变频控制钢丝芯胶带输送机在采区巷的应用

兰易军

（山西西山煤电股份有限公司 镇城底矿，山西 太原 030203）

下组煤采区位于矿区南翼，面积约8.84 km2。预计生产能力1.2 Mt/a，推算其月生产能力100 kt/m，每月按生产27.5天计算，生产能力为3636 t/d。采区采用“四六制”工作制度，年工作日330 d。下组煤采区本着系统安全，布置合理，易于管理，投入少，产量大的原则优化设计，为使运输系统简化，尽量少安皮带驱动，减少不必要的岗位，需在下组煤采区运输大巷布置一部胶带输送机，要求胶带输送机3000 m长，且运输量大，设备启停控制性能好，可根据需要调整运行速度，达到节能降耗的目的。传统胶带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器、液粘软启、CST等方式进行软启动，以上软启动存在传动效率低、启动电冲击及机械冲击大、无法功率平衡等问题，造成了系统运行不经济；皮带、托辊和软启装置损耗严重，维修及维护成本高，存在较多安全隐患。

因此，下组煤采区皮带大巷需安装钢丝芯胶带输送机一部，输送机全长3000 m。新安装的强力胶带输送机启动方式建议采用变频调速控制，和其它软起动方式比较，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可以实现电机在各种负荷情况下的平滑启动、调速、停车等控制功能，低频低速运行时，不仅直接节省大量的电能，各转动部件因为转速的降低减小了磨损和发热，节约大量材料。优良的启停性能不仅能满足特殊情况下的满载低电流、大扭矩启动，还可预防普通启停方式，因机械及电流冲击造成的设备及部件故障，延长设备使用寿命，减少维修工作量。尤其对钢丝芯胶带硫化接头的保护效果特别好，大大延长了胶带的使用寿命，节约了大量资金。

1 选型设计

1.1 选型依据

根据矿井开拓布置可知，下组强力胶带输送机水平铺设长度约3340 m，巷道平均坡度为1.91°，提升高度111.3 m。

1.2 输送量确定

胶带输送机主要担负矿井下组煤采区一个回采工作面和两个顺槽掘进面的原煤运输任务，其输送量为Q=660 t/h。

1.3 胶带输送机小时输送能力的确定

本次设计下组煤皮带选用带宽B=1000 mm的胶带输送机，带速为v=3.15 m/s。倾斜系数K=0.85、堆积角θ=20°、槽角λ=30°时，输送带上物料的最大截面积S=0.11267m2时，根据ISO5048式，输送机的小时运量为977.5 t/h，由此可见当带宽B=1000 mm、v=3.15 m/s时， 满足660 t/h生产能力的要求。

1.4 选型及计算

（1） 原始资料

输送原煤粒度0～300 mm，散密度：ρ=0.9 t/m3，输送量：Q=660 t/h，提升高度：H=111.3 m从尾部至头部输送距离：L=3340 m，从尾部至头部平均倾角：α=1.91°。

（2） 选型计算

输送带上每米物料的质量：q=58.2 kg/m；承载分支托辊旋转部分质量：q1=15.5 kg/m。回程分支托辊旋转部分质量：q2=5 kg/m；输送带质量：q0=39 kg/m；阻力系数ω=0.037重力加速度：g=9.8m/s2。

① 功率计算：

主要阻力：F1=181722 N；倾斜阻力：F2=63481 N；总圆周力：P=245203 N。

轴功率计算：N0=772 kW；电动机功率：N=1003.6 kW（K=1.3考虑传动效率）。

② 防滑验算：

传动滚筒围包角：α1=210°α2=210°。

滚筒摩擦系数：μ=0.25 （包胶、空气潮湿）、软起动取K=1。

则：滚筒S1×K/S2=1.0＜=2.5eμα1

故滚筒围包角足够，摩擦力满足传动要求。

③ 强度验算：

经过验算安全系数为10＞9，所以强度满足要求。

（3） 选型结果

B=1000 m，Q=660 t/h，v=3.15 m/s，L=3340，H=111.3 m，从尾部至头部平均倾角：α=1.91°。

驱动方式采用头部双传动滚筒、三电机变频启动的驱动方式。主电机型号：YBBP4002-4；电机功率：400 kW；减速器型号：M3RSF90；传递功率：400 kW；速比：31.5。

考虑以后机械化程度逐渐增高，故采用DTL100/90/3×400S型胶带输送机。

1.5 设备主要技术参数

运输能力：Q=900 t/h； 带宽：B=1000 mm；带速：v=3.15 m/s；输送长度：L=3246 m；提升高度：H=114.27 m；主电机功率配比：Pb=2:1；电压等级：U=1140 V；驱动总功率：3×400 kW（机头集中驱动）；输送带：ST/S2500-1000(8+7.2+8)；输送带重量：39 kg/m；驱动滚筒位置：头部（另设卸载滚筒）；传动滚筒直径：D=1280 mm；张紧方式：液压自动张紧。

2 现场安装

2.1 机架的安装

（1）机头、机尾架安装

依据设计在皮带机巷标定巷道中心线、皮带中心线、皮带安装腰线，在机头机尾架固定位置找平巷道底板按要求开挖基础，浇筑钢筋混凝土基础并预留基础螺栓孔，基础经养护充分凝固后方可开始设备安装。安装时，先将设备底座摆放至设计位置使用垫铁配合测量工具对设备各部位找中找平找直，对照设备底座和预留孔位置穿好地基螺栓并带螺帽，开始二次灌浆。二次灌浆前要对底座、基础螺栓和基础孔进行全面的除油、除锈、除杂物和积水，灌浆时要充分搅拌凝固，保证混凝土基础施工质量。待水泥沙浆找平层充分凝固后，开始对机头、机尾各部位的安装进行精调微调，确保安装技术要求合格。

（2）中间架安装

对中间架进行安装前，可先将中间架各部件提前沿巷道摆放，同时组织技术员再次核对巷道中标定的皮带中心线，确保机头机尾的直线度符合要求，在中心线上每隔20 m做定位标记挂铅垂线，由于巷道有变坡点造成底板起伏，因此中间架安装前还要对巷道变化地段的腰线进行调整，使皮带机的平直度符合要求。中间架安装时，从头至尾参照垂线点拉线安装，时刻保持中心线三点一线，皮带“H”支架摆放搭接时一定要按照腰线及时调整高度，“H”支架两侧顶部的连线要保持水平并于皮带中心线垂直，架子底座固定牢固，发现“H”支架两侧出现前后错差时要及时查明原因并调整。安装托辊时，要注意先装底托辊，待底皮带铺展后再安槽形托辊架及上托辊，最后铺展上皮带。

2.2 胶带铺设

（1）胶带的硫化码放

此次安装铺设的新胶带单卷长度约为250 m，共28卷皮带，提前在下组煤皮带机尾选定皮带的硫化接头地点并搭设施工工棚两处，搭好工作平台，用于硫化胶带接头。安装皮带前，要将所有胶带下放至下组煤皮带巷机尾，胶带的码放工作与皮带硫化接口交替进行。将所要铺设的胶带硫化接成一条长约3500 m （1#为上皮带）和一条长约3500 m（2#为底皮带）的二条整带，并对每一接头进行编号。利用机尾滚筒前方317 m处22 kW慢速绞车全部展开，胶带码放在下组煤皮带巷皮带机中心线上。

（2）胶带铺展

待皮带机架及底托辊安装完毕未安装上托辊架前，开始自机尾向机头方向铺展3500 m 2#底皮带，拉移胶带采用皮带机头45 kW慢速绞车一次从机尾拉移至机头方案。确保机头一台45 kW慢速绞车牵引绳备够3000 m（钢丝绳每根为1000m，沿机架中心线摆放，钢丝绳采用插接法连接），将绳头采用专用卡具与胶带头可靠联接，安装并规定好信号联系方式，撤出牵引钢丝绳波及段人员后，由专人指挥开动机头绞车拉展胶带，开动绞车时如钢丝绳张力突然增大要及时停车查找原因并处理；机尾设一台45 kW慢速绞车备够牵引绳400 m，绳头与机头绞车牵引绳绳头可靠连接形成对拉，在机头绞车滚筒绳缠满后帮助松绳倒钩再次牵引。重复上述步骤，直致2#皮带被拉展，底皮带牵引至机头位置后，用绞车将胶带头拉回至跑车改向滚筒后方码放整齐。安装完上托辊架和上托辊，再次利用机头45 kW双速绞车将1#上皮带沿输送机上机架拉展至指定位置，拉移方法如上。

（3）上下胶带连接

待1#上皮带拉移至机头卸载滚筒后20 m处，先将机头的上下胶带进行硫化连接，最后在距下组煤皮带机尾6 m处硫化最后一个胶带接头，完成全部胶带的连接，接头要保证质量，封口前必须效验皮带长度。 皮带全部接好以后，最后张紧皮带、进行皮带机整机调试。

3 设备特点

3.1 变频驱动

（1）防爆变频调速装置

矿用隔爆兼本质安全型交流变频器 （以下简称变频器）是全数字变频器，适用于交流50 Hz、电压660 V/1140 V供电系统、三相交流异步电动机的调速控制，具有启动转矩大、启停平稳等特点，能实现交流异步电动机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等功能，彻底消除机械及电气冲击，延长设备使用寿命。使用多台变频器拖动同一负载时，各变频器之间可以自动调节，实现多台变频器之间的动态功率平衡，可与主控台共同构成全数字、高性能的变频带式输送机电控系统。

（2）自我诊断与保护功能

该防爆变频器具有完善的自我诊断能力，可在线监控系统运行状态，能够自动诊断断相、欠压、过流、过载等故障。故障发生时，变频器自动采取相应的措施，并保存故障状态，帮助维护人员迅速找到故障原因，排除故障。

（3）电压控制与限流功能

变频器具有宽广的输入电压范围，更适合国内电网条件，并且能够根据电压反馈，自动调节输出电压，使其不受电网电压和负载变化的影响，保护电机免受电压过高而导致的绝缘损伤。同时启动瞬间及运行时电流、力矩恒定不变（正常硬启动时瞬间启动电流是运行电流的5～7倍），避免了对开关自身电子元件的损坏，同时也减少了对电网的冲击。当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。

4应用效果

4.1 实现胶带输送机软起动

下组煤3000 m长的钢丝绳芯胶带输送机运用变频器对皮带运输机进行驱动，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，使皮带张紧装置缓慢均匀受力及时调节皮带所需张紧力，将皮带机在起动时上带因载荷形成的巨大张力均匀的传递到下带，没有冲击没有打滑，几乎对皮带不造成损害。

4.2 降低设备的维护量

变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现皮带运输机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的故障；低频低速运行时，各机械转动部件角速度和线速度均有所降低，磨擦减缓，温升减慢，相应的配件材料维修保养损耗也就减小，减少了人工，各类成本都有所降低。

4.3 方便皮带检修

采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，提高了皮带的检修效率；变频器可以控制皮带停车时瞬间停止，缓冲距离较短，在使用皮带机运输物料卸料、掐皮带找接头卡子或出现紧急情况等需要在指定位置停车时，给现场操作带来了很大便利，也提高了安全系数。

4.4 节约能源

通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，特别是采区准备前期和布置准备工作面掘送巷道期间，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，参考现场煤量大小适时调整频率和皮带运行速度，考虑转速比与功率的三次方关系以及功率因数的提高，结合现场仪表显示数值看，降低工频约1/3后，电机输出功率约降至额定功率的1/4，功率因数达0.9以上，大大减少了电能损耗。

5 社会、经济效益

按照一年运行360天，每天运行16小时，非变频启动电量约为622万度。使用变频器可以根据电机不同的负荷工况进行匹配的能量输入，相对于非变频可节约平均60%的电能，约为373.2万度。

6 结语

在本煤矿中使用变频控制钢丝芯胶带输送机，通过上述数据的分析可以知道，这种输送机在采区集中大巷的使用能够节约电能和生产成本，有利于煤矿企业经济效益的提升。在本文中，对设备的具体安装进行介绍，并且提及了变频控制钢丝芯胶带输送机的主要特点和使用性能，最后从经济效益、能源节约、检修维护等方面对设备的使用效果进行了评价，说明变频控制钢丝芯胶带输送机的应用确实发挥了一定的积极作用。