鏈條傳動(dòng)皮帶機(jī)軟啟動(dòng)改造

王玉恒

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200）

首鋼京唐公司供料部有多條皮帶機(jī)使用鏈條傳動(dòng)，即電機(jī)通過減速機(jī)減速后通過鏈條來驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)滾筒。這種驅(qū)動(dòng)方式多用于驅(qū)動(dòng)功率不大的可逆式移動(dòng)皮帶機(jī)，如給焦化上煤的JM203皮帶機(jī)，給高爐上噴吹煤的PM208皮帶機(jī)，都是使用的這種鏈條傳動(dòng)方式，這種結(jié)構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)難度低，更換電機(jī)減速機(jī)不需要嚴(yán)格進(jìn)行找正對(duì)中。

但是在實(shí)際使用中，因?yàn)槠C(jī)需要頻繁的換倉對(duì)位，皮帶機(jī)在各倉位之間進(jìn)行移動(dòng)，相應(yīng)的下料口位置也會(huì)發(fā)生變動(dòng)，這樣就需要鏈條來回的在正反轉(zhuǎn)之間進(jìn)行切換。切換過程中電機(jī)需要停機(jī)再重新啟動(dòng)反轉(zhuǎn)，鏈條帶動(dòng)減速機(jī)軸受到很大的沖擊力，容易造成機(jī)械損傷。例如，PM208皮帶機(jī)就多次發(fā)生過減速機(jī)斷軸，因PM系統(tǒng)屬于單線，且PM208皮帶機(jī)所處位置在噴煤倉頂層，位置很高，一旦發(fā)生減速機(jī)斷軸，不易搶修，嚴(yán)重時(shí)還可能造成噴吹煤倉位低，甚至造成斷料，因此需要對(duì)這種鏈條傳動(dòng)方式進(jìn)行改造。

1 問題分析

鏈條傳動(dòng)是通過鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。鏈傳動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn):與帶傳動(dòng)相比，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)主要有:僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷[1]、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。

而皮帶機(jī)的負(fù)載是一種典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且?guī)捷斔蜋C(jī)不可避免地要帶負(fù)荷起、制動(dòng)（滿載起動(dòng)和停車）[2]。綜合分析鏈條傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)及皮帶機(jī)負(fù)載特性，在需要頻繁切換起停的皮帶機(jī)上使用鏈條傳動(dòng)就不太適合。這種情況下，為了使皮帶機(jī)能夠平穩(wěn)地啟動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備造成的沖擊，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備延長使用壽命的目的，就需要考慮對(duì)鏈傳動(dòng)的皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的。

2 幾種典型軟啟動(dòng)裝置及分析

在供料部實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常使用的這種能實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)軟啟動(dòng)的裝置主要有:液力耦合器、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)、變頻器、軟啟動(dòng)器。

1）液力耦合器。液力耦合器是在首鋼京唐公司供料部內(nèi)使用最多的一種裝置，絕大多數(shù)的皮帶機(jī)上都裝設(shè)了液力耦合器。它是一種軟聯(lián)結(jié)，能夠起動(dòng)性能進(jìn)行改善，對(duì)減少電動(dòng)機(jī)與負(fù)載起動(dòng)時(shí)的沖擊具有較大的作用，可以防止電動(dòng)機(jī)過載。但是，液力耦合器需要裝在電機(jī)與減速機(jī)之間，如果對(duì)現(xiàn)有的PM208皮帶機(jī)進(jìn)行改造，就需要由原來的平行放置改為直線水平連接，這樣涉及到要改動(dòng)皮帶機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，移動(dòng)皮帶機(jī)機(jī)架要進(jìn)行改造，電機(jī)、減速機(jī)等都需要重新固定安裝，改造的難度比較大。

2）繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)調(diào)試有轉(zhuǎn)子電路串接起動(dòng)電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速兩種。在供料部的干煤棚天車上有串接起動(dòng)電阻調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，這種方式，除了現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)改型，選用繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)，還要外接一個(gè)電阻箱，并且還要添加切電阻的控制裝置。一般情況下，在天車上由天車司機(jī)手動(dòng)切換電阻進(jìn)行調(diào)速控制。而如果要應(yīng)用到皮帶機(jī)改造上，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)沒有設(shè)置崗位人員，所有操作都由中控室遠(yuǎn)程操控，改造的話就需要加復(fù)雜的控制裝置，并且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣粉塵大，電阻箱裝到皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)容易積塵影響電阻使用壽命，需要定期清掃，這樣就增加了維護(hù)的工作量。如果將電阻箱裝到電氣室內(nèi)，電阻箱又會(huì)產(chǎn)熱，影響電氣室內(nèi)其他電氣設(shè)備?？偤涂紤]改造的難度與維護(hù)工作量，它也不適合改造使用。

3）變頻器。變頻器是現(xiàn)在最常用的一種性能先進(jìn)的電氣傳動(dòng)調(diào)速裝置。它通過使用電力電子器件，對(duì)電源進(jìn)行變頻。

異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速由下面的公式?jīng)Q定，

式中:n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；f為交流電源頻率；p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；n0為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度；s為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率。

通過公式（1）可以看出，通過變頻器，皮帶機(jī)能方便快捷地實(shí)現(xiàn)調(diào)速，也可以使皮帶在啟動(dòng)時(shí)平穩(wěn)順滑，受到的沖擊最小。但一般皮帶機(jī)都是按照恒速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)的，尤其PM208是噴煤系統(tǒng)最后一條皮帶，它的來料量是由上游皮帶決定的，上游皮帶帶速恒定，一般來料量也是固定的，所以最后一條皮帶就不能輕易的進(jìn)行變頻，否則就可能會(huì)出現(xiàn)皮帶被物料壓死、冒料等現(xiàn)象。再者，變頻器一般價(jià)格昂貴，只使用軟啟動(dòng)不調(diào)速就有點(diǎn)浪費(fèi)了。

軟啟動(dòng)器也是現(xiàn)在常用的電氣傳動(dòng)裝置。它是一種集軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)啟動(dòng)過程中無沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。

它的價(jià)格低于變頻器，且可以安裝到電氣室內(nèi)，不用再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，只需要對(duì)電氣室內(nèi)部分線路進(jìn)行改動(dòng)，適合對(duì)PM208皮帶機(jī)改造使用。

總體來說，進(jìn)行改造時(shí)選擇設(shè)備不一定要選最貴的，也不一定選最便宜的，要根據(jù)實(shí)際情況分析選擇最合適的。

3 改造過程

1）先利用供料部陳朝明創(chuàng)新工作室的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行理論驗(yàn)證，進(jìn)行試驗(yàn)接線。陳朝明創(chuàng)新工作室是供料作業(yè)部的一個(gè)職工創(chuàng)新工作室，工作室內(nèi)有供料部專業(yè)技術(shù)人員自行搭建的電氣試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)上有一整套的電氣控制線路，可以模擬現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備。因?yàn)樵O(shè)計(jì)在原有線路上加軟啟動(dòng)器，因此可以直接使用試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模擬。

2）因MCC柜內(nèi)沒有足夠空間加裝軟啟動(dòng)器，需制作裝軟啟動(dòng)器的電氣箱，利用舊電氣箱改造，焊接支撐電氣箱的架子，放置到E34電氣室。

3）利用PM208檢修停機(jī)時(shí)間進(jìn)行改造，將原來的E3+接觸器，改換成E3+軟啟動(dòng)器+接觸器，接線試車。改造之后的電氣原理圖如圖1。

圖1 改造之后的電氣原理圖

4）跟蹤現(xiàn)場(chǎng)使用情況，根據(jù)使用效果調(diào)整啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)。軟啟動(dòng)器內(nèi)需要設(shè)置電機(jī)的功率、額定電流等信息。啟動(dòng)時(shí)間原本設(shè)想盡量延長，達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)目的，最初啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為60 s，但現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)設(shè)有打滑保護(hù)，啟動(dòng)屏蔽時(shí)間為30 s，在限定時(shí)間內(nèi)如果皮帶機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，皮帶機(jī)上位機(jī)就會(huì)報(bào)打滑故障，然后停機(jī)，最終將啟動(dòng)時(shí)間也設(shè)成30 s，電機(jī)也能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)。

4 改造后效果與效益

改造之前，PM208電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，鏈條瞬間繃緊，沖擊極大，在現(xiàn)場(chǎng)能聽到明顯的沖擊異響，尤其時(shí)停機(jī)再反轉(zhuǎn)之后異響更大。經(jīng)過加軟啟動(dòng)器改造后，再啟動(dòng)時(shí)能看到鏈條明顯不再有瞬間緊繃現(xiàn)象，異響也消失了，達(dá)到了減少啟動(dòng)時(shí)沖擊的目的，這樣可以減少鏈條和減速機(jī)的損壞，延長使用壽命，節(jié)省修復(fù)時(shí)間。

經(jīng)濟(jì)效益方面，PM208減速機(jī)的價(jià)格為3.3萬元，改造之前每年需要更換兩次，進(jìn)行軟啟改造后，可以做到兩年下線一次，按照18 a使用壽命，每次修理費(fèi)按原價(jià)30%折算為1萬元進(jìn)行計(jì)算，可以節(jié)省的備件修理費(fèi)用為 1×2×18-1×0.5×18=27 萬元。

PM208的改造成功，可以為其他同形式的皮帶機(jī)提供借鑒，延長設(shè)備壽命，減少維護(hù)成本；同時(shí)，它還踐行了我們的職工創(chuàng)新工作室服務(wù)一線、服務(wù)生產(chǎn)的的宗旨。