长距离胶带输送系统的起动驱动装置的选型

皖北煤电集团有限公司 张家兵

1.前言

多点变坡长距离带式输送机兼有坡度多和输送距离长的双重特点，坡度多则输送机具体运行工况复杂多变，输送距离长则对输送带强度和输送机驱动方案的确定要求较高，该输送机带宽1200mm，水平输送距离3100m，机头机尾垂高74.5m，运量1650t/h，带速3.15m/s，本文根据此实例具体介绍多点变坡长距离带式输送机的软启动、软制动选型过程。

2.几种主要软启动方式

适合于长距离皮带机的软启动方式有：智能永磁直驱系统、变频调速、基于变频的液体粘性软起动装置、调速型液力耦合器，CST可控传输装置，以上五种在长皮带上都有应用，各有特点，以下结合矿山工况逐一分析对比，选取适合的软启动方式，服务于矿山适应当前机电管理要求。

2.1 变频调速

变频器控制原理是：通过改变电机工作电源频率方式来控制电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

1、变频器的软起动系统具有较好的性能，调节精度高,响应速度快的优点，2、同时变频器的软起动一个起动初始频率，一般在3—5Hz，在此频率下可以达到额定的输出力矩，而此之前，力矩是达不到设计力矩的，因此起动时，输送机有一个突然加速的过程，必须保证在此频率时变频器具有1.5倍的输出转矩才能将输送机起动起来。3、对于恒转矩特性的皮带机来说重载起动是正要指标，起动力矩不达标时，胶带机无法重载起车。

2.2 调速型耦合器

工作原理：调速型液力偶合器通过电动执行器调节勺管的插入深度改变工作液体的充液量来实现起动力矩可控；工作轮泵轮从电机上获得机械能，并通过泵轮旋转转换为液力能，推动涡轮旋转，涡轮再把液力能转换为机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，实现原动机与工作机之间能量传递。

优点：1、单机起动性能不错，满足电机空载起动要求；2、隔离扭矩，减缓冲击，防止过载。

缺点：1.液力偶合器在正常工作时，一般有3—5%的滑差，浪费大量的能量，杜绝用于下运工况，必须水冷；2.调速型液力偶合器在起动过程中始终存在一个不稳定的过渡区；3.调速型液力偶合器的体积较大，系统控制性能和控制精度较差，功率平衡差。

2.3 液体粘性软起动装置

液粘软起动装置工作原理是利用液体的粘性来传递扭矩。机械本体结构由主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、箱体及密封件等组成。当主动轴带动主动摩擦片旋转时，摩擦片之间的粘性流体形成液体薄膜带动从动摩擦片旋转，通过调整控制油缸中的液压大小来调节主、从动摩擦片之间的液体薄膜厚度，从而改变从动轴的输出转速和转矩的大小，实现机械设备的可控。

1、液体粘性软起动装置具有恒转矩输出特性，而且可以实现低速大扭矩输出，完全适应大功率输送机带载起动的需要，这一点，电气降压软起动和调速型液力偶合器是很难实现的。

2、液体粘性软起动装置起动完成后，输入和输出轴可以实现1：1传动，效率接近100%。

3、基于变频控制的液粘软起动装置大大增加液压系统的抗脏能力，从而大大减少维护频次。

4、整体机构比较繁杂。

2.4 可控启动传输装置CST

可控启动传输装置CST是一种液粘类软起动装置，它由行星轮系减速器和低速轴湿式离合器（液粘）组成一体的可控启动传输装置，采用了一个位于齿轮箱输出轴侧的湿式离合器系统，使电机能够在无负载的条件下启动。离合器系统包括一套摩擦片(动片)和静片，靠油压推动环形活塞，当液压油对活塞施压时，离合器片齿合，使输出轴转动，并在预订的控制时间内逐渐加速到额定转速。

1、启动调速性能好，能够按照设定曲线起动，满足皮带机启动要求，

2、集中驱动功率平衡控制不错，

3、低速运行会产生大量热量，需实时冷却，

4、安装清洁度高，日常维护成本高，需专用油。

图1 山东欧瑞安永磁直驱电机剖面图

2.5 智能永磁直驱系统

电机通过增加电机极对数，降低转速，提高转矩，从而实现电机直驱，无齿轮驱动负载，智能直驱电机：1、传动系统简单，无齿轮减速机构，高效节能、安全可靠，安装简单，空间小；2、模块化设计—维护简捷，自诊断能力好，通过数据比对及时发现设备潜在问题，做好故障处理预案；3、起动扭矩大—能恒定输出额定负载转矩2.2-2.8倍的起动转矩，彻底解决重载起动难的问题，同样由变频拖动，异步电机与永磁电机比较，永磁电机转子无需励磁电流，低频状态依然可提供大转矩；4、智能化数字化—真正实现智能化矿山控制，方便无人值守；5、功率平衡功能，根据需要分配多机间载荷，避免单机过载，解决多级驱动与多点驱动问题。6、整体重量高不便搬运（见图1）。

各种软启动综合性能比较如下表所示：

功能 液粘 变频 CST 调速型偶合器 永磁直驱软起动特性 好 好 好 较好 好功率平衡 好 好 好 一般 好传动效率 高 高 高 低 高可靠性 较好 较好 较好 一般 高体积 小 中 大 中 小运行成本 中 高 高 低 低投资成本 中 高 高 中 高维护难度 较小 较大 较大 较小 小节能情况 中 中 中 差 好

带宽1200mm，水平输送距离3100m，机头机尾垂高74.5m，运量1650t/h，带速3.15m/s，考虑到永磁直驱起动效果好，水平皮带，胶带安全系数可略低，6左右，故胶带可选ST1600。

首先确定传动滚筒转速：

v—皮带机带速，取3.15m/s；

D—传动滚筒直径，取1000mm；

输送机总的牵引力：

Fu=S4-S1+0.03(S4+S1)+WN=227364N

满载电动工况下需要的轴功率：

P=FU`V=716kW

负载设备驱动转矩（富裕系数k，取1.1）：

综上所示，根据工况要求及电动机额定转矩≥驱动转矩的原则，考虑到不同皮带机驱动系统的互换性，可选用3台额定转矩应大于41798N ● m的矿用隔爆型永磁同步变频电动机，电机型号为TBVF-450/64YC(660/1140)。

综上所述对于有变频应用经验的业主，并且有节能要求业主，以及有无人值守方向要求业主，经过客户使用现场考察，最终确认智能永磁直驱系统是比较理想的选择。

[1]于岩,李维坚.运输机械设计[M].徐州：中国矿业大学出版社,1998.

[2]唐任远.现代永磁电机[M].机械工业出版社.

[3]孙可文.带式输送机的传动理论与设计计算[M].北京：煤炭工业出版社.