長距離膠帶輸送系統的起動驅動裝置的選型

皖北煤電集團有限公司 張家兵

1.前言

多點變坡長距離帶式輸送機兼有坡度多和輸送距離長的雙重特點，坡度多則輸送機具體運行工況復雜多變，輸送距離長則對輸送帶強度和輸送機驅動方案的確定要求較高，該輸送機帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機頭機尾垂高74.5m，運量1650t/h，帶速3.15m/s，本文根據此實例具體介紹多點變坡長距離帶式輸送機的軟啟動、軟制動選型過程。

2.幾種主要軟啟動方式

適合于長距離皮帶機的軟啟動方式有：智能永磁直驅系統、變頻調速、基于變頻的液體粘性軟起動裝置、調速型液力耦合器，CST可控傳輸裝置，以上五種在長皮帶上都有應用，各有特點，以下結合礦山工況逐一分析對比，選取適合的軟啟動方式，服務于礦山適應當前機電管理要求。

2.1 變頻調速

變頻器控制原理是：通過改變電機工作電源頻率方式來控制電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。

1、變頻器的軟起動系統具有較好的性能，調節精度高,響應速度快的優點，2、同時變頻器的軟起動一個起動初始頻率，一般在3—5Hz，在此頻率下可以達到額定的輸出力矩，而此之前，力矩是達不到設計力矩的，因此起動時，輸送機有一個突然加速的過程，必須保證在此頻率時變頻器具有1.5倍的輸出轉矩才能將輸送機起動起來。3、對于恒轉矩特性的皮帶機來說重載起動是正要指標，起動力矩不達標時，膠帶機無法重載起車。

2.2 調速型耦合器

工作原理：調速型液力偶合器通過電動執行器調節勺管的插入深度改變工作液體的充液量來實現起動力矩可控；工作輪泵輪從電機上獲得機械能，并通過泵輪旋轉轉換為液力能，推動渦輪旋轉，渦輪再把液力能轉換為機械能，通過輸出軸輸出，帶動工作機工作，實現原動機與工作機之間能量傳遞。

優點：1、單機起動性能不錯，滿足電機空載起動要求；2、隔離扭矩，減緩沖擊，防止過載。

缺點：1.液力偶合器在正常工作時，一般有3—5%的滑差，浪費大量的能量，杜絕用于下運工況，必須水冷；2.調速型液力偶合器在起動過程中始終存在一個不穩定的過渡區；3.調速型液力偶合器的體積較大，系統控制性能和控制精度較差，功率平衡差。

2.3 液體粘性軟起動裝置

液粘軟起動裝置工作原理是利用液體的粘性來傳遞扭矩。機械本體結構由主、從動軸，主、從動摩擦片，控制油缸、彈簧、箱體及密封件等組成。當主動軸帶動主動摩擦片旋轉時，摩擦片之間的粘性流體形成液體薄膜帶動從動摩擦片旋轉，通過調整控制油缸中的液壓大小來調節主、從動摩擦片之間的液體薄膜厚度，從而改變從動軸的輸出轉速和轉矩的大小，實現機械設備的可控。

1、液體粘性軟起動裝置具有恒轉矩輸出特性，而且可以實現低速大扭矩輸出，完全適應大功率輸送機帶載起動的需要，這一點，電氣降壓軟起動和調速型液力偶合器是很難實現的。

2、液體粘性軟起動裝置起動完成后，輸入和輸出軸可以實現1：1傳動，效率接近100%。

3、基于變頻控制的液粘軟起動裝置大大增加液壓系統的抗臟能力，從而大大減少維護頻次。

4、整體機構比較繁雜。

2.4 可控啟動傳輸裝置CST

可控啟動傳輸裝置CST是一種液粘類軟起動裝置，它由行星輪系減速器和低速軸濕式離合器（液粘）組成一體的可控啟動傳輸裝置，采用了一個位于齒輪箱輸出軸側的濕式離合器系統，使電機能夠在無負載的條件下啟動。離合器系統包括一套摩擦片(動片)和靜片，靠油壓推動環形活塞，當液壓油對活塞施壓時，離合器片齒合，使輸出軸轉動，并在預訂的控制時間內逐漸加速到額定轉速。

1、啟動調速性能好，能夠按照設定曲線起動，滿足皮帶機啟動要求，

2、集中驅動功率平衡控制不錯，

3、低速運行會產生大量熱量，需實時冷卻，

4、安裝清潔度高，日常維護成本高，需專用油。

圖1 山東歐瑞安永磁直驅電機剖面圖

2.5 智能永磁直驅系統

電機通過增加電機極對數，降低轉速，提高轉矩，從而實現電機直驅，無齒輪驅動負載，智能直驅電機：1、傳動系統簡單，無齒輪減速機構，高效節能、安全可靠，安裝簡單，空間小；2、模塊化設計—維護簡捷，自診斷能力好，通過數據比對及時發現設備潛在問題，做好故障處理預案；3、起動扭矩大—能恒定輸出額定負載轉矩2.2-2.8倍的起動轉矩，徹底解決重載起動難的問題，同樣由變頻拖動，異步電機與永磁電機比較，永磁電機轉子無需勵磁電流，低頻狀態依然可提供大轉矩；4、智能化數字化—真正實現智能化礦山控制，方便無人值守；5、功率平衡功能，根據需要分配多機間載荷，避免單機過載，解決多級驅動與多點驅動問題。6、整體重量高不便搬運（見圖1）。

各種軟啟動綜合性能比較如下表所示：

功能 液粘 變頻 CST 調速型偶合器 永磁直驅軟起動特性 好 好 好 較好 好功率平衡 好 好 好 一般 好傳動效率 高 高 高 低 高可靠性 較好 較好 較好 一般 高體積 小 中 大 中 小運行成本 中 高 高 低 低投資成本 中 高 高 中 高維護難度 較小 較大 較大 較小 小節能情況 中 中 中 差 好

帶寬1200mm，水平輸送距離3100m，機頭機尾垂高74.5m，運量1650t/h，帶速3.15m/s，考慮到永磁直驅起動效果好，水平皮帶，膠帶安全系數可略低，6左右，故膠帶可選ST1600。

首先確定傳動滾筒轉速：

v—皮帶機帶速，取3.15m/s；

D—傳動滾筒直徑，取1000mm；

輸送機總的牽引力：

Fu=S4-S1+0.03(S4+S1)+WN=227364N

滿載電動工況下需要的軸功率：

P=FU`V=716kW

負載設備驅動轉矩（富裕系數k，取1.1）：

綜上所示，根據工況要求及電動機額定轉矩≥驅動轉矩的原則，考慮到不同皮帶機驅動系統的互換性，可選用3臺額定轉矩應大于41798N ● m的礦用隔爆型永磁同步變頻電動機，電機型號為TBVF-450/64YC(660/1140)。

綜上所述對于有變頻應用經驗的業主，并且有節能要求業主，以及有無人值守方向要求業主，經過客戶使用現場考察，最終確認智能永磁直驅系統是比較理想的選擇。

[1]于巖,李維堅.運輸機械設計[M].徐州：中國礦業大學出版社,1998.

[2]唐任遠.現代永磁電機[M].機械工業出版社.

[3]孫可文.帶式輸送機的傳動理論與設計計算[M].北京：煤炭工業出版社.