變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機在采區巷的應用

蘭易軍

（山西西山煤電股份有限公司 鎮城底礦，山西 太原 030203）

下組煤采區位于礦區南翼，面積約8.84 km2。預計生產能力1.2 Mt/a，推算其月生產能力100 kt/m，每月按生產27.5天計算，生產能力為3636 t/d。采區采用“四六制”工作制度，年工作日330 d。下組煤采區本著系統安全，布置合理，易于管理，投入少，產量大的原則優化設計，為使運輸系統簡化，盡量少安皮帶驅動，減少不必要的崗位，需在下組煤采區運輸大巷布置一部膠帶輸送機，要求膠帶輸送機3000 m長，且運輸量大，設備啟停控制性能好，可根據需要調整運行速度，達到節能降耗的目的。傳統膠帶輸送機一般都采用工頻拖動，液力耦合器、液粘軟啟、CST等方式進行軟啟動，以上軟啟動存在傳動效率低、啟動電沖擊及機械沖擊大、無法功率平衡等問題，造成了系統運行不經濟；皮帶、托輥和軟啟裝置損耗嚴重，維修及維護成本高，存在較多安全隱患。

因此，下組煤采區皮帶大巷需安裝鋼絲芯膠帶輸送機一部，輸送機全長3000 m。新安裝的強力膠帶輸送機啟動方式建議采用變頻調速控制，和其它軟起動方式比較，采用變頻器對交流異步電動機進行調速控制，可以實現電機在各種負荷情況下的平滑啟動、調速、停車等控制功能，低頻低速運行時，不僅直接節省大量的電能，各轉動部件因為轉速的降低減小了磨損和發熱，節約大量材料。優良的啟停性能不僅能滿足特殊情況下的滿載低電流、大扭矩啟動，還可預防普通啟停方式，因機械及電流沖擊造成的設備及部件故障，延長設備使用壽命，減少維修工作量。尤其對鋼絲芯膠帶硫化接頭的保護效果特別好，大大延長了膠帶的使用壽命，節約了大量資金。

1 選型設計

1.1 選型依據

根據礦井開拓布置可知，下組強力膠帶輸送機水平鋪設長度約3340 m，巷道平均坡度為1.91°，提升高度111.3 m。

1.2 輸送量確定

膠帶輸送機主要擔負礦井下組煤采區一個回采工作面和兩個順槽掘進面的原煤運輸任務，其輸送量為Q=660 t/h。

1.3 膠帶輸送機小時輸送能力的確定

本次設計下組煤皮帶選用帶寬B=1000 mm的膠帶輸送機，帶速為v=3.15 m/s。傾斜系數K=0.85、堆積角θ=20°、槽角λ=30°時，輸送帶上物料的最大截面積S=0.11267m2時，根據ISO5048式，輸送機的小時運量為977.5 t/h，由此可見當帶寬B=1000 mm、v=3.15 m/s時， 滿足660 t/h生產能力的要求。

1.4 選型及計算

（1） 原始資料

輸送原煤粒度0～300 mm，散密度：ρ=0.9 t/m3，輸送量：Q=660 t/h，提升高度：H=111.3 m從尾部至頭部輸送距離：L=3340 m，從尾部至頭部平均傾角：α=1.91°。

（2） 選型計算

輸送帶上每米物料的質量：q=58.2 kg/m；承載分支托輥旋轉部分質量：q1=15.5 kg/m。回程分支托輥旋轉部分質量：q2=5 kg/m；輸送帶質量：q0=39 kg/m；阻力系數ω=0.037重力加速度：g=9.8m/s2。

① 功率計算：

主要阻力：F1=181722 N；傾斜阻力：F2=63481 N；總圓周力：P=245203 N。

軸功率計算：N0=772 kW；電動機功率：N=1003.6 kW（K=1.3考慮傳動效率）。

② 防滑驗算：

傳動滾筒圍包角：α1=210°α2=210°。

滾筒摩擦系數：μ=0.25 （包膠、空氣潮濕）、軟起動取K=1。

則：滾筒S1×K/S2=1.0＜=2.5eμα1

故滾筒圍包角足夠，摩擦力滿足傳動要求。

③ 強度驗算：

經過驗算安全系數為10＞9，所以強度滿足要求。

（3） 選型結果

B=1000 m，Q=660 t/h，v=3.15 m/s，L=3340，H=111.3 m，從尾部至頭部平均傾角：α=1.91°。

驅動方式采用頭部雙傳動滾筒、三電機變頻啟動的驅動方式。主電機型號：YBBP4002-4；電機功率：400 kW；減速器型號：M3RSF90；傳遞功率：400 kW；速比：31.5。

考慮以后機械化程度逐漸增高，故采用DTL100/90/3×400S型膠帶輸送機。

1.5 設備主要技術參數

運輸能力：Q=900 t/h； 帶寬：B=1000 mm；帶速：v=3.15 m/s；輸送長度：L=3246 m；提升高度：H=114.27 m；主電機功率配比：Pb=2:1；電壓等級：U=1140 V；驅動總功率：3×400 kW（機頭集中驅動）；輸送帶：ST/S2500-1000(8+7.2+8)；輸送帶重量：39 kg/m；驅動滾筒位置：頭部（另設卸載滾筒）；傳動滾筒直徑：D=1280 mm；張緊方式：液壓自動張緊。

2 現場安裝

2.1 機架的安裝

（1）機頭、機尾架安裝

依據設計在皮帶機巷標定巷道中心線、皮帶中心線、皮帶安裝腰線，在機頭機尾架固定位置找平巷道底板按要求開挖基礎，澆筑鋼筋混凝土基礎并預留基礎螺栓孔，基礎經養護充分凝固后方可開始設備安裝。安裝時，先將設備底座擺放至設計位置使用墊鐵配合測量工具對設備各部位找中找平找直，對照設備底座和預留孔位置穿好地基螺栓并帶螺帽，開始二次灌漿。二次灌漿前要對底座、基礎螺栓和基礎孔進行全面的除油、除銹、除雜物和積水，灌漿時要充分攪拌凝固，保證混凝土基礎施工質量。待水泥沙漿找平層充分凝固后，開始對機頭、機尾各部位的安裝進行精調微調，確保安裝技術要求合格。

（2）中間架安裝

對中間架進行安裝前，可先將中間架各部件提前沿巷道擺放，同時組織技術員再次核對巷道中標定的皮帶中心線，確保機頭機尾的直線度符合要求，在中心線上每隔20 m做定位標記掛鉛垂線，由于巷道有變坡點造成底板起伏，因此中間架安裝前還要對巷道變化地段的腰線進行調整，使皮帶機的平直度符合要求。中間架安裝時，從頭至尾參照垂線點拉線安裝，時刻保持中心線三點一線，皮帶“H”支架擺放搭接時一定要按照腰線及時調整高度，“H”支架兩側頂部的連線要保持水平并于皮帶中心線垂直，架子底座固定牢固，發現“H”支架兩側出現前后錯差時要及時查明原因并調整。安裝托輥時，要注意先裝底托輥，待底皮帶鋪展后再安槽形托輥架及上托輥，最后鋪展上皮帶。

2.2 膠帶鋪設

（1）膠帶的硫化碼放

此次安裝鋪設的新膠帶單卷長度約為250 m，共28卷皮帶，提前在下組煤皮帶機尾選定皮帶的硫化接頭地點并搭設施工工棚兩處，搭好工作平臺，用于硫化膠帶接頭。安裝皮帶前，要將所有膠帶下放至下組煤皮帶巷機尾，膠帶的碼放工作與皮帶硫化接口交替進行。將所要鋪設的膠帶硫化接成一條長約3500 m （1#為上皮帶）和一條長約3500 m（2#為底皮帶）的二條整帶，并對每一接頭進行編號。利用機尾滾筒前方317 m處22 kW慢速絞車全部展開，膠帶碼放在下組煤皮帶巷皮帶機中心線上。

（2）膠帶鋪展

待皮帶機架及底托輥安裝完畢未安裝上托輥架前，開始自機尾向機頭方向鋪展3500 m 2#底皮帶，拉移膠帶采用皮帶機頭45 kW慢速絞車一次從機尾拉移至機頭方案。確保機頭一臺45 kW慢速絞車牽引繩備夠3000 m（鋼絲繩每根為1000m，沿機架中心線擺放，鋼絲繩采用插接法連接），將繩頭采用專用卡具與膠帶頭可靠聯接，安裝并規定好信號聯系方式，撤出牽引鋼絲繩波及段人員后，由專人指揮開動機頭絞車拉展膠帶，開動絞車時如鋼絲繩張力突然增大要及時停車查找原因并處理；機尾設一臺45 kW慢速絞車備夠牽引繩400 m，繩頭與機頭絞車牽引繩繩頭可靠連接形成對拉，在機頭絞車滾筒繩纏滿后幫助松繩倒鉤再次牽引。重復上述步驟，直致2#皮帶被拉展，底皮帶牽引至機頭位置后，用絞車將膠帶頭拉回至跑車改向滾筒后方碼放整齊。安裝完上托輥架和上托輥，再次利用機頭45 kW雙速絞車將1#上皮帶沿輸送機上機架拉展至指定位置，拉移方法如上。

（3）上下膠帶連接

待1#上皮帶拉移至機頭卸載滾筒后20 m處，先將機頭的上下膠帶進行硫化連接，最后在距下組煤皮帶機尾6 m處硫化最后一個膠帶接頭，完成全部膠帶的連接，接頭要保證質量，封口前必須效驗皮帶長度。 皮帶全部接好以后，最后張緊皮帶、進行皮帶機整機調試。

3 設備特點

3.1 變頻驅動

（1）防爆變頻調速裝置

礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器 （以下簡稱變頻器）是全數字變頻器，適用于交流50 Hz、電壓660 V/1140 V供電系統、三相交流異步電動機的調速控制，具有啟動轉矩大、啟停平穩等特點，能實現交流異步電動機在各種負載情況下的平滑啟動、調速、停車等功能，徹底消除機械及電氣沖擊，延長設備使用壽命。使用多臺變頻器拖動同一負載時，各變頻器之間可以自動調節，實現多臺變頻器之間的動態功率平衡，可與主控臺共同構成全數字、高性能的變頻帶式輸送機電控系統。

（2）自我診斷與保護功能

該防爆變頻器具有完善的自我診斷能力，可在線監控系統運行狀態，能夠自動診斷斷相、欠壓、過流、過載等故障。故障發生時，變頻器自動采取相應的措施，并保存故障狀態，幫助維護人員迅速找到故障原因，排除故障。

（3）電壓控制與限流功能

變頻器具有寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內電網條件，并且能夠根據電壓反饋，自動調節輸出電壓，使其不受電網電壓和負載變化的影響，保護電機免受電壓過高而導致的絕緣損傷。同時啟動瞬間及運行時電流、力矩恒定不變（正常硬啟動時瞬間啟動電流是運行電流的5～7倍），避免了對開關自身電子元件的損壞，同時也減少了對電網的沖擊。當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數。

4應用效果

4.1 實現膠帶輸送機軟起動

下組煤3000 m長的鋼絲繩芯膠帶輸送機運用變頻器對皮帶運輸機進行驅動，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，使皮帶張緊裝置緩慢均勻受力及時調節皮帶所需張緊力，將皮帶機在起動時上帶因載荷形成的巨大張力均勻的傳遞到下帶，沒有沖擊沒有打滑，幾乎對皮帶不造成損害。

4.2 降低設備的維護量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能實現皮帶運輸機的軟起動，起動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統機械部份的故障；低頻低速運行時，各機械轉動部件角速度和線速度均有所降低，磨擦減緩，溫升減慢，相應的配件材料維修保養損耗也就減小，減少了人工，各類成本都有所降低。

4.3 方便皮帶檢修

采用變頻調速后，可將皮帶機運行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機運行速度過快而難于檢修皮帶的問題，提高了皮帶的檢修效率；變頻器可以控制皮帶停車時瞬間停止，緩沖距離較短，在使用皮帶機運輸物料卸料、掐皮帶找接頭卡子或出現緊急情況等需要在指定位置停車時，給現場操作帶來了很大便利，也提高了安全系數。

4.4 節約能源

通常情況下，煤礦用電機在設計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，特別是采區準備前期和布置準備工作面掘送巷道期間，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，參考現場煤量大小適時調整頻率和皮帶運行速度，考慮轉速比與功率的三次方關系以及功率因數的提高，結合現場儀表顯示數值看，降低工頻約1/3后，電機輸出功率約降至額定功率的1/4，功率因數達0.9以上，大大減少了電能損耗。

5 社會、經濟效益

按照一年運行360天，每天運行16小時，非變頻啟動電量約為622萬度。使用變頻器可以根據電機不同的負荷工況進行匹配的能量輸入，相對于非變頻可節約平均60%的電能，約為373.2萬度。

6 結語

在本煤礦中使用變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機，通過上述數據的分析可以知道，這種輸送機在采區集中大巷的使用能夠節約電能和生產成本，有利于煤礦企業經濟效益的提升。在本文中，對設備的具體安裝進行介紹，并且提及了變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機的主要特點和使用性能，最后從經濟效益、能源節約、檢修維護等方面對設備的使用效果進行了評價，說明變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機的應用確實發揮了一定的積極作用。