带式输送机慢速启动及多机驱动功率平衡调节系统的研究

李东林

摘 要：本文所研究的带式输送机慢速启动及多机驱动功率平衡调节系统，采用调速型液力偶合器配上闭环调节电控系统的方案，经过实验室试验，即可实现慢速启动又能自动调节各电机的负荷使之趋于平衡，其调节精度达到5%，满足了生产上的要求。现对此系统的工作原理、特点、试验结果以及推广应用作扼要的论述。

关键词：带式输送机 慢速启动 多机驱动 功率平衡

中图分类号：TD634.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0171-02

带式输送机大多采用交流鼠笼式电机驱动。如果直接启动，由于加速度较大，使传动元件及胶带承受较大的动负荷，影响其使用寿命。大倾角上运输送机启动时，物料所受的惯性力与重力的倾斜分力同向，加速度过大会引起物料下滑或滚料。可伸缩带式输送机的储带仓中各层胶带之间的间距较小，如启动加速度过大，张紧装置不能及时张紧，造成下胶带挠度过大，相邻胶带相碰，速度方向相反，形成打带现象，导致胶带磨损快，寿命短，传动不平稳，可靠性差。因此，需要实现慢速启动，可以解决上述的问题。

大功率带式输送机通常采用多滚筒，等功率多电机驱动，它有利于系列化，便于制造、搬运、维修等优点。而且由于围包角大，可使胶带最大张力减小，但是采用多电机驱动需解决各电机负荷均衡的问题，以充分发挥输送机的工作能力，避免偏载烧电机事故。

本文所研究的带式输送机慢速启动及多机驱动功率平衡调节系统，采用调速型液力偶合器配上闭环调节电控系统的方案，经实验室试验，既可实现慢速启动又能自动调节各电机的负荷使之趋于平衡。其调节精度达到5%，满足了生产上的要求。本文对此系统的工作原理、特点以及试验结果作扼要的论述。

1 影响功率平衡的几个主要因素

1.1 各驱动电机外特性曲线的差异

根据“中小型电机技木条件”规定，电机额定转差率的允差为±20%，按此，可计算出额定转速下两电机负载力矩的极限差值，两者功率差可达41.7%。

1.2 驱动滚筒直径的差别

由于制造误差及使用过程中受力大小不同等原因使磨损量不同（采用包胶滚筒时，磨损量差别较大），两驱动滚筒的直径就有差别。如图1所示，如果滚筒I的直径较大，在带速相同时其转速必较小，因而驱动此滚筒的电机承受较大的负载力矩。反之，驱动滚筒直径较小者，其转速必较高，电机的负载力矩则较小。

1.3 各驱动滚筒处胶带受力大小不同使胶带弹性伸长率不同

如图1所示，滚筒Ⅱ处的胶带张力比滚筒I处大，胶带由大张力处绕至小张力处，由于弹性变形减少而收缩，因而在稳定运行时滚筒I的转速较低，其电机的负载力矩较大。

以上几个因素如叠加在一起，即处于较小张力处的驱动滚筒，直径较大且上特性较硬的电机，其负载必然较大甚至导致偏载烧电机的事故。此外，还有其他偶然因素，如驱动滚筒粘上杂物等也导致功率不平衡。

2 本系统的工作过程及特点

慢速启动的工作过程如下。

输送机的负载确定后，启动前偶合器不充油，启动时供油泵才开始供油，通过电气调节装置操纵杓管外移，使充油量逐渐增大，耦合器的输出力矩也相应增大，适当控制勺管外移速度，即可调节输送机启动角加速度的大小，使输送机的启动加速度限制在0.1～0.3 m/s2范围内。

由于泵轮可超前于涡轮快速启动，所以电机启动时大电流持续时间很短，发热量不大，对电网的冲击也不大。涡轮启动时间较长，此时偶合器在效率低的工况下运转，发热量大，但是由于调速型液力偶合器采用了外循环冷却装置，仍能保证油温不超过限定值。

图2为多电机驱动功率平衡控制系统框图，其工作原理如下。

电机l和电机2分别通过偶合器1和偶合器2共同驱动一台胶带机，如果电机l的功率大于电机2的功率，则电流信号电压Ul>U2，因信号电压平均值UP=（Ul+U2）/2，所以U3=U1-UP>0，通过l号比较放大器及触发器操纵l号伺服电机转动，使勺管改变立置，减少偶合器1的充油量，把输出力矩减小，从而使电机1的功率下降。同时，由于U4=U2-UP<0，通过2号比较放大器及触发器操纵2号伺服电机反转，使勺管反向移动，增大偶合器2的充油量，把输出力矩增大，从而使电机2的功率上升，这样就可使两台电动机的功率趋于平衡。达到平衡状态时两台伺服电机均停止转动。假如出现U2>U1时，则动作情况与上述相反。

本系统的特点如下。

（1）各电机可顺序分别空载启动，对电网冲击不大。

（2）调节勺管外移速度，可使启动加速度限制在预定范围内，确保启动的平稳性。

（3）由于在输送机运转过程中不断地进行闭环调节，所以能克服固定因素及偶然因素引起的功率不平衡。保证在各种工况下的功率平衡精度。

3 试验结果

为了测定电机外特性的差异及传动滚筒直径的差别对功率平衡的影响，测定本系统所能达到的功率平衡精度，在试验台进行了对比试验。

3.1 测定由于外特性不同引起的功率不平衡

试验结果为同样的电机在额定输出扭矩下，不接液力耦合器电气调节装置时，转差值较大的电机负载较小，输出功率较小，转差值较小的电机负载较大，输送功率也较大，功率不平衡系数最大可达26.7%；同样的电机在额定输出扭矩下，连接液力耦合器电气调节装置时，电机的输送功率大小相当，功率不平衡系数最大仅为4.4%。

3.2 测定由于传动轮直径不同所引起的功率不平衡

试验结果为外特性相同的两电机，驱动较大传动轮的电机负载较大，输出功率较大；驱动较小传动轮的电机负载较小，输出功率也较小。在传动轮直径相差5 mm（一个是φ600；另一个是φ605）的情况下，不接电气调节装置时，功率不平衡系数最大可达27.7%，连接电气调节装置后，功率不平衡系数最大仅为1.68%。

3.3 测定由于传动轮直径不同与外特性不同两者叠加所引起的功率不平衡

多机驱动中传动轮直径较大者负载较大，外特性较硬者负载较大，两个因素叠加将引起更大的功率不平衡。试验结果为在相同情况下，不接电气调节装置时不平衡系数的最大值为41.15%，接上电气调节装置则下降到6.25%，在额定功率附近，不平衡系数值仅为1.75%～4%。

根据以上的测试结果可以得出如下结论：多机驱动时，电机外特性有差异，传动轮直径有差别是引起功率不平衡的主要因素，当外特性差异达到允许的最大值40%，而且传动轮直径相差5 mm（一个是φ600，另一个是φ605）的情况下，如不接电气自动调节装置，两电机的功率不平衡系数可高达41.15%，在同样条件下，如接上电气自动调节装置，可保证在额定功率时两电机的功率不平衡系数在4%以下。由此可见，应用本系统能充分发挥各电机的能力，防止偏载烧电机事故。本系统能在运转过程中自动调节多机驱动的功率平衡，因此，无论是固定因素或者是偶然因素引起的功率不平衡均可随时得到调节，以保证一定的功率平衡精度，比只适用于调节固定因素的方法（如调节绕线式电机转子的电阻值或限矩型液力偶合器的充油量等），精度高且安全可靠。

此外，在试验台的传动系统中，加上飞轮来代替带式输送机的惯量，进行过慢速启动试验，改变勺管外移速度，可改变启动加速度的大小，达到了预期的效果。

4 推广应用的现况及前景

本系统的主要部件，XGB-I型电机功率平衡自动控制器（隔爆型），DKJ型防爆电动执行器、YKD型应力调速装置，可满足单机功率300 kW以下的两台4极电机功率平衡的需要，如胶带输送机为3～4台电机驱动时，可使用两台控制器，以这些电机的电流平均值作为比较基准，调节其功率平衡。

本系统已应用于驱动功率达4×200=800 kW的长距离带式输送机及2×220=440 kW的大倾角上运带式输送机中解决慢速启动及功率平衡问题。

本系统如应用于钢缆胶带输送机，可以取代差动包，其依据是对阳泉四矿铜缆胶带输送机进行过工业性试验测定，差动包调节精度为5%，本系统也能达到此精度。省掉差动包，就简化了传动系统，缩小体积，减轻重量，便于制造，为推广交流拖动的钢缆胶带输送机排除了一个主要障碍。交流传动比直流传动投资少，可靠性高，具有较大的技术经济意义。

参考文献

[1] 杨锐.液粘传动性能研究[J].传动技术，2004（3）.

[2] 邓永胜，宋伟刚，赵琛.双滚筒传动带式输送机的电动机功率平衡[J].东北大学学报：自然科学版，2000（5）.

[3] 张以都.液体粘性软启动过渡过程的研究[J].机械科学与技术，2002（2）.

[4] 郭永存.头部双滚筒分别驱动胶带输送机电机功率配比的研究[J].煤矿机械，1995（3）.

[5] 张以都，张启先.液体粘性软启动装置的启动特性研究[J].北京航空航天大学学报，2002（5）.