青山礦產(chǎn)主斜井帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置的選用

胡 冰

（北方重工集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

1 概況

青山礦產(chǎn)設(shè)計(jì)年產(chǎn)量100萬(wàn)噸，經(jīng)方案比較選用帶式輸送機(jī)作為主提升設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)為：

傾 角β=25°， 斜 長(zhǎng)L=1200m， 帶 速V=2m/s， 帶 寬B=1000mm，帶強(qiáng)st3500，運(yùn)量Q=350t/h，其傳動(dòng)布置方式見(jiàn)圖1，成槽角采用四托輥組成60°槽角，張緊采用尾部重錘張緊，傳動(dòng)裝置選用XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置。

圖1 主斜井帶式輸送機(jī)傳動(dòng)布置方式圖

2 傳動(dòng)裝置的選用

2.1 選用原則

鑒于本輸送機(jī)為大傾角輸送，為降低起動(dòng)過(guò)程的動(dòng)張力并減少滾料的可能，確定采用軟起動(dòng)裝置，而軟起動(dòng)裝置的選用須考慮以下幾個(gè)原則：

（1）有良好的軟起動(dòng)性能，起動(dòng)過(guò)程中有較小且合理的起動(dòng)加速度，以減小起動(dòng)動(dòng)載荷和減少滾料。

（2）有較大的帶載起動(dòng)能力，以使輸送機(jī)能夠帶載起動(dòng)。

（3）過(guò)載保護(hù)能力，防止輸送機(jī)的功率和力矩超過(guò)安全限度，保護(hù)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件。

（4）多電機(jī)的功率平衡能力，防止輸送機(jī)功率分配不均衡而引起燒毀電動(dòng)機(jī)事故。

（5）電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)或提供驗(yàn)帶速度。

（6）工作的高可靠性。

2.2 現(xiàn)有軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置分類

現(xiàn)有軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置主要由兩類：一類是機(jī)械調(diào)節(jié)型軟起動(dòng)裝置，利用調(diào)整機(jī)械系統(tǒng)某些參數(shù)達(dá)到軟起動(dòng)目的。機(jī)械調(diào)節(jié)式軟起動(dòng)裝置又分為滑差調(diào)節(jié)型和行星差速型?；钫{(diào)節(jié)型的代表產(chǎn)品如調(diào)速型液力偶合器和液粘離合器，行星差速型的代表產(chǎn)品如美國(guó)Dodge公司的CST產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)的XCQ行星軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置；另一類是電氣調(diào)節(jié)型軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置，即基于改變電動(dòng)機(jī)電源參數(shù)的軟起動(dòng)設(shè)備，代表產(chǎn)品有調(diào)壓型軟起動(dòng)器和變頻軟起動(dòng)器。

2.3 現(xiàn)有軟起動(dòng)傳動(dòng)裝置的性能分析

（1）軟起動(dòng)性能。軟起動(dòng)性能的好壞取決于速度曲線的設(shè)定及實(shí)現(xiàn)能力。速度曲線設(shè)定應(yīng)使起動(dòng)過(guò)程的加速度值較小，而尤其在于加速度數(shù)值的影響。資料給出了某一特定對(duì)象下的組合拋物線、等加速、梯形加速度起動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷仿真計(jì)算，見(jiàn)表1。由表1看出在起動(dòng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，起動(dòng)加速度已經(jīng)比較小，速度的曲線形狀對(duì)動(dòng)載荷的影響并不大，說(shuō)明了加速度突變的影響并不大。

表1 起動(dòng)方式的比較

變頻軟起動(dòng)裝置屬于速度控制型設(shè)備，通過(guò)頻率變化調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的輸出力矩將自動(dòng)平衡負(fù)載力矩。該裝置在恒力矩負(fù)載下有很好的速度控制性能。

機(jī)械軟起動(dòng)裝置屬于力矩控制型設(shè)備，只有控制了輸出力矩，才能控制速度，這與變頻調(diào)速型有根本區(qū)別。因此機(jī)械軟起動(dòng)裝置的力矩控制能力就決定了其軟起動(dòng)性能的優(yōu)劣。根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械軟起動(dòng)裝置使用效果看，CST有很好的軟起動(dòng)效果。

（2）帶載起動(dòng)能力。只要軟起動(dòng)設(shè)備的力矩輸出滿足要求就能起動(dòng)輸送機(jī)并完成加速過(guò)程。電調(diào)壓型軟起動(dòng)設(shè)備由于其力矩輸出與電壓平方成正比，故帶載能力極差，一般不能用于大傾角輸送。其他各種軟起動(dòng)設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)。

（3）過(guò)載保護(hù)能力。變頻調(diào)速器的過(guò)載保護(hù)是通過(guò)限制負(fù)荷電流實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電流超過(guò)某一值時(shí)報(bào)警或停機(jī)，液粘離合器和行星差速器是通過(guò)控制摩擦元件的正壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，正壓力一定時(shí)，負(fù)載加大則摩擦元件打滑。

液力偶合器在額定充液量時(shí)，過(guò)載系數(shù)決定了它的保護(hù)性能，其不能大于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)，否則將不能起到保護(hù)作用。

（4）多電機(jī)的功率平衡問(wèn)題。受各種因素的影響，產(chǎn)生了功率不平衡問(wèn)題，功率不平衡差異有時(shí)達(dá)30%還多，致使電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載。解決功率不平衡問(wèn)題的方法是控制驅(qū)動(dòng)裝置的力矩輸出，只要電動(dòng)機(jī)的力矩輸出不超過(guò)其額定值就不會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)。對(duì)于調(diào)速型液力偶合器由于額定滑差有3%～4%，這一滑差值將使功率不平衡度得到極大改善；對(duì)于其它機(jī)械軟起動(dòng)裝置通過(guò)使整體產(chǎn)生3%～4%的滑差或局部（過(guò)載驅(qū)動(dòng)單元）調(diào)節(jié)滑差也能取得相應(yīng)效果。但作為機(jī)械軟起動(dòng)裝置其在小滑差狀態(tài)下的力矩控制精度決定了功率平衡的精度。機(jī)械類軟起動(dòng)裝置功率平衡時(shí)的滑差變化極小，因此這時(shí)的滑差功耗對(duì)散熱影響并不大。

變頻軟起動(dòng)裝置是通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)特性曲線，實(shí)際上是降低了大出力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)功率平衡的。其頻率調(diào)節(jié)精度或者轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度決定了功率平衡精度。它與機(jī)械軟起動(dòng)裝置的力矩控制實(shí)質(zhì)是不同的。

根據(jù)估算電動(dòng)機(jī)功率超過(guò)其額定值30%時(shí)進(jìn)行調(diào)整，其頻率變化也不超過(guò)1HZ。

現(xiàn)在采用變頻驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)有兩種運(yùn)行方式，非防爆變頻器一般采用在線運(yùn)行方式，防爆變頻器一般采用非在線運(yùn)行方式，原因是變頻器在線工作時(shí)的功耗依然很大，據(jù)有關(guān)資料介紹，一般為10%左右，這一功耗需通過(guò)熱管散熱，當(dāng)采用非在線運(yùn)行時(shí)，將難以進(jìn)行功率平衡。

（5）電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)分別延時(shí)空載起動(dòng)的目的是限制電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)電流和線路電流，所有機(jī)械類軟起動(dòng)裝置均可實(shí)現(xiàn)。而電軟起動(dòng)裝置的功能之一就是限制起動(dòng)電流，故雖不能完成空載起動(dòng)依然能達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的。

（6）驗(yàn)帶速度。大型輸送機(jī)特別是主斜井用的鋼絲繩芯輸送機(jī)需要低速驗(yàn)帶功能，低速驗(yàn)帶的速度一般為0.3m/s～0.5m/s。作為變頻軟起動(dòng)設(shè)備，其調(diào)速范圍較大足以滿足這一要求，而且調(diào)速時(shí)的功率并不大，功耗較小。調(diào)壓軟起動(dòng)設(shè)備當(dāng)電壓較低時(shí)，力矩較小，不能達(dá)此目標(biāo)。機(jī)械類軟起動(dòng)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)這一速度調(diào)節(jié)及控制，但均是以吸收滑差功率、并將滑差功率轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)出來(lái)實(shí)現(xiàn)低速驗(yàn)帶功能。在此我們不妨估算一下驗(yàn)帶時(shí)的功耗。

以帶強(qiáng)st2500，帶寬B=1000，運(yùn)距L=1200m，托輥直徑φ133，驗(yàn)帶速度V′=0.3m/s正常運(yùn)轉(zhuǎn)速度V=2.5m/s為例，空載時(shí)驅(qū)動(dòng)力：

式中：F′—空載時(shí)驅(qū)動(dòng)力；

CN—附加阻力系數(shù)；

f—運(yùn)行阻力系數(shù)；

qt—運(yùn)載、回空托輥組轉(zhuǎn)動(dòng)部分單位長(zhǎng)度質(zhì)量和；

q0—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量。

空載時(shí)負(fù)載功率：N′=F′V′=10.8KW。

液力偶合器及滑差離合器類軟起動(dòng)設(shè)備，不計(jì)及滑差速度影響時(shí)空載時(shí)電動(dòng)機(jī)功率：

N電機(jī)=（F′ /η）×v=97.8（KW）

式中：η：傳動(dòng)裝置效率，η=0.92。

滑差損失N0=N電機(jī)-N=87（KW）。

注意到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的帶速越高，其滑差損失越大。

這一功率相當(dāng)于傳動(dòng)效率為η=0.92，總功率為1087KW的驅(qū)動(dòng)裝置的正常傳動(dòng)消耗，這一數(shù)值還是很大的。因此滑差類軟起動(dòng)裝置一般不能進(jìn)行驗(yàn)帶傳動(dòng)，此時(shí)應(yīng)考慮低速微托裝置。

行星差速軟起動(dòng)裝置的驗(yàn)帶功耗與滑差類軟起動(dòng)設(shè)備相同。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]變，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的力矩關(guān)系沒(méi)變，故電動(dòng)機(jī)功率仍為97.8KW，滑差損失仍為87KW而消耗在行星差速機(jī)構(gòu)的第三軸上，這一結(jié)論可通過(guò)理論推導(dǎo)證明。