變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機(jī)在采區(qū)巷的應(yīng)用

蘭易軍

（山西西山煤電股份有限公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203）

下組煤采區(qū)位于礦區(qū)南翼，面積約8.84 km2。預(yù)計生產(chǎn)能力1.2 Mt/a，推算其月生產(chǎn)能力100 kt/m，每月按生產(chǎn)27.5天計算，生產(chǎn)能力為3636 t/d。采區(qū)采用“四六制”工作制度，年工作日330 d。下組煤采區(qū)本著系統(tǒng)安全，布置合理，易于管理，投入少，產(chǎn)量大的原則優(yōu)化設(shè)計，為使運(yùn)輸系統(tǒng)簡化，盡量少安皮帶驅(qū)動，減少不必要的崗位，需在下組煤采區(qū)運(yùn)輸大巷布置一部膠帶輸送機(jī)，要求膠帶輸送機(jī)3000 m長，且運(yùn)輸量大，設(shè)備啟?？刂菩阅芎茫筛鶕?jù)需要調(diào)整運(yùn)行速度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動，液力耦合器、液粘軟啟、CST等方式進(jìn)行軟啟動，以上軟啟動存在傳動效率低、啟動電沖擊及機(jī)械沖擊大、無法功率平衡等問題，造成了系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；皮帶、托輥和軟啟裝置損耗嚴(yán)重，維修及維護(hù)成本高，存在較多安全隱患。

因此，下組煤采區(qū)皮帶大巷需安裝鋼絲芯膠帶輸送機(jī)一部，輸送機(jī)全長3000 m。新安裝的強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)啟動方式建議采用變頻調(diào)速控制，和其它軟起動方式比較，采用變頻器對交流異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在各種負(fù)荷情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等控制功能，低頻低速運(yùn)行時，不僅直接節(jié)省大量的電能，各轉(zhuǎn)動部件因?yàn)檗D(zhuǎn)速的降低減小了磨損和發(fā)熱，節(jié)約大量材料。優(yōu)良的啟停性能不僅能滿足特殊情況下的滿載低電流、大扭矩啟動，還可預(yù)防普通啟停方式，因機(jī)械及電流沖擊造成的設(shè)備及部件故障，延長設(shè)備使用壽命，減少維修工作量。尤其對鋼絲芯膠帶硫化接頭的保護(hù)效果特別好，大大延長了膠帶的使用壽命，節(jié)約了大量資金。

1 選型設(shè)計

1.1 選型依據(jù)

根據(jù)礦井開拓布置可知，下組強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)水平鋪設(shè)長度約3340 m，巷道平均坡度為1.91°，提升高度111.3 m。

1.2 輸送量確定

膠帶輸送機(jī)主要擔(dān)負(fù)礦井下組煤采區(qū)一個回采工作面和兩個順槽掘進(jìn)面的原煤運(yùn)輸任務(wù)，其輸送量為Q=660 t/h。

1.3 膠帶輸送機(jī)小時輸送能力的確定

本次設(shè)計下組煤皮帶選用帶寬B=1000 mm的膠帶輸送機(jī)，帶速為v=3.15 m/s。傾斜系數(shù)K=0.85、堆積角θ=20°、槽角λ=30°時，輸送帶上物料的最大截面積S=0.11267m2時，根據(jù)ISO5048式，輸送機(jī)的小時運(yùn)量為977.5 t/h，由此可見當(dāng)帶寬B=1000 mm、v=3.15 m/s時， 滿足660 t/h生產(chǎn)能力的要求。

1.4 選型及計算

（1） 原始資料

輸送原煤粒度0～300 mm，散密度：ρ=0.9 t/m3，輸送量：Q=660 t/h，提升高度：H=111.3 m從尾部至頭部輸送距離：L=3340 m，從尾部至頭部平均傾角：α=1.91°。

（2） 選型計算

輸送帶上每米物料的質(zhì)量：q=58.2 kg/m；承載分支托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q1=15.5 kg/m。回程分支托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：q2=5 kg/m；輸送帶質(zhì)量：q0=39 kg/m；阻力系數(shù)ω=0.037重力加速度：g=9.8m/s2。

① 功率計算：

主要阻力：F1=181722 N；傾斜阻力：F2=63481 N；總圓周力：P=245203 N。

軸功率計算：N0=772 kW；電動機(jī)功率：N=1003.6 kW（K=1.3考慮傳動效率）。

② 防滑驗(yàn)算：

傳動滾筒圍包角：α1=210°α2=210°。

滾筒摩擦系數(shù)：μ=0.25 （包膠、空氣潮濕）、軟起動取K=1。

則：滾筒S1×K/S2=1.0＜=2.5eμα1

故滾筒圍包角足夠，摩擦力滿足傳動要求。

③ 強(qiáng)度驗(yàn)算：

經(jīng)過驗(yàn)算安全系數(shù)為10＞9，所以強(qiáng)度滿足要求。

（3） 選型結(jié)果

B=1000 m，Q=660 t/h，v=3.15 m/s，L=3340，H=111.3 m，從尾部至頭部平均傾角：α=1.91°。

驅(qū)動方式采用頭部雙傳動滾筒、三電機(jī)變頻啟動的驅(qū)動方式。主電機(jī)型號：YBBP4002-4；電機(jī)功率：400 kW；減速器型號：M3RSF90；傳遞功率：400 kW；速比：31.5。

考慮以后機(jī)械化程度逐漸增高，故采用DTL100/90/3×400S型膠帶輸送機(jī)。

1.5 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

運(yùn)輸能力：Q=900 t/h； 帶寬：B=1000 mm；帶速：v=3.15 m/s；輸送長度：L=3246 m；提升高度：H=114.27 m；主電機(jī)功率配比：Pb=2:1；電壓等級：U=1140 V；驅(qū)動總功率：3×400 kW（機(jī)頭集中驅(qū)動）；輸送帶：ST/S2500-1000(8+7.2+8)；輸送帶重量：39 kg/m；驅(qū)動滾筒位置：頭部（另設(shè)卸載滾筒）；傳動滾筒直徑：D=1280 mm；張緊方式：液壓自動張緊。

2 現(xiàn)場安裝

2.1 機(jī)架的安裝

（1）機(jī)頭、機(jī)尾架安裝

依據(jù)設(shè)計在皮帶機(jī)巷標(biāo)定巷道中心線、皮帶中心線、皮帶安裝腰線，在機(jī)頭機(jī)尾架固定位置找平巷道底板按要求開挖基礎(chǔ)，澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)并預(yù)留基礎(chǔ)螺栓孔，基礎(chǔ)經(jīng)養(yǎng)護(hù)充分凝固后方可開始設(shè)備安裝。安裝時，先將設(shè)備底座擺放至設(shè)計位置使用墊鐵配合測量工具對設(shè)備各部位找中找平找直，對照設(shè)備底座和預(yù)留孔位置穿好地基螺栓并帶螺帽，開始二次灌漿。二次灌漿前要對底座、基礎(chǔ)螺栓和基礎(chǔ)孔進(jìn)行全面的除油、除銹、除雜物和積水，灌漿時要充分?jǐn)嚢枘?，保證混凝土基礎(chǔ)施工質(zhì)量。待水泥沙漿找平層充分凝固后，開始對機(jī)頭、機(jī)尾各部位的安裝進(jìn)行精調(diào)微調(diào)，確保安裝技術(shù)要求合格。

（2）中間架安裝

對中間架進(jìn)行安裝前，可先將中間架各部件提前沿巷道擺放，同時組織技術(shù)員再次核對巷道中標(biāo)定的皮帶中心線，確保機(jī)頭機(jī)尾的直線度符合要求，在中心線上每隔20 m做定位標(biāo)記掛鉛垂線，由于巷道有變坡點(diǎn)造成底板起伏，因此中間架安裝前還要對巷道變化地段的腰線進(jìn)行調(diào)整，使皮帶機(jī)的平直度符合要求。中間架安裝時，從頭至尾參照垂線點(diǎn)拉線安裝，時刻保持中心線三點(diǎn)一線，皮帶“H”支架擺放搭接時一定要按照腰線及時調(diào)整高度，“H”支架兩側(cè)頂部的連線要保持水平并于皮帶中心線垂直，架子底座固定牢固，發(fā)現(xiàn)“H”支架兩側(cè)出現(xiàn)前后錯差時要及時查明原因并調(diào)整。安裝托輥時，要注意先裝底托輥，待底皮帶鋪展后再安槽形托輥架及上托輥，最后鋪展上皮帶。

2.2 膠帶鋪設(shè)

（1）膠帶的硫化碼放

此次安裝鋪設(shè)的新膠帶單卷長度約為250 m，共28卷皮帶，提前在下組煤皮帶機(jī)尾選定皮帶的硫化接頭地點(diǎn)并搭設(shè)施工工棚兩處，搭好工作平臺，用于硫化膠帶接頭。安裝皮帶前，要將所有膠帶下放至下組煤皮帶巷機(jī)尾，膠帶的碼放工作與皮帶硫化接口交替進(jìn)行。將所要鋪設(shè)的膠帶硫化接成一條長約3500 m （1#為上皮帶）和一條長約3500 m（2#為底皮帶）的二條整帶，并對每一接頭進(jìn)行編號。利用機(jī)尾滾筒前方317 m處22 kW慢速絞車全部展開，膠帶碼放在下組煤皮帶巷皮帶機(jī)中心線上。

（2）膠帶鋪展

待皮帶機(jī)架及底托輥安裝完畢未安裝上托輥架前，開始自機(jī)尾向機(jī)頭方向鋪展3500 m 2#底皮帶，拉移膠帶采用皮帶機(jī)頭45 kW慢速絞車一次從機(jī)尾拉移至機(jī)頭方案。確保機(jī)頭一臺45 kW慢速絞車牽引繩備夠3000 m（鋼絲繩每根為1000m，沿機(jī)架中心線擺放，鋼絲繩采用插接法連接），將繩頭采用專用卡具與膠帶頭可靠聯(lián)接，安裝并規(guī)定好信號聯(lián)系方式，撤出牽引鋼絲繩波及段人員后，由專人指揮開動機(jī)頭絞車?yán)鼓z帶，開動絞車時如鋼絲繩張力突然增大要及時停車查找原因并處理；機(jī)尾設(shè)一臺45 kW慢速絞車備夠牽引繩400 m，繩頭與機(jī)頭絞車牽引繩繩頭可靠連接形成對拉，在機(jī)頭絞車滾筒繩纏滿后幫助松繩倒鉤再次牽引。重復(fù)上述步驟，直致2#皮帶被拉展，底皮帶牽引至機(jī)頭位置后，用絞車將膠帶頭拉回至跑車改向滾筒后方碼放整齊。安裝完上托輥架和上托輥，再次利用機(jī)頭45 kW雙速絞車將1#上皮帶沿輸送機(jī)上機(jī)架拉展至指定位置，拉移方法如上。

（3）上下膠帶連接

待1#上皮帶拉移至機(jī)頭卸載滾筒后20 m處，先將機(jī)頭的上下膠帶進(jìn)行硫化連接，最后在距下組煤皮帶機(jī)尾6 m處硫化最后一個膠帶接頭，完成全部膠帶的連接，接頭要保證質(zhì)量，封口前必須效驗(yàn)皮帶長度。 皮帶全部接好以后，最后張緊皮帶、進(jìn)行皮帶機(jī)整機(jī)調(diào)試。

3 設(shè)備特點(diǎn)

3.1 變頻驅(qū)動

（1）防爆變頻調(diào)速裝置

礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器 （以下簡稱變頻器）是全數(shù)字變頻器，適用于交流50 Hz、電壓660 V/1140 V供電系統(tǒng)、三相交流異步電動機(jī)的調(diào)速控制，具有啟動轉(zhuǎn)矩大、啟停平穩(wěn)等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)交流異步電動機(jī)在各種負(fù)載情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等功能，徹底消除機(jī)械及電氣沖擊，延長設(shè)備使用壽命。使用多臺變頻器拖動同一負(fù)載時，各變頻器之間可以自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多臺變頻器之間的動態(tài)功率平衡，可與主控臺共同構(gòu)成全數(shù)字、高性能的變頻帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)。

（2）自我診斷與保護(hù)功能

該防爆變頻器具有完善的自我診斷能力，可在線監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，能夠自動診斷斷相、欠壓、過流、過載等故障。故障發(fā)生時，變頻器自動采取相應(yīng)的措施，并保存故障狀態(tài)，幫助維護(hù)人員迅速找到故障原因，排除故障。

（3）電壓控制與限流功能

變頻器具有寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內(nèi)電網(wǎng)條件，并且能夠根據(jù)電壓反饋，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響，保護(hù)電機(jī)免受電壓過高而導(dǎo)致的絕緣損傷。同時啟動瞬間及運(yùn)行時電流、力矩恒定不變（正常硬啟動時瞬間啟動電流是運(yùn)行電流的5～7倍），避免了對開關(guān)自身電子元件的損壞，同時也減少了對電網(wǎng)的沖擊。當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

4應(yīng)用效果

4.1 實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)軟起動

下組煤3000 m長的鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)運(yùn)用變頻器對皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，將電機(jī)的軟起動和皮帶機(jī)的軟起動合二為一，通過電機(jī)的慢速起動，帶動皮帶機(jī)緩慢起動，使皮帶張緊裝置緩慢均勻受力及時調(diào)節(jié)皮帶所需張緊力，將皮帶機(jī)在起動時上帶因載荷形成的巨大張力均勻的傳遞到下帶，沒有沖擊沒有打滑，幾乎對皮帶不造成損害。

4.2 降低設(shè)備的維護(hù)量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同時，利用變頻器的軟起動功能實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟起動，起動過程中對機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的故障；低頻低速運(yùn)行時，各機(jī)械轉(zhuǎn)動部件角速度和線速度均有所降低，磨擦減緩，溫升減慢，相應(yīng)的配件材料維修保養(yǎng)損耗也就減小，減少了人工，各類成本都有所降低。

4.3 方便皮帶檢修

采用變頻調(diào)速后，可將皮帶機(jī)運(yùn)行速度降到很慢，解決了以前由于皮帶機(jī)運(yùn)行速度過快而難于檢修皮帶的問題，提高了皮帶的檢修效率；變頻器可以控制皮帶停車時瞬間停止，緩沖距離較短，在使用皮帶機(jī)運(yùn)輸物料卸料、掐皮帶找接頭卡子或出現(xiàn)緊急情況等需要在指定位置停車時，給現(xiàn)場操作帶來了很大便利，也提高了安全系數(shù)。

4.4 節(jié)約能源

通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運(yùn)行，特別是采區(qū)準(zhǔn)備前期和布置準(zhǔn)備工作面掘送巷道期間，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動后，參考現(xiàn)場煤量大小適時調(diào)整頻率和皮帶運(yùn)行速度，考慮轉(zhuǎn)速比與功率的三次方關(guān)系以及功率因數(shù)的提高，結(jié)合現(xiàn)場儀表顯示數(shù)值看，降低工頻約1/3后，電機(jī)輸出功率約降至額定功率的1/4，功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大減少了電能損耗。

5 社會、經(jīng)濟(jì)效益

按照一年運(yùn)行360天，每天運(yùn)行16小時，非變頻啟動電量約為622萬度。使用變頻器可以根據(jù)電機(jī)不同的負(fù)荷工況進(jìn)行匹配的能量輸入，相對于非變頻可節(jié)約平均60%的電能，約為373.2萬度。

6 結(jié)語

在本煤礦中使用變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機(jī)，通過上述數(shù)據(jù)的分析可以知道，這種輸送機(jī)在采區(qū)集中大巷的使用能夠節(jié)約電能和生產(chǎn)成本，有利于煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。在本文中，對設(shè)備的具體安裝進(jìn)行介紹，并且提及了變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機(jī)的主要特點(diǎn)和使用性能，最后從經(jīng)濟(jì)效益、能源節(jié)約、檢修維護(hù)等方面對設(shè)備的使用效果進(jìn)行了評價，說明變頻控制鋼絲芯膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用確實(shí)發(fā)揮了一定的積極作用。