大功率带式输送机软起动应用理论分析.pdf

2 0 0 3年第 4期 柳 钢 科技 2 1 大 功率带式输送机软启 动应用理论分 析 张佳佳罗莎 设计 院 An a l y s i s f o r Ap p l i c a t i o n Pr i n c i p l e o f S o f t S t a r t u p o n Hi g h - p o we r Be l t Co n v e y e r Z h a n g J i a j i a L u o s h a D e s i g n I n s t i t u t e 1 前言 带 式输送机 的软启 动是指 在驱动 电机启 动后 ， 通过 一 些装 置或 设 置 ，使 带 式输 送机 的运转 速 度 由零可 控平 缓过 渡 到理 论运 转 速度 的一 种 启 动方 式。常见的软启动方式有 电机邯艮 矩型液力偶合 器 减速 机 的柔性 连接 方式 ；电机 调 速型 液力 偶 合器 减速机 的柔性 连接方式 ；C S T 美 国 R o c k w e l l D o d g e 公 司生产可控启 动方式 。 柳州 钢铁 集 团公 司焦化 厂 、烧 结厂 、炼铁 厂 、物 资公 司料场 等几 个 部 门 ，随着生 产 规模 的 扩 大 ， 自动 化控 制水 平 提高 ，采用 带式 输送 机 数 量增 多 ，胶 带机 规 格增 大 ，运 输距 离增 长 ，宽度 最 大 已达 到 1 2 0 0 mm，长度 达 4 8 5 m，运 输 量最 大 近 1 0 0 0 t ／ h 。同时 ，随着生 产工 艺 多样性 ，对 同类 型 的胶 带机 ，胶 带 的要 求 亦呈 多样 化 的趋 势 。这 样对 带 式输 送机 设计 提 出了更 严格 的要 求 。为保 证运行的稳定性、可靠性、经济性 ，满足苛刻的生 产环境要求。除按常规对带式输送机进行标准设计 外 ，对 于大功率 ，长距离 ，中部 驱动 或多级 驱动 、 连续运行的带式输送机 ，还必须从理论上对带式输 送机 的运行状态 、受力状况等做详 细的分析 。 近几年来 ，我们连续为炼铁厂 多座 高炉 、物资 公 司西北部料场设计大功率 、长距离胶 带机 ，设计 中采用严格 的逐点张力计算 ，配置为一级或二级 中 部 驱 动 、电机 限 矩型 液力 偶合 器 减 速机 的柔 性 连接和变频调速控制方式 ，并参 与 了设 备的安装 和 调试 ，在对生产运行跟踪 时 ，我们 发现 驱动装置柔 性 配置 ，是改善工况条件 的重要 因素之一 。 2 带式输送机启动和制动 带式输送机启动或制动过程 中 ，需 克服运动 系 统惯 性使 输 送机 由静 止状 态 逐渐 加 速 至额 定 带速 运 转 或逐 渐 减速 至停 机 为止 ，因此 ，在 启 动 或制 、 ；-、 - 、 -、 - 、 - 、 - 、 - 、 -、 - 、 - 、 -、 -、墒0 -、 ；-、 - 、 -、 -、 ； 4 车刀 在工 件 C面处 横 向进 给后 ，开车 ， 让大拖板 纵 向 自动 移动 车削 R1 2 5圆弧面 ，直至达 到图纸要求 。 车 削时 ，大拖 板纵 向进 给 ，滚 轮始 终 沿靠 模 样板曲面移动 ，车刀绕销转动作横 向进给 ，使车 刀随靠模板 曲线变化 而车 出 R1 2 5圆弧 面。实践证 明 ，通 过 电脑模 拟设 计 出来 的靠模样 板 ，准确 度 高 ，加 工 时间 南原 来手 动控 制 加工 的每件 3小 时 缩短至每 件 0 ． 5小 时 ，生产效率提 高 6倍 ，产 品合 格率达 到 9 9 ． 9 9 ％以上 。 5结论 运 用 机 械 C A D 绘 图软 件 和 S o l i d w o r k实 体 设 计 软 件来 进行 设计 ，很方 便 地得 出靠 模 样 板 的实 际形 状 ，通过 虚 拟设 计及 装 配很 直 观地 观 察 到整 套 部 件 的结 构及模 拟 运 动分 析 动画 全过 程 ，减少 了复杂的 ，难 以理顺的公式计算 ，提高了设计效 率 ， 同时 ， 也为生产 赢得 了更 多的有效 时 间 。并且 ， 可根据不 同规格尺寸的圆弧面轮类零件 ，在计算 机 上 设 计 出各 种各 样 的规 格 尺 寸 的靠 模 样 板 ， 可 以方 便 、快 速地 完成 各种 规 格 尺寸 的圆弧 面 轮类 零 件加工 。 此靠模装置 ，操作简便 ，只需要更换 不 同规格 尺 寸靠模 板 ，即可加工各类 圆弧 面零件 ，且 生产效 率 、产品质量较 高 ，实用性强 ，具有一定推 广应用 价 值。 I} 维普资讯 2 2 柳钢 科技 2 0 0 3年第 4期 动 时必 须考 虑 动 负 荷并 保 证 在启 制动 时 ，在 最 不利 情 况下 确 定 的加 减速 度能 保 证 物 料 与 输送带 不打滑 。即满足 ， 保证 物料 启动 时物料与胶 带 的磨擦 力与 物料 沿胶带 方 向 的重 力分 力之 差 应 大于等于带式输送机启动时动 负荷 m a 的要求 ； 制 动时 物料与 胶带 的磨擦 力 与物 料沿 胶 带方 向的 重 力分力 之 和应 大于 等 于制动 时 动 负荷 ma n的要 求 ， 由此可以推算 出启动加速度 仅 和制动加速度 仅B 的表 达式 _ 1 仅A ≤ l 3 0 8 , B- s i nBg 1 仅B ≤ l C O S , B s i n Bg 2 式 中 t物料与胶带 间磨擦系数 ； B 带式输送机 的倾角 。 对于运输不同的物料，带式输送机所允许的输 送倾 角是不 同的 。由式 1 、 2 式可 以得 出这样 的结论 1 在启 、制动过程 中，如果 降低启 、 制动时的加速度 a 、a ，即采用软启动 的方式 ，就 能增 大带式输送机在刚性启 、制动条件下所允许 的 最 大倾角 ，这一点在带式输送机设计 中有很重要 的 价值 ，可 以在相 同的提升高度情况下 ，减少带式输 送 机 的水 平 运 输距 离 。 2 以较 低 的 加速 度启 、 制动 ，带式输 送机就能达 到较高 的带速 而不打 滑 ， 带 式输送机也 就会有更大 的输送能力 。 3 刚性起动带式输送机张力分析 在带式 输送 机 的运行 过 程 中 ，圆周驱 动 力 F 通过磨擦 传递 到输送带上 ，为了保证输送带 工作 时 不打滑 ，需在 回程胶带上保持最小 张力 ，由此可以 推算 出负荷启 动最大圆周驱 动力 F u ma x的表 达式 F u ma x K F 3 式 中K 起动 系数。 起 动条件 下 ，K 取 1 ． 3 ～ 1 ． 7 ，在刚性 启动条 件 下 K 取上 限值 ，用液力偶合器 的柔性连接 K 取值 可根据电机 和偶合器的联合 特性曲线 求出 ，通常根 据不同加速度要求取下限值 1 ． 3 ～ 1 ．4[ 。 由上述分 析可以得 出 ，采用软启动的连接方式 后 ，最 大 圆周 驱 动 力 可 大 幅 度降 低 。其 结 果 是 1 改善 了皮 带启动 和停 车时对减 速机 、滚筒 及其 他转动部件 的张力冲击 ，使 日常维 修 费用减少 ，提 高工作效率和延长使用寿命 。 2 降低 了对胶带 强 度的要求 。在 安全系数不变的情况下 ，对于棉帆 布带 、 ’ 尼龙帆布带 、聚酯帆布带 ，均可以减少胶带 的层数 ，对 于钢丝绳胶带 ，可以降低其纵 向托伸强 度。在不改变胶带的情况下，提高了胶带的安全系 数 。 3 没有滑动损失，减少了胶带 的损伤 和各 传 动 部分 的磨 损 。 4 解决 了长距离 带 式输 送 机 惯量大，启动困难的问题 ，又使传动滚筒的圆包角 减小 ，双驱动方式 变为单驱动方式 成为可能 。 4 刚性制动带式输送机受力分析 按照动 力学 的分 析方法 ，带式输 送机是一个 弹 性体 ，我们可以把它模拟为一个质量弹簧系 统 。假设一种 条件 一 条运输距 离较 长 、带负荷 的 带式输送机 ，当驱动系统突然制动时 ，传 动滚筒 的 速度迅速 降低 ，在这段时间内 ，滚筒 的线位移较滚 筒附近上游胶带位移要小，从而使上游附近胶带变 形 减小 ，应力 减小 ，而下游 邻近 处胶 带 变 形 则增 加 ，应力增 加 ，随着这种不平 衡 区域 的逐 渐扩 大 ， 这种 应力在带式输送机 中传播 ，应力增加 的波在 回 程胶带 中传播 ，而应力减少 的波在 幅度小 于某一 区 域的稳态应力时，胶带应力降低 ，皮带下垂增加 ， 这样就会使胶带在这一区域陷入托辊 ，使输送物料 撒落在胶带周围及托辊中，对托辊造成损伤，并有 可能撕裂胶带 ，再 次启动带式输送机 时须 清理周 围 的物料；在应力减少的波进入回程胶带时，会使拉 紧装置突然拉长 ，所产 生的巨大拉力 对胶带 、逆止 器、滚筒 、驱动装置造成损害，如果要使这种状况 得到好转 ，最有效的办法是使拉紧装置后移到靠近 头部滚筒 配置 ，从皮带 的受力状 况分析可知 ，拉 紧 装置靠近头部滚 筒附近受 力量小 ，也就是说需要拉 紧胶带所用配置量少 ，是比较合理的位置。即使如 此处理 ，也 不能解决带式 输送 机储 存量快速 释放对 其部件造 成的严重损 害 。把启 动时能量储存减到最 小 ，把停车时的能量释放尽可能的放慢 ，是我们使 用软启动所 要达到的 目的 。 5 带式输送机使用软启动后其它特性 1 解决 过载保护 问题 。当带式输 送机 运输 量 某一段 时间 内过载时 ，液力偶 合器 的柔性方式 可以 不通过 电气 保护而 自身保护达到过载保护 的功 能 。 2 解决 多极驱动 的顺 序启 动 、均衡 负荷 、同 步传 动 问题 。首先 由于液力偶 合器 具有 柔性 传动 、 自动适应 和过载保护功能 ，故可 以利用液力偶合 器 对多极驱 动进行顺 序启动 ，降低启动 电流对 电网的 冲击 。其 次 ，可 以通 过测整液力偶合器 的充 液量和 利用液力偶合器的自适应性，使多台偶合器的输出 维普资讯 2 0 0 3年第 4期 柳 钢 科技 高压交流电动机液态软启动器的应用及其可靠性分析 陈汝来植燕明 修建公司 摘要介绍了一种高压交流电动机液态软启动器的性能及其在 电动机启动上的应用效果 ，并分析 其可靠性 。 关键词高压交流 电动机液态软启 动器降压启 动 Ap p l i c a t i o n a n d Re l i a b i l i t y o f Li q u i d S o f t - s t a r t e r f o r Hi g h -v o l t a g e AC El e c t r i c M o t o r Ch e n Ru l a i Zhi Ya nmi n g C o n s t r u c t i o n C o mp a n y Abs t r a ct Thi s p a pe r i nt r o d uc e s p er f o r ma n c e a n d a pp l i c a t i o n e f f e c t o f l i qu i d s o ft s t a r t er f o r h i g h v o l t a g e AC e l e c t r i c mo t o r ，t h en t he r e l i a bi l i t y i s an a l y z e d． K e y W or ds Hi g h v o l t a g e AC El e c t ric Mo t o r Li qui d S oft s t arte r L owe r v ol t a g e S t art 1 前言 2 高压交 流 电动机液态 软启 动器工作 原理 大功率交流电动机直接启 动会产生很 大的冲击 电流 ，有 以下两方面 的危害 一是对短路 容量小的 电网，会引起电网电压下降，影响共网其它电气设 备 的正 常运 行 ；二是对 电动机及传 动设 备产生 电气 和机 械冲击 ，加速 电动机 的老化 和机械 的损坏 。因 此 ，必须抑制大功率 电动机 的启 动电流 。在柳钢炼 铁 厂 1号高炉技改工程 中 ，4 风机 应用追 日电气设 备有 限公 司 的 G z Y Q 一5 O 0 0 ／ 6 - _ YS高 压 交 流 电动 机液压软启 动器一次启动成功 ，取得 良好 的启 动效 果 ，完全达到设计要求 。 简述 在电动机定子侧串接液压电阻属于降压启动 ， 虽然减少启动力矩 ，但是对于 4 风机的 5 0 0 0 k W 高压交流 电动机来 说 ，在 电网容量相对不是很 大 的 情况下 ，是较好 的解决方案 。液压软启动 器中的 电 阻是液态 电阻 ，是 由水和 电解 质配制 的 ，导电原理 是离子导电。离子导 电的电导率随温度增加而上 升 ，其 温 度灵敏 度 因 电解质 元素 和浓 度 而异 。 G z YQ 一5 0 0 o ／ 6 _ _ Y S高压交流 电动机液压 软启 动采 用 S 7 2 2 4 P L C可编程序控制 器为主控元件 ，无级 转速一致 ，同步驱动，避免因电机输 出功率 、转 速 不一致而造成 的损失 。 3 采用软起 动 的方式 ， 可 以降低带 式输 送机 的功 率 ，解 决 长距 离带 式输 送 机 动负荷 大 、启 动 困难 的问题 ，用较 小容 量 的 电机在 接近 额定 工况 下工作 ，提 高 电机 的功 率 因 数 ，降低启动电流和对电网的冲击。 6结语 综上 所述 ，在 大功 牢 、多级 驱 动 长距 离输 送 的带 式输 送 机 中采 用 合理 的软启 动装 置 ，可 以 使设备启动力矩小 ，启动平稳 ，胶带张力降低 ， 同时具有过 载保护功能 。 参考 文献 [1 ] 运 输 机 械 设 计 选 用 手册 编 辑 委 员 会 编 ． 运输机械设计选用手册 上册． 化学工 业 出版社 ，1 9 9 1 年 1月第一版 ，1 3 9 ． [ 2] 汗 玉 ． D T I I 型 固定 式带 式输 送机 设 计 选用 手 册 ． 安徽省桐城运输机械厂 ，2 9 ． 维普资讯