變頻技術(shù)在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用研究

史可心+張超

【摘 要】在當(dāng)今面臨能源危機(jī)的條件下，節(jié)能降耗不僅有近期的直接經(jīng)濟(jì)效益，更有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益，而變頻器作為節(jié)能應(yīng)用中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，也得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。本文筆者主要分析了變頻技術(shù)及其在在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用情況作了進(jìn)一步闡述，以為同行提供參考。

【關(guān)鍵詞】變頻技術(shù)；堆取料機(jī)；應(yīng)用

1.變頻技術(shù)對(duì)堆取料機(jī)的控制

堆取料行走機(jī)構(gòu)采用的是雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙速電機(jī)是利用改變定子繞組的接線改變其極對(duì)數(shù)的方法變速。改變極對(duì)數(shù)分別由不同的接觸器控制完成，控制線路復(fù)雜。斗輪堆取料機(jī)是大型設(shè)備，其行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)臺(tái)車數(shù)量由工作所需的功率來(lái)確定（驅(qū)動(dòng)臺(tái)車的數(shù)量一般是4臺(tái)、6臺(tái)、8臺(tái)、10臺(tái)等）。由于電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)多在快速起動(dòng)時(shí)對(duì)供電電源有很大的沖擊，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)啟停或變速時(shí)，整機(jī)振動(dòng)很大，機(jī)器的使用安全存在隱患，還會(huì)降低機(jī)器的使用壽命。

行走機(jī)構(gòu)電機(jī)采用變頻電機(jī)，變頻電機(jī)是由一個(gè)單獨(dú)的變頻器來(lái)控制的，可保證所有的電機(jī)啟動(dòng)同步，行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，可延長(zhǎng)行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動(dòng)、手動(dòng)和定速運(yùn)行三種控制方式。在堆取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)或手動(dòng)操作，也可直接通過(guò)變頻器鍵盤面板或外部通信接口進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行操作。

變頻器具有低速軟啟動(dòng)功能，可平滑地大范圍調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，還可根據(jù)堆取料的多少將懸臂回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)至最佳。

2.變頻技術(shù)及其在在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

2.1變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

堆取料機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于港口、電力、煤炭、冶金等行業(yè)的大型散料輸送設(shè)備，由于工作環(huán)境的限制，常常會(huì)出現(xiàn)停電狀況，而在沒有預(yù)告停電的情況下電壓瞬時(shí)降低，使正在運(yùn)行的設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，突然的斷電也將導(dǎo)致設(shè)備被燒壞；而又不知情的進(jìn)行供電，使設(shè)備電流驟然增加，這些都會(huì)使礦井下的工作存在潛在的安全隱患。變頻技術(shù)正好可以解決這樣的問(wèn)題。由于電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)多在快速起動(dòng)時(shí)對(duì)供電電源有很大的沖擊，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)啟?；蜃兯贂r(shí)，整機(jī)振動(dòng)很大，機(jī)器的使用安全存在隱患，還會(huì)降低機(jī)器的使用壽命。行走機(jī)構(gòu)電機(jī)采用變頻電機(jī)，變頻電機(jī)是由一個(gè)單獨(dú)的變頻器來(lái)控制的，可保證所有的電機(jī)啟動(dòng)同步，行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，可延長(zhǎng)行走減速機(jī)主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動(dòng)、手動(dòng)和定速運(yùn)行三種控制方式。在堆取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)或手動(dòng)操作，也可直接通過(guò)變頻器鍵盤面板或外部通信接口進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行操作。

2.2變頻技術(shù)在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

堆取料機(jī)的主要任務(wù)是堆料和取料，堆料形狀根據(jù)PLC程序可設(shè)定下列三種堆料形狀，均為自動(dòng)控制。一種是定點(diǎn)移動(dòng)，一層堆料。堆料機(jī)的懸臂按照原料的堆積高度，依次的升高，直到最后堆積高度為止。雖然，系統(tǒng)能對(duì)操作進(jìn)行有效控制，卻不能對(duì)系統(tǒng)維持恒減速運(yùn)行，這種狀況很有可能燒壞某些零件，使設(shè)備出現(xiàn)故障。加入變頻技術(shù)以后，變頻調(diào)速可以保證對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行恒加速或恒減速運(yùn)行的控制，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

斗輪堆取料機(jī)是大型散裝物料裝卸機(jī)械，起制動(dòng)控制是通過(guò)設(shè)定加減速斜坡時(shí)間、變頻器輸出連續(xù)電壓控制電機(jī)升降速來(lái)達(dá)到堆取料機(jī)平穩(wěn)起制動(dòng)的。其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的斗輪與懸臂皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，功率較大，起動(dòng)方式采用直接起動(dòng)或自耦變壓器減壓起動(dòng)，但采用直接起動(dòng)，起動(dòng)電流大，一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的4～8倍，造成供電電壓下降，影響同一電源其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，起動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)二次沖擊轉(zhuǎn)矩和電流，不能帶載起動(dòng)，控制線路復(fù)雜，維護(hù)不便。

3.變頻技術(shù)在堆取料機(jī)上的應(yīng)用

數(shù)控堆取料機(jī)是由數(shù)字控制技術(shù)操縱的一切工作母機(jī)的總稱，是集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、功率電子技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、光電技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)等

為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是兼有高精度、高效率、高柔性的高度自動(dòng)化生產(chǎn)制造設(shè)備。

3.1堆取料機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)

這里從節(jié)電的角度來(lái)考慮數(shù)控堆取料機(jī)的電氣拖動(dòng)問(wèn)題。數(shù)控堆取料機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)主要分為3種類型：1）進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2）主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；3）電機(jī)內(nèi)裝式高速交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

3.2主軸變頻交流調(diào)速

使用通用型變頻器可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)直接變速傳動(dòng)，所以除去離合器很容易實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速。對(duì)于通常采用主軸直流調(diào)速的高級(jí)機(jī)種，引入主軸專用變頻器進(jìn)行交流調(diào)速。另外，對(duì)于通常采用離合器變速的堆取料機(jī)，引入通用變頻器后，也可取得如下的效果：簡(jiǎn)化了動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)；能實(shí)現(xiàn)精細(xì)的恒線速控制；不用對(duì)離合器進(jìn)行維護(hù)；使用效果有：與以往方式相比，對(duì)機(jī)械部件的熱影響降低，速度跟蹤性能提高使線速度變化減小。變頻技術(shù)已深入我們生活的每個(gè)角落，變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等。V/F控制主要應(yīng)用在低成本、性能要求較低的場(chǎng)合；而矢量控制的引入，則開始了變頻調(diào)速系統(tǒng)在高性能場(chǎng)合的應(yīng)用.

3.3通用變頻技術(shù)

矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是變頻中的一種，其共同特點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而，省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容，其實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。

3.4矢量控制變頻調(diào)速

矢量控制變頻調(diào)速是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流通過(guò)三相—兩相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流，再按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變化，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)坐標(biāo)的反變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。但是，實(shí)際應(yīng)用中，由于難以準(zhǔn)確觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，系統(tǒng)特性受電機(jī)參數(shù)的影響較大。

4.結(jié)語(yǔ)

變頻器的保護(hù)功能非常的完善，如欠壓、過(guò)壓、斷路、短路以及電機(jī)過(guò)熱保護(hù)等。利用變頻技術(shù)改造煤炭堆取料機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提出具體的改造方案，解決了原系統(tǒng)中存在的振動(dòng)較大、受力不均、易受損等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的同步控制。所以變頻調(diào)速技術(shù)在斗輪堆取料機(jī)上的應(yīng)用是穩(wěn)定、可靠的技術(shù)，它可以節(jié)能，維護(hù)設(shè)備，減少工作量，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，能平穩(wěn)高效的完成正常的堆料作業(yè)，起制動(dòng)及行走，效果明顯，行走系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起停，連續(xù)運(yùn)行時(shí)同步性好，振動(dòng)明顯減小，行走控制系統(tǒng)故障率明顯降低，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)然，我們?nèi)匀恍枰?，更加去完善?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]萬(wàn)正喜.斗輪堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)力學(xué)性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2011.

[2]萬(wàn)正喜，易春光，孫波，等.斗輪堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)電機(jī)功率計(jì)算及修正[J].煤礦機(jī)械，2011，32.

[3]崔本亮.變頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校報(bào)，2013，13（3）：81.endprint