淺談煤礦工作面刮板輸送機的啟動方式及應用

成敏 張妍

摘要： 本文主要從刮板輸送機的啟動現狀及存在問題進行闡述，提出了目前常用的啟動方式，并從技術性能、可靠性及經濟性能等方面對其優缺點進行了比較研究。

Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the scraper conveyor are discussed. The commonly used starting methods are put forward and the advantages and disadvantages of the scraper conveyor are compared and analyzed from technical performance， reliability and economic performance.

關鍵詞： 刮板輸送機；軟啟動；閥控液力偶合器；CST可控驅動裝置；變頻技術

Key words： scraper conveyor；soft start；valve-operated hydraulic coupling；CST controllable drive；frequency conversion

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）01-0140-03

0 引言

刮板輸送機在煤礦井工開采工作面中，既承擔著煤炭的運輸，又是采煤機行走的軌道，所以有著舉足輕重的作用。但實際中因受到運輸皮帶、巷道條件及其它協作設備等諸多因素的影響，存在設備停止運行的不確定性；且受煤粉、巖塵、水、泥的影響，造成刮板輸送機的刮板鏈組件和中部槽中板的靜摩擦力增大，且由刮板鏈組件拉回下鏈道回煤造成的空載功率占總裝機功率的百分比增高；同時片幫煤需給停機的刮板輸送機加載，極易產生“壓溜”，造成重載啟動難；再加上變壓器容量和空間的限制，尤其是在爆炸性氣體和煤塵較重的環境中，刮板輸送機的啟動更是難上加難；而重載下啟動時所產生的機械沖擊和大電流對電網的沖擊不可小噓，所以系統不允許直接啟動。

在傳統的啟動方式下容易引發燒毀電機繞組及軸承、鏈條“永久性”塑形變形、降低鏈輪壽命、損壞傳動零部件和電氣元件等故障、從而影響了井工開采綜采（放）工作面的正常運行。因此，刮板輸送機的可靠性是影響工作面生產的重要因素之一，而其可靠性又與啟動方式的功能和特性緊密相關。就目前刮板輸送機的啟動現狀和存在問題進行闡述，提出了常用的啟動方式，并從技術性能、可靠性及經濟性能等方面對其進行了比較研究。

1 刮板輸送機的啟動技術存在的難點

1.1 重負荷啟動困難

由于刮板輸送機存在停車的不確定性，且易受環境影響和負載變化巨大，使其不可避免的在重負載條件下進行啟動，由此導致的重負荷啟動困難情況經常出現。而機尾電機的供電距離較遠，且電機的啟動電流瞬間可達到額定電流的8～10倍，在大的電流下直接啟動，受變壓器容量和電纜線截面的限制，線路壓降較大（可下降20%～30%）。而機尾電機主要作用在刮板輸送機的下刮板鏈，輸出轉矩僅為額定轉矩的0.49～0.64倍，必然機頭電機與機尾電機沒有高度的配合，從而造成重負荷啟動困難的問題。

1.2 頻繁的機械沖擊

一般電機從零到額定轉速啟動時間為（3～5）s，啟動加速度可達（0.2～0.3）m/s2，而刮板輸送機的傳動系統為“柔性”鏈傳動，盡管有一定的伸縮量（一般為鏈條節距的5%），但停機時的刮板鏈為松弛狀態，且各個環節都有一定的間隙，再加上啟動時瞬間施以電機的啟動轉矩，在克服間隙的過程中，會對整個傳動系統造成強大的機械沖擊，而幾乎所有的傳動件在此過程中都有可能受到極大的損傷，造成傳動系統壽命降低，直至最后失效；刮板輸送機即屬于頻繁又非周期的啟動設備，所以危害就更大；對電動機來說，過大的沖擊轉矩往往造成電動機“鼠”籠變形、繞組損壞和定子端部絕緣磨損而造成防護等級降低，最終導致擊穿燒機及存在危害人身安全，這也是造成動力部受損及鏈條“永久性”塑形變形等問題的重要原因。

1.3 大電流對電網的沖擊

帶載啟動時的啟動電流達到8～10倍（或更大）的額定電流，會造成電網電壓下降，從而影響刮板輸送機的啟動及電網內部其他設備的運轉，造成設備的有害跳閘；這樣一來供電系統的元器件就會發熱甚至損壞，從而增加了電氣系統的故障，刮板輸送機的頻繁及非周期的啟動，會使電機繞組發熱，從而加速絕緣老化，影響電機壽命，嚴重時會燒毀電機。

2 刮板輸送機目前常用的啟動方式

針對這些啟動難、機械沖擊頻繁及大電流對電網的沖擊等現狀，用以應對煤礦工作面刮板輸送機的啟動問題，列舉目前常用的幾種啟動方式，并進行比較研究。

2.1 直接啟動型（雙速電機+半聯軸器）

特點：①簡單易維護，主要用于單動力部700kW以下的刮板輸送機，對大功率設備應用技術不是很成熟；②雙速電動機結構復雜，供電系統需用雙速開關控制造成電機的控制設備成本升高（雙速開關為同規格單速開關價格的1.5倍）。③低速切換高速時不易有效控制、故障點多，經常出現啟動失敗；④雙速電機的高低速需要兩條電纜，隨著綜采（放）工作面的推進，要不斷地移動設備和電纜，增大了其移動難度，同時電纜的故障率也會成倍增加。

此項技術主要應用于總裝機功率1400 kW以下的刮板輸送機，利用軟啟動技術已將該啟動方式成功應用于寧煤集團、潞安集團等SGZ1000/1400前后部刮板輸送機。

2.2 調速液力偶合器啟動技術

特點：①對刮板機的鏈傳動系統沖擊及電網系統沖擊較小，可使各電機之間的負載自動達到平衡，負載平衡可大大提高驅動系統部件的壽命；②對水的溫度、純凈度和PH值要求較高；③調速型主要依靠進口，價格昂貴；④電磁閥的經常故障率是造成刮板機停機的主要原因；⑤限矩型液力偶合器與電動機直接連接，在高速旋轉時，因偏心問題存在，會產生較大的徑向負荷，同時與減速器連接采用罩筒連接，增加了動力部的長度致使力矩增大，增加易造成動力部的損壞，使用壽命縮短；⑥調速液力偶合器與電機軸緊密配合，拆裝非常困難，維修更換時間及故障影響時間隨之變長，特別是油封損壞問題既嚴重又頻繁，所以調速液力偶合器的故障往往會占到刮板輸送機故障的60%以上；⑦知識產權不屬于中國，前沿技術應用困難；⑧對大負荷、大功率、大體積而言，配套尺寸較大，會造成刮板機布置困難，對液壓支架的穩定性也會有影響。

應用方面：該技術主要應用于總裝機功率為2000 kW的刮板輸送機，但調速液力偶合器主要依靠進口、配件供應周期長、水質要求高、對檢修人員技能要求也較高，調速液力偶合器啟動技術應用于新汶集團、內蒙各大煤礦等SGZ1200/2000前后部刮板輸送機。

2.3 可控啟動傳輸裝置（CST）

特點：①可確保每臺驅動電機分擔負荷相等；②合理的功率平衡可以有效地延長動力系統零部件的壽命；③可頻繁啟動，但啟動的次數受冷卻系統能力限制；④具有很好的啟動負載特性，可真正實現電機的空載啟動，但設備構成復雜、造價高，其關鍵部件主要依附進口，對工作介質油的性能也有一定要求；⑤較大的維護難度、較高的運行成本及狹窄的維修工作空間限制了CST在我國礦用刮板輸送機上的應用；⑥CST系統需要油循環和冷卻裝置，系統復雜；⑦CST系統磨擦組件在減速器內部，發生故障時維修的難度及影響面無法準確估量；⑧外形尺寸造成對放頂煤工藝的配套性能差，很難實現。

由于可控啟動傳輸裝置體積較大，造成工作面三機中的過渡液壓支架穩定性降低；且系統較復雜，發生故障時維修困難；同時工作面環境相當惡劣，故目前國內的刮板輸送機暫時無此應用，只應用于順槽皮帶。

2.4 變頻技術

特點：①啟動轉矩大，可長時、低速大扭矩運行；②啟停平穩，系統沖擊小；③調速范圍廣、控制精度高、節能效果佳；④多電機功率自動平衡；⑤智能自動化控制，保護功能完善，運行狀態實時監測；⑥在使用高壓且井下工作電源變化較大的情況下，操作尖峰電壓時常出現，電源單相對地故障不可避免，易引起電網振蕩；⑦變頻一體機的國內技術尚不成熟，國外對此技術進行封鎖，國內主要用變頻器+變頻電機來實現。

變頻技術主要應用于總裝機功率最大為4500kW的刮板輸送機，該技術既可簡化刮板機的傳動系統、降低刮板機的故障率、又對電網沖擊較小，還能達到重載啟動的目的，匯能集團SGZ1000/2000前后部刮板輸送機已應用。此外，以變頻技術為基礎，寧夏天地奔牛集團自主研發了智能刮板機系統，實現了智能調速、重載啟動、專家自診斷系統、鏈條自動張緊、低速檢修等多項功能，成功運用于寧煤集團、彬長集團、黃陵礦業等SGZ1000/1710刮板輸送機。智能刮板機系統在綜采（放）工作面的成功應用，標志著我國井工開采技術又上了一個新的臺階。

3 結束語

未來綜采設備的發展，越來越趨向于高產、高效、智能化和自動化等多個領域，從而對啟動技術的可靠性要求也不斷提升，而目前煤礦工作面長度變長、鏈條規格加大，造成刮板機的總裝機功率隨之增大，為此，加快研發高可靠性及專家自診斷系統的啟動技術迫在眉睫。只有這樣，才能有效地適應發展現狀，更好地服務于煤炭綜采（放）工作面刮板輸送機的運行要求。

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