大型可伸缩带式输送机驱动技术的研究.pdf

第 2 9卷第 9期 2 O O 8年 9月煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V 0 J ． 2 9 N o ． 9 S e p． 2 008 审试验研究嗣大型可伸缩带式输送机驱动技术的研究陈珏煤炭科学研究总院上海分院，上海 2 0 0 0 3 0 摘要驱动技术是可伸缩带式输送机的关键技术，由于驱动功率和输送距离受到输送带强度和元部件的限制，不能无限增大，只能采用多点驱动方式来解决长距离大运量输送物料问题。主要通过对可伸缩带式输送机的多点驱动一卸载式驱动、直线摩擦驱动和软起动技术进行分析研究，认为滚筒卸载式驱动和液力调速软起动是大型可伸缩带式输送杌最经济合理的驱动技术。关键词可伸缩；带式输送机；软起动中图分类号 T D 5 2 8 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 8 0 9 ． 0 0 4 2 ． 0 3 Re s e a r c h o n Dr i v i n g Te c h n o l o g y f o r La r g e Ex t e n s i b l e Be l t Co n v e y o r C HE N J u e S h a n g I l a i B r a n c h ， C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h a n 曲a i 2 0 0 0 3 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d r i v i n g t e c h n o l o g y i s a k e y i n l a r g e e x t e n s i b l e b e l t c o n v e y o r ．Th e d r i v i n g p o w e r C a l l n o t b e L l n - l i mi t e d l a r g e be c a u s e o f s o me p a r t s a nd t h e be l t i n t e n s i t y．By an a l y z i n g an d r e s e a r c h i n g o n soi l l e mu l t ipo i n t d r i vin g mo d e，i t i s po i n t e d o u t tha t p u l l e y u n i n s t a l l d r i v i ng an d h y d r a u l i c sof t s t a r ti n g a r e the o p t i ma l t echn o l o - g y Ke y wo r d s e x t e n s i b l e；be l t c o n v e y o r ；soft s t a r t 1 中间驱动技术的原理及输送带张力变化中间驱动技术是大型可伸缩带式输送机最有效的驱动技术。它主要是把输送机的一部分功率分散到带式输送机的各个驱动点，从而降低输送带运行的最大张力，降低输送带强度，减少元部件的单机驱动功率，节省成本，提高输送机的输送能力。中间驱动技术应用最为广泛的是直线摩擦驱动和滚筒卸载式驱动。 1 ． 1 直线摩擦驱动直线摩擦中间驱动的原理是承载输送带压在驱动输送带上，利用两者间产生的相对摩擦力，将驱动带上的动力传递给承载输送带，从而使承载输送带运行输送物料。直线摩擦驱动是挠性驱动体驱动输送带对挠性牵引体承载输送带的驱动，其特点是驱动体也产生拉伸应变。若将输送带视为均匀的连续体，其弹性系数不随应力或应变的变化而变化，且忽略承载输送带与驱动输送带间的接触压力的差异。影响直线摩擦驱动牵引力输出的主要因素 1 承载输送带与驱动输送带间的接触压力； 2 直线摩擦驱动段的长度； 3 承载输送带与驱动输送带间的摩擦系数。由于承载输送带与驱动输送带间的摩擦力将中间驱动的动力传递给承载输送带，承载输送带的张力在与驱动输送带作用段内将会有一线性降低的过程，这一张力降低值即为中间驱动装置输出的牵引力。张力变化如图 1 a 所示。 Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ 曲 l0 I 二 I I_三 ,I I I I L v ． L I a 【 b J 图 1 输送带张力变化比较直线摩擦驱动的特点 1 可降低承载输送带最大张力，单元驱动元部件可小型化，降低投资成本； 2 中间驱动段结构较复杂，装卸不便，更适用于固定式带式输送机； 3 可根据需要在承载输送带下安装多台中间摩擦驱动。由于驱动输送带放在承载输送带的下部，当两输送带间接触压力不均匀时输出牵引力不稳定。特别是当直线摩擦驱动段上方无物料，而其他地方装满物料时，由于两输送带间的摩擦力最小，易引起驱动输送带与承载输送带间打滑，增加头部驱动负担，引起电机过载。 1 ． 2 滚筒卸载式中间驱动技术如图 1 b 所示，滚筒卸载式中间驱动主要通过驱动滚筒完成对输送带的驱动，视输送带为弹性体，忽略输送带的厚度与滚筒相接触部分输送带的质量以及弯曲应力。由欧拉公式可知，影响牵引力的主要因素 1 输送带在驱动滚筒分离点处的张力； 2 输送带在驱动滚筒上的围包角； 3 驱动滚筒与输送带间的摩擦系数。驱动滚筒的趋人段与奔离段的输送带张力落差一 4 2 维普资讯第 2 9 卷第 9 期大型可伸缩带式输送机驱动技术的研究陈珏 V o 1 ． 2 9 N o ． 9 即为驱动滚筒输出的牵引力。卸载式驱动的输送带张力变化由图 1 b 中可看出。其特点 1 可降低承载带张力，元部件可小型化，便于加工维护，降低生产成本； 2 单元驱动功率小； 3 多机起动时同步性较敏感； 4 体积小，结构简单，装拆方便，特别适应输送机运距的变化，适用于可伸缩带式输送机； 5 卸载式驱动装置越多，输送带的最大张力降低越多。由以上 2种驱动方式比较可以看出，卸载式驱动更适用于可伸缩带式输送机。 2 可伸缩带式输送机的软起动由于带式输送机功率分散到各个驱动点，对起动要求很高，如果各驱动点不按张力传递规律起动，会引起输送机打滑或起动不起来，功率不平衡引起烧电机，因此，在合理分配各驱动点的功率外，还应考虑输送带重载时的起动加速度，以及停车、运行时的输送带张力瞬间值降低到最小，实现各个驱动单元功率平衡，实现各个电机的空载分时起动。因此，大型可伸缩带式输送机必须实现软起动。所谓带式输送机的软起动是在设定的起动时间内，通过控制输送带起动加速度值，来确保输送机按所要求的速度曲线见图 2 平稳起动，并达到额定运行速度，同时使电机的起动电流与输送带的起动动张力控制在允许范围内。图 2 带有时间延迟的带式输送机软起动速度曲线对于大型带式输送机，如果不使用软起动，而直接起动，将会给输送机造成 1 输送带打滑，不能起动，更不能满载起动； 2 加大输送带起动时的动张力，造成对元部件的瞬时冲击； 3 加大电动机的起动电流。带式输送机的软起动是可伸缩带式输送机的关键技术之一。而软起动技术较普遍使用的有 3种 1 差动式轮系液黏调速装置 C s T ； 2 变频调速装置； 3 液力调速装置。 2 ． 1 差动轮系液黏调速装置差动轮系液黏调速装置主要由行星齿轮减速器与可控液黏离合器组成。其工作原理通过调节离合器中的油压、利用摩擦片间所形成的油膜的动力黏性来传递动力，并控制减速器输出轴的转速，达到输送机的软起动。电动机转速通过行星减速器的输入轴、中间齿轮，传递给太阳轮，太阳轮使 3个行星轮旋转，与离合器中的动摩擦片相连接的内齿圈是浮动的，可作自由转动。当离合器中无油压时，行星轮使自由浮动的内齿圈转动，从而使行星架不转动，减速器输出轴就静止不转。当对离合器逐渐施加油压时，两摩擦片间油膜所产生的黏性剪切力矩，使内齿圈转速逐渐下降，直至停止转动。此时行星轮托架就逐渐加大转速，直至达到额定转速。通过控制离合器中的油压力与油压施加时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动。该装置的优点是起动时调速精度高，可以变速运行。缺点是产品依赖进口，价格昂贵，使用维护要求高，对油的黏度与清洁度要求也高；使用过程中的备品备件必须进口，事故处理也依赖外国公司。 2 ． 2变频调速装置变频调速装置主要由功率器件一I G E IT绝缘栅极可控晶体管、可控器与电抗器组成。其工作原理通过控制器来调节功率器中的绝缘栅极，使进入功率器件的交流电源的频率发生变化。电动机转速与交流电源频率成正比关系。当交流电源的频率由小到大变化时，电动机转速也随之由小到大变化。只要控制频率变化范围以及频率变化时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，达到输送机的软起动。该装置优点是起动时调速精度高，可以变速运行，调速范围大。缺点是电动机不能空载起动；防爆产品依赖进口、价格昂贵；控制复杂、使用维护要求高，对环境温度与清洁度要求高；使用过程中的备品备件必须进口，事故处理也依赖外国公司。虽然电抗器可以减少对外界电源的污染，但频率改变，还是对电源有一定程度的污染。如果是在井下使用，功率器件的发热问题也是必须解决的一个技术难关。 2 ． 3液力调速装置液力调速装置主要由液力耦合器、电动执行器、稀油润滑装置与油箱等组成。其工作原理利用传 - 43 - 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N 0 ． 9 大型可伸缩带式输送机驱动技术的研究陈珏第 2 9卷第 9 期动介质来传递动力，通过调节耦合器工作腔内充液量的多少，来控制耦合器输出轴的转速，达到输送机的软起动。先由电动机带动耦合器的泵轮空运转，然后向耦合器工作腔中注人传动介质液。当导流管处于最里边位置时，进人工作腔中的传动介质液全部由导流管流回油箱，此时涡轮与输出轴不转动。当电动执行器带动导流管缓慢向外移动时，进入导流管流回油箱的传动介质液逐渐减少，而进人工作腔中的传动介质液逐渐增多。在高速旋转的泵轮叶片带动下，传动介质液形成高压高速液流，冲向涡轮叶片，使涡轮与输出轴逐渐转动起来。随着工作腔内传动介质液的不断增多，涡轮与输出轴的转速也就逐渐增加，直至达到额定转速。只要控制导流管向外移动速度，就可使输送机按照设定速度曲线平稳起动。该装置优点是起动时调速精度较高，也可变速运行，运行可靠，结构简单，操作维护方便，价格低廉，国内有成熟产品可供货。缺点是调速范围小，在调速运行时的效率低。通过上述对 3 种软起动装置的技术经济分析比较可以看出，液力调速装置运行可靠，操作维护简便，价格低廉，又能全部满足带式输送机软起动要求，产品国内可以解决。因而选择液力调速装置作为带式输送机的软起动装置不仅是技术可行的，而且也是经济合理的。煤科院上海分院研制成功的液力调速装置荣获煤炭部科技进步一等奖、国家“ 七五” 重大科研成果奖。目前国内煤炭用带式输送机软起动装置绝大多数为液力调速装置，仅上海分院制造的液力调速装置就有 1 0 0多套。差动轮系液黏调速装置引进以后，真正在国内煤矿带式输送机上实际使用的仅为几套。变频调速装置在国内煤矿带式输送机上使用，仅 1 套是引进的，而且是非防爆的，后因控制复杂、工人不易掌握等原因，对控制部分进行了改造。这 2种软起动装置在国内不能普遍使用，主要原因是价格太贵，操作维护复杂，工人不易掌握，备品备件依赖进口。 3 驱动系统的控制以往带式输送机多以接触器，继电器为主要电气控制手段，体积大、维修困难，且控制容量有限，采用以美国 G E 9 0 3 0 系列可编程序控制器为核心的电气控制系统一可编程序控制器控制系统的控制装置，控制、保护功能齐全，具有慢速起动功能，易于扩充，电路结构简单，维修方便，可靠性高。该系统具有以下功能 1 连续检测电机转速或输送带线速度，各电机顺序分别空载起动，对电网的冲击较小； 2 具有超速及打滑保护功能。利用可编程序控制器的高速计数器模块，可以任意预置超速上限值及打滑的下限值，当高速计数器的计数值超过或低于预置时，可编程序控制器内部继电器即动作，实现超速或打滑保护； 3 本系统可实现慢速起动起动时间可调以及各电机功率自动平衡，精度达到 9 5 ％以上； 4 可编程序控制器容易掌握，操作简便，具有很强的抗干扰和驱动能力，工作可靠，维修方便。该系统保护齐全，设有沿线停车、跑偏、烟雾、打滑、轴温、油温、煤位、机械闸限位、超温自动洒水等保护。目前国内外对撕带、断带保护装置的研究进展不大，抗撕裂输送带由于价格昂贵，目前还不被大多数用户所接收。本系统对输送带的断带保护进行了一定的研究，在满足可靠性、经济性的前提下，在输送带发生断带现象时能及时停下主电机，避免事态的进一步扩大，这是目前最有效的解决办法。 4 结语 1 长距离、大运量可伸缩带式输送机中间驱动技术的最佳选择是用卸载式驱动技术和调速型液力耦合器软起动技术； 2 中间驱动技术可降低输送带张力，减少单元元部件功率，有利于通用化，便于维护； 3 调速型液力耦合器是最经济实用软起动技术。参考文献 [ 1 ] 孙可文．带式输送机的传动理论和设计 [ M] ．北京煤炭工业出版社． 1 9 9 1 ． [ 2 ] 李兴布．国外带式输送机设计的新动向[ J ] ．起动运输机械， 1 9 9 4 8 ． [ 3 3 M ． P ．辛格．驱动系统技术的作用[ J ] ． B U L K S O L I D S H A N D L I N G ， 1 9 9 4 4 ． [ 4 ] 黄文．煤矿井下带式输送机大功率驱动系统的研究与应用[ J ] ．物料搬运与分离技术， 1 9 9 8 1 0 ．作者简介陈珏 1 9 6 2 一，女，上海人，高级工程师， 1 9 8 5年毕业于上海同济大学机械工程系，现就职于煤炭科学研究总院上海分院运输机电研究制造中心，主要从事煤矿机械设计，电话 0 2 1 6 4 3 8 2 3 4 4．一 44一收稿日期 2 0 0 8 ． 0 4 - 1 1 维普资讯