链条传动皮带机软启动改造

王玉恒

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司， 河北 唐山 063200）

首钢京唐公司供料部有多条皮带机使用链条传动，即电机通过减速机减速后通过链条来驱动皮带机的驱动滚筒。这种驱动方式多用于驱动功率不大的可逆式移动皮带机，如给焦化上煤的JM203皮带机，给高炉上喷吹煤的PM208皮带机，都是使用的这种链条传动方式，这种结构安装结构简单，维护难度低，更换电机减速机不需要严格进行找正对中。

但是在实际使用中，因为皮带机需要频繁的换仓对位，皮带机在各仓位之间进行移动，相应的下料口位置也会发生变动，这样就需要链条来回的在正反转之间进行切换。切换过程中电机需要停机再重新启动反转，链条带动减速机轴受到很大的冲击力，容易造成机械损伤。例如，PM208皮带机就多次发生过减速机断轴，因PM系统属于单线，且PM208皮带机所处位置在喷煤仓顶层，位置很高，一旦发生减速机断轴，不易抢修，严重时还可能造成喷吹煤仓位低，甚至造成断料，因此需要对这种链条传动方式进行改造。

1 问题分析

链条传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点:与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动的缺点主要有:仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷[1]、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。

而皮带机的负载是一种典型的恒转矩负载，且带式输送机不可避免地要带负荷起、制动（满载起动和停车）[2]。综合分析链条传动优缺点及皮带机负载特性，在需要频繁切换起停的皮带机上使用链条传动就不太适合。这种情况下，为了使皮带机能够平稳地启动，减少启动时对设备造成的冲击，从而达到保护设备延长使用寿命的目的，就需要考虑对链传动的皮带机驱动系统进行改造，使其能够实现上述目的。

2 几种典型软启动装置及分析

在供料部实际生产中，经常使用的这种能实现皮带机软启动的装置主要有:液力耦合器、绕线转子电动机、变频器、软启动器。

1）液力耦合器。液力耦合器是在首钢京唐公司供料部内使用最多的一种装置，绝大多数的皮带机上都装设了液力耦合器。它是一种软联结，能够起动性能进行改善，对减少电动机与负载起动时的冲击具有较大的作用，可以防止电动机过载。但是，液力耦合器需要装在电机与减速机之间，如果对现有的PM208皮带机进行改造，就需要由原来的平行放置改为直线水平连接，这样涉及到要改动皮带机机械结构，移动皮带机机架要进行改造，电机、减速机等都需要重新固定安装，改造的难度比较大。

2）绕线转子电动机。绕线转子电动机调试有转子电路串接起动电阻调速和串级调速两种。在供料部的干煤棚天车上有串接起动电阻调速的电动机，这种方式，除了现场电机改型，选用绕线转子电机，还要外接一个电阻箱，并且还要添加切电阻的控制装置。一般情况下，在天车上由天车司机手动切换电阻进行调速控制。而如果要应用到皮带机改造上，因为现场没有设置岗位人员，所有操作都由中控室远程操控，改造的话就需要加复杂的控制装置，并且现场环境恶劣粉尘大，电阻箱装到皮带机现场容易积尘影响电阻使用寿命，需要定期清扫，这样就增加了维护的工作量。如果将电阻箱装到电气室内，电阻箱又会产热，影响电气室内其他电气设备。总和考虑改造的难度与维护工作量，它也不适合改造使用。

3）变频器。变频器是现在最常用的一种性能先进的电气传动调速装置。它通过使用电力电子器件，对电源进行变频。

异步电机的转速由下面的公式决定，

式中:n为电动机转速；f为交流电源频率；p为电动机极对数；n0为定子旋转磁场速度；s为转子的转差率。

通过公式（1）可以看出，通过变频器，皮带机能方便快捷地实现调速，也可以使皮带在启动时平稳顺滑，受到的冲击最小。但一般皮带机都是按照恒速转动设计的，尤其PM208是喷煤系统最后一条皮带，它的来料量是由上游皮带决定的，上游皮带带速恒定，一般来料量也是固定的，所以最后一条皮带就不能轻易的进行变频，否则就可能会出现皮带被物料压死、冒料等现象。再者，变频器一般价格昂贵，只使用软启动不调速就有点浪费了。

软启动器也是现在常用的电气传动装置。它是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装置，可以实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。

它的价格低于变频器，且可以安装到电气室内，不用再对现场设备进行改动，只需要对电气室内部分线路进行改动，适合对PM208皮带机改造使用。

总体来说，进行改造时选择设备不一定要选最贵的，也不一定选最便宜的，要根据实际情况分析选择最合适的。

3 改造过程

1）先利用供料部陈朝明创新工作室的试验台进行理论验证，进行试验接线。陈朝明创新工作室是供料作业部的一个职工创新工作室，工作室内有供料部专业技术人员自行搭建的电气试验台，试验台上有一整套的电气控制线路，可以模拟现场的电气设备。因为设计在原有线路上加软启动器，因此可以直接使用试验台进行模拟。

2）因MCC柜内没有足够空间加装软启动器，需制作装软启动器的电气箱，利用旧电气箱改造，焊接支撑电气箱的架子，放置到E34电气室。

3）利用PM208检修停机时间进行改造，将原来的E3+接触器，改换成E3+软启动器+接触器，接线试车。改造之后的电气原理图如图1。

图1 改造之后的电气原理图

4）跟踪现场使用情况，根据使用效果调整启动转矩、启动时间等参数。软启动器内需要设置电机的功率、额定电流等信息。启动时间原本设想尽量延长，达到平稳启动目的，最初启动时间设定为60 s，但现场皮带机设有打滑保护，启动屏蔽时间为30 s，在限定时间内如果皮带机未达到额定转速，皮带机上位机就会报打滑故障，然后停机，最终将启动时间也设成30 s，电机也能实现平稳启动。

4 改造后效果与效益

改造之前，PM208电机启动时，链条瞬间绷紧，冲击极大，在现场能听到明显的冲击异响，尤其时停机再反转之后异响更大。经过加软启动器改造后，再启动时能看到链条明显不再有瞬间紧绷现象，异响也消失了，达到了减少启动时冲击的目的，这样可以减少链条和减速机的损坏，延长使用寿命，节省修复时间。

经济效益方面，PM208减速机的价格为3.3万元，改造之前每年需要更换两次，进行软启改造后，可以做到两年下线一次，按照18 a使用寿命，每次修理费按原价30%折算为1万元进行计算，可以节省的备件修理费用为 1×2×18-1×0.5×18=27 万元。

PM208的改造成功，可以为其他同形式的皮带机提供借鉴，延长设备寿命，减少维护成本；同时，它还践行了我们的职工创新工作室服务一线、服务生产的的宗旨。