煤礦帶式輸送機(jī)的電氣特性及節(jié)能分析初探

陳慶祥

摘要：在煤礦的生產(chǎn)中使用機(jī)械設(shè)備也是非常普遍和重要的。帶式輸送機(jī)是一個一種廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的輸送設(shè)備。帶式輸送機(jī)在操作過程中消耗大量能量，這無疑是其最大的缺點(diǎn)。如何讓它達(dá)到節(jié)約能源的效果和能源消耗的減少是本文討論的關(guān)鍵問題。本文將重點(diǎn)介紹輸送機(jī)的工作原理，操作的驅(qū)動方法和節(jié)能方法幾個方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦；帶式輸送機(jī)；電氣節(jié)能

1帶式輸送機(jī)的工作原理

傳送帶由橡膠覆蓋層和鋼絲繩芯或織物芯的彈性單元組成。帶式輸送機(jī)在結(jié)構(gòu)上是靈活的并且在操作期間相對穩(wěn)定，但是在急停或起動的過程中會產(chǎn)生比較復(fù)雜的動力學(xué)特性，在大負(fù)載的情況下，緊急停止操作可能導(dǎo)致傳送帶斷裂。目前大多數(shù)煤礦企業(yè)都使用皮帶輸送機(jī)，皮帶輸送機(jī)操作簡單，維護(hù)方便。目前主要使用的皮帶輸送機(jī)主要包括驅(qū)動輥和減速機(jī)，輸送帶和輥?zhàn)印８鶕?jù)使用的條件，機(jī)架，張緊裝置，驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動器，制動器，控制和保護(hù)裝置等也配備有不同的設(shè)備。例如，發(fā)電廠的煤礦帶式輸送機(jī)也需要配備溜槽，給料機(jī)等裝置。主要工作原理是電機(jī)驅(qū)動皮帶運(yùn)輸。一般的煤帶式輸送機(jī)在頭部和尾部有兩個驅(qū)動輥。兩個驅(qū)動輥驅(qū)動皮帶旋轉(zhuǎn)，并且大量皮帶安裝在兩個驅(qū)動輥的中間。滾輪支撐皮帶進(jìn)行運(yùn)輸，因此皮帶在運(yùn)輸過程中承受的重力較小。為了確保材料在運(yùn)輸過程中不散開，支撐輥通常布置成V形，使得帶處于運(yùn)輸過程中可以攜帶更多的材料。輸送的皮帶對強(qiáng)度有一定的要求，確保皮帶在運(yùn)輸過程中不會受到張力，導(dǎo)致破損。一般的帶式輸送機(jī)在頭部位置卸載，并且根據(jù)要運(yùn)輸?shù)牟牧线M(jìn)行中間卸載。在輸送過程中，皮帶應(yīng)保持穩(wěn)定，皮帶的波動會影響驅(qū)動滾筒和皮帶的使用壽命。

2帶式輸送機(jī)驅(qū)動方式

當(dāng)前煤礦井下帶式輸送機(jī)常見的驅(qū)動方式有以下幾種：

2.1直流電動機(jī)拖動

直接起動是將電機(jī)的定子直接連接到電網(wǎng)，電機(jī)的定子可以獲得整個網(wǎng)絡(luò)的全電壓。直接起動的起動電路最簡單，起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩大，起動時間短，設(shè)備價格低。但是，這種起動方法有許多缺點(diǎn)。感應(yīng)電機(jī)在額定電壓下起動，其輸入電流值通常為銘牌值（額定電流）的5至6倍。由于機(jī)械慣性和與其耦合的機(jī)械負(fù)載特性的組合，在加速的連續(xù)時域中的這種突然過電流將導(dǎo)致非常高的溫升，這將破壞電動機(jī)。更不利的后果是在饋線上產(chǎn)生大的電壓降，這對附近的其他電氣設(shè)備產(chǎn)生不利影響。在正常情況下，只有直接起動引起的起動電流在電網(wǎng)中不超過10%～15%（對于經(jīng)常起動的電動機(jī)取10%，對于不經(jīng)常起動的電動機(jī)取15%），才允許直接起動。

2.2電動機(jī)加液粘離合器傳動

液粘性離合器，也稱為粘性離合器，油膜離合器或Ω離合器，通過改變離合器板的間距來改變傳動扭矩，以改變粘性液體的剪切力。當(dāng)調(diào)節(jié)離合器片的間隙時，可以相應(yīng)地改變傳遞扭矩和輸出速度。典型的液粘性離合器是差動輪式液體粘度調(diào)節(jié)器。CST是美國DODGE公司開發(fā)的一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品。它由多級齒輪減速器，濕式線性離合器，液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它是以Ω離合器為核心部件的傳動系統(tǒng)。工作原理如下：系統(tǒng)所需的輸出加速度在電液控制器中設(shè)定。在接收到電動機(jī)的啟動信號后，電動機(jī)在空載時啟動，并且在達(dá)到額定速度后，液壓控制器開始增加到Ω離合器系統(tǒng)的液體壓力。當(dāng)Ω離合器開始工作時，輸出扭矩逐漸驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)接收到停止信號時，液壓控制器開始降低到Ω離合器系統(tǒng)的液體壓力。通過調(diào)節(jié)液體壓力，輸送機(jī)獲得恒定的減速并停止。

2.3電動機(jī)加液力耦合器傳動

液力耦合器是利用液力來傳遞功率（力矩）的裝置，采用液力耦合器傳動可改善系統(tǒng)的起動性能，增大起動力矩，縮短電動機(jī)的起動時間。液力耦合器應(yīng)用較多的是調(diào)速型液力耦合器。調(diào)速型液力耦合器主要由液力耦合器、電動執(zhí)行器、稀油潤滑裝置與油箱等組成。它的主要特點(diǎn)是在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過導(dǎo)管或其他方式調(diào)節(jié)工作腔中的充油量以改變輸出轉(zhuǎn)速和力矩，而且其充油量的調(diào)節(jié)是在運(yùn)行中進(jìn)行的。

2.4交流電動機(jī)變頻調(diào)速

交流電動機(jī)變頻調(diào)速通過改變定子的供電頻率，改變電動機(jī)的同步頻率，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。它具有速度范圍寬，精度高的特點(diǎn)。很容易實(shí)現(xiàn)起動和制動速度曲線的自動跟蹤。它可以提供理想的可控啟動和制動性能。它可以在多個電機(jī)驅(qū)動時有效地分配負(fù)載，并實(shí)現(xiàn)多個驅(qū)動器。電機(jī)之間的功率平衡響應(yīng)負(fù)載變化而快速。可根據(jù)預(yù)設(shè)的“S”形速度曲線控制輸送機(jī)啟動和制動，以滿足整機(jī)的動態(tài)穩(wěn)定性和可靠性要求。變頻器還可以提供低速磁帶檢測。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和成熟，它已廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)，具有優(yōu)異的性能和簡單的維護(hù)特性。

3帶式輸送機(jī)的節(jié)能方法

3.1電機(jī)功率控制節(jié)能

電動機(jī)功率控制技術(shù)節(jié)能是指通過降低電動機(jī)的輸出功率來使負(fù)載大小與驅(qū)動功率相匹配。關(guān)鍵是要準(zhǔn)確判斷增加和減少電機(jī)的時間。目前，主要有兩種方法：堆、取料機(jī)位置檢測方法和電機(jī)電流檢測方法。堆、取料機(jī)位置檢測方法是在重新選擇所需電機(jī)的額定功率的前提下，在堆、取料機(jī)行走軌道的適當(dāng)位置安裝具有狀態(tài)鎖定功能的行程開關(guān)或編碼器。在皮帶輸送機(jī)的啟動階段，所有電機(jī)都投入運(yùn)行，然后通過行程開關(guān)或編碼器檢測堆、取料機(jī)的工作位置。如果堆、取料機(jī)位于輸送機(jī)的臨界位置（根據(jù)輸送機(jī)的實(shí)際所需功率確定），則皮帶輸送機(jī)可減少一臺電機(jī)的阻力。如果堆、取料機(jī)位于臨界位置之外，則皮帶輸送機(jī)仍然被所有電機(jī)拖動。雖然改進(jìn)方法簡單，但由于不考慮輕載條件，不能判斷是否應(yīng)根據(jù)煤流量進(jìn)行電動機(jī)減速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此仍存在電動機(jī)利用效率為不高。

電機(jī)電流檢測法是指當(dāng)帶式輸送機(jī)負(fù)荷較大時，電機(jī)電流也較大；當(dāng)帶式輸送機(jī)負(fù)荷較小時，電機(jī)電流也較小。無論是帶式輸送機(jī)承載物料長度的改變，還是承載物料流量的改變，都會引起電機(jī)工作電流的變化。此法可以實(shí)時動態(tài)監(jiān)控帶式輸送機(jī)上負(fù)荷的大小，但是由于受到外界干擾時會造成負(fù)荷波動，檢測到的電流值有時不能真實(shí)反應(yīng)帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定負(fù)荷，會出現(xiàn)明顯的偏差。

3.2異步電動機(jī)Y-△接法節(jié)能

根據(jù)異步電動機(jī)的工作原理可知，三角形接法（△）定子繞組上的相電壓V△Φ與線電壓VL相等，星形接法（Y）定子繞組上的相電壓VYΦ=VL/√3。電機(jī)所需要的無功功率Q包括勵磁無功功率QJC和漏磁無功功率QLC兩部分，即Q=QJC+QLC。由于漏磁無功功率與用電設(shè)備的負(fù)荷電流成正比，且負(fù)荷不變時三角形接法和星形接法電機(jī)的負(fù)荷電流大小相同，因此兩種接法的漏磁無功功率QLC也相同。而勵磁無功功率QJC與定子繞組上的相電壓的平方成正比，因此定子繞組為星形接法的電機(jī)所需的勵磁無功功率僅是三角形接法電機(jī)的1/3。

由于在同樣電壓和負(fù)荷下，電動機(jī)的△接法比Y接法的無功功率大，而有功功率相等，因此電動機(jī)的△接法比Y接法所耗總功率P大，又因?yàn)榭偣β蔖=N·ω，因此轉(zhuǎn)速ω一定時，電動機(jī)的接法比Y接法輸出扭矩N也大。所以，在帶式輸送機(jī)的工作過程中，采用在△接法下起動電動機(jī)，在Y接法下運(yùn)行的方法，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，提高電機(jī)的使用效率。

4結(jié)束語

帶式輸送機(jī)在煤礦的開采過程中具有重要的作用，也是煤礦開采過程中主要使用的設(shè)備，在煤的輸送過程中要求帶式輸送機(jī)能平穩(wěn)的運(yùn)行，這在一定程度上能較少能源的消耗，減少設(shè)備的磨損。通過對帶式輸送機(jī)的輸送原理進(jìn)行深入的分析，不斷開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)，降低煤礦在運(yùn)輸過程的成本消耗，新的節(jié)能技術(shù)需要我們在帶式輸送使用的過程中不斷的進(jìn)行研究和分析，尋找新的節(jié)能方法和新的節(jié)能工藝。

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