）/2，所以U3=U1-UP>0，通過l號比較放大器及觸發器操縱l號伺服電機轉動，使勺管改變立置，減少偶合器1的充油量，把輸出力矩減小，從而使電機1的功率下降。同時，由于U4=U2-UP<0，通過2號比較放大器及觸發器操縱2號伺服電機反轉，使勺管反向移動，增大偶合器2的充油量，把輸出力矩增大，從而使電機2的功率上升，這樣就可使兩臺電動機的功率趨于平衡。達到平衡狀態時兩臺伺服電機均停止轉動。假如出現U2>U1時，則動作情況與上述相反。

本系統的特點如下。

（1）各電機可順序分別空載啟動，對電網沖擊不大。

（2）調節勺管外移速度，可使啟動加速度限制在預定范圍內，確保啟動的平穩性。

（3）由于在輸送機運轉過程中不斷地進行閉環調節，所以能克服固定因素及偶然因素引起的功率不平衡。保證在各種工況下的功率平衡精度。

3 試驗結果

為了測定電機外特性的差異及傳動滾筒直徑的差別對功率平衡的影響，測定本系統所能達到的功率平衡精度，在試驗臺進行了對比試驗。

3.1 測定由于外特性不同引起的功率不平衡

試驗結果為同樣的電機在額定輸出扭矩下，不接液力耦合器電氣調節裝置時，轉差值較大的電機負載較小，輸出功率較小，轉差值較小的電機負載較大，輸送功率也較大，功率不平衡系數最大可達26.7%；同樣的電機在額定輸出扭矩下，連接液力耦合器電氣調節裝置時，電機的輸送功率大小相當，功率不平衡系數最大僅為4.4%。

3.2 測定由于傳動輪直徑不同所引起的功率不平衡

試驗結果為外特性相同的兩電機，驅動較大傳動輪的電機負載較大，輸出功率較大；驅動較小傳動輪的電機負載較小，輸出功率也較小。在傳動輪直徑相差5 mm（一個是φ600；另一個是φ605）的情況下，不接電氣調節裝置時，功率不平衡系數最大可達27.7%，連接電氣調節裝置后，功率不平衡系數最大僅為1.68%。

3.3 測定由于傳動輪直徑不同與外特性不同兩者疊加所引起的功率不平衡

多機驅動中傳動輪直徑較大者負載較大，外特性較硬者負載較大，兩個因素疊加將引起更大的功率不平衡。試驗結果為在相同情況下，不接電氣調節裝置時不平衡系數的最大值為41.15%，接上電氣調節裝置則下降到6.25%，在額定功率附近，不平衡系數值僅為1.75%～4%。

根據以上的測試結果可以得出如下結論：多機驅動時，電機外特性有差異，傳動輪直徑有差別是引起功率不平衡的主要因素，當外特性差異達到允許的最大值40%，而且傳動輪直徑相差5 mm（一個是φ600，另一個是φ605）的情況下，如不接電氣自動調節裝置，兩電機的功率不平衡系數可高達41.15%，在同樣條件下，如接上電氣自動調節裝置，可保證在額定功率時兩電機的功率不平衡系數在4%以下。由此可見，應用本系統能充分發揮各電機的能力，防止偏載燒電機事故。本系統能在運轉過程中自動調節多機驅動的功率平衡，因此，無論是固定因素或者是偶然因素引起的功率不平衡均可隨時得到調節，以保證一定的功率平衡精度，比只適用于調節固定因素的方法（如調節繞線式電機轉子的電阻值或限矩型液力偶合器的充油量等），精度高且安全可靠。

此外，在試驗臺的傳動系統中，加上飛輪來代替帶式輸送機的慣量，進行過慢速啟動試驗，改變勺管外移速度，可改變啟動加速度的大小，達到了預期的效果。

4 推廣應用的現況及前景

本系統的主要部件，XGB-I型電機功率平衡自動控制器（隔爆型），DKJ型防爆電動執行器、YKD型應力調速裝置，可滿足單機功率300 kW以下的兩臺4極電機功率平衡的需要，如膠帶輸送機為3～4臺電機驅動時，可使用兩臺控制器，以這些電機的電流平均值作為比較基準，調節其功率平衡。

本系統已應用于驅動功率達4×200=800 kW的長距離帶式輸送機及2×220=440 kW的大傾角上運帶式輸送機中解決慢速啟動及功率平衡問題。

本系統如應用于鋼纜膠帶輸送機，可以取代差動包，其依據是對陽泉四礦銅纜膠帶輸送機進行過工業性試驗測定，差動包調節精度為5%，本系統也能達到此精度。省掉差動包，就簡化了傳動系統，縮小體積，減輕重量，便于制造，為推廣交流拖動的鋼纜膠帶輸送機排除了一個主要障礙。交流傳動比直流傳動投資少，可靠性高，具有較大的技術經濟意義。

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