矿用带式输送机的常用驱动模式及技术特点分析

丛培霞

(神华宁夏煤业集团 白芨沟煤矿，宁夏 石嘴山 753003)

0 引言

带式输送机作为一种连续输送设备，主要用于碎散物料、成件物品的输送，与其他运输设备(如提升类)相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等的特点，易于实现自动化和集中化控制，被广泛应用在煤炭、冶金、电厂、化工、矿山、港口等领域。

1 直接起动

直接起动是将电动机的定子直接接入电网，电机定子可获得全网的全电压。直接起动的起动线路是最简单的，具有高起动电流、高起动转矩、起动时间最短和装置价格低等特点，然而这种起动方法有许多不足。感应电机在额定电压下起动，其输入电流值常为铭牌值(额定电流)5至6倍。这种突如其来的过大电流，在加速的那一段持续的时域内，由于机械惯性，以及与之耦合的机械负载特性的联合作用，将会导致很高的温升，以致毁坏电动机。更加不利的后果则是，在馈线上产生较大的电压降，而对临近的其他电气设备造成不利的影响。在一般情况下，只有直接起动时的起动电流在电网中引起的电压降落不超过10%-15%(对于经常起动的电动机取10%，对于不经常起动的电动机取15%)，才允许直接起动。

2 限矩型液力耦合器驱动系统

液力耦合器是德国人于1905年首创的。液力耦合器是利用液力来传递功率(力矩)的装置，采用液力耦合器传动可使驱动装置的机械特性变软，从而改善机器的起动性能，增大起动力矩。因为电动机可以空载起动，因而可以缩短电动机的起动时间。

限矩型液力耦合器能够限制超载力矩使其升至一定范围后不再升高，从而保护电动机。它的特点是运转前充入一定量的工作液体，在运转期间，其充液量不能改变。同一型号的液力耦合器所传递的功率随充液量变化而不同，充液量越多，传递功率就越大。根据运行功率的需要，充液率(腔体中实际充液量与腔体总容积的比值)可在40%-80%内选定。限矩型液力耦合器设有辅助腔，运行时辅助腔中可存有部分液体，因而工作腔内的充液量可在一定范围内变化，从而使其性能发生变化液力耦合器具有过载保护作用，能改善电动机的起动工况，减少工作机构的冲击和振动现象，减轻系统的动载荷，并使多电机传动的负荷分配趋于均衡，实现带式输送机的软起动与功率平衡，解决了同步性问题。并且价格低廉，性价比高，国内重型带式输送机比较多地应用这种控制驱动方式。但限矩型液力耦合器仅有缓冲作用，只能起到“软”起动作用，不能实现可控传动。

3 调速型液力耦合器驱动系统

调速型液力耦合器主要由液力耦合器、电动执行器、稀油润滑装置与油箱等组成。其工作原理是利用液态传动介质来传递动力，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，达到输送机的可控软起动。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入液态传动介质液。当导流管处于最里边位置时，进入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，而进入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，就可使带式输送机按照设定速度曲线平稳起动。

采用调速型液力耦合器控制方法：

(1)实现电机空载起动，能利用其尖峰力矩作起动力矩，提高其起动能力，缩短了电动机起动时间，而使皮带滞后于电机缓慢起动；

(2)功率平衡达±5%；

(3)起动加速度 0.1-0.3m/s2；

(4)隔离扭矩，减缓冲击，防止动力过载，保护电机及带式输送机主要部件，不会因过载而损坏；

(5)结构简单可靠，无机械磨损，能在环境恶劣条件下工作，无需特殊保护，使用寿命长，运营费用低，易于实现输送机的自动控制；

(6)能实现多机顺序起动，减少对外界电网的冲击；

(7)操作维护简单，工人易于掌握，备品备件方便。

然而，由于调速型液力耦合器为工业通用性产品，不是使用在带式输送机上的专用产品，对大功率长距离带式输送机采用调速型液力耦合器驱动的控制没有达到较为满意的性能指标及精度要求，而且当单机功率大于500kW时，调速型液力耦合器则不能满足工况要求。

4 CST起动模式

CST可控驱动系统是美国道奇?利兰斯电气公司开发生产的一种专用于大型、重载带式输送机的驱动系统，是带有电--液反馈控制及齿轮减速器，在低速轴端装有线性、湿性离合器的机电一体化的高技术驱动系统。典型的CST系统由以下部分组成：机械传动系统；电--液控制系统；风冷热交换器；油泵系统；冷却控制系统。其工作原理是根据实际情况，可通过控制器设置所需要的加速度曲线和起动时间。在收到起动信号后，电动机空载起动，达到额定速度后，液压系统开始增加离合器反应盘系统的压力。当反应盘相互作用时，其输出力矩将与液压系统的压力成正比。设在输出轴上的速度传感器，检测出转速并反馈给控制系统，该速度信号将与控制系统设定的加速度曲线比较，其差值将用于调整反应盘压力，从而确保稳定的加速度斜率。

采用CST驱动装置控制方法的优点：

(1)起动平稳，可实现S型曲线起动；

(2)可调速度10%-99%；

(3)传动效率可达85%；

(4)保护功能齐全；

(5)功率平衡精度范围可达±2%；

(6)其起动系数为1左右，所选择胶带的强度可降低30%左右。

CST驱动装置的缺点：

(1)调速系统与减速器合为一体，体积大，安装不便；

(2)实现多点驱动电动机平衡时，某些液体粘性离合器将始终处于边界润滑的半制动状态，此时制动器中的摩擦片之间无法形成完整的油膜，摩擦片之间不可避免地直接接触打滑，造成摩擦片的磨损，从而缩短其使用寿命；

(3)系统为机、电液一体化，复杂且维护困难，备品备件依赖进口，后期运行成本高；

(4)在软起动和调速过程中，发热量大，传动效率低。

5 变频起动

变频调速的基本原理就是根据电机转速与工作电源频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源的频率来达到改变电机转速的目的，公式如下：

n=60f（1-s）/p

式中：n为电动机转速；f为工作电源频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数。

变频调速装置主要由功率器件(IGBT)、绝缘栅极可控晶体管、控制器与电抗器组成。其工作原理是通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极，使进入功率器件的交流电源的频率发生变化。由上式可知，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的时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳的起动，达到输送机的可控起动。从技术的角度来看，电动机的变频调速是实现大型机械设备软起动和无级调速比较理想的方法之一。

变频器调速优点：

(1)真正实现了带式输送机系统的软起动；

(2)实现带式输送机多电机驱动时的功率平衡；

(3)降低设备的维护量；

(4)节能。

6 结束语

总之，带式输送机一般都是以固定速度运行，所以带式输送机驱动电机做功效率就会降低，耗费大量电能，增加企业的生产成本。降低带式输送机的生产电耗已经成为企业迫切需要解决的问题。

［1］姚锡禄.变频器控制技术入门与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2009.

［2］赵玉文，李云海.带式输送机的现状与发展趋势[J].煤矿机械，2004（4）：1-3.