长距离管带机多机可控驱动方案的对比研究及应用

赵国庆 王云龙 马小云 邱桃 谷显书

[摘    要] 对于多机驱动的大功率、长距离管带机，都必须采用出力可控的驱动方式，以实现启动加速度可控和多机功率平衡。文章主要对目前市场上典型的三种可控驱动方案进行對比研究，结合某公司承担的长距离管带机项目具体情况，择优选择一种可控驱动形式，要求该方案既能保证整机的平稳启动和功率动态平衡控制，又经济性最优。通过项目实际应用情况研究，该方案运行稳定可靠，取得了良好经济效益和社会效益。

[关键词] 管带机;可控启动;平衡控制;研究

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 23. 032

[中图分类号] F273    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）23- 0072- 02

0      引    言

在长距离、大功率的管带机设计计算过程中，如何合理选择管带机驱动方式是计算选型的关键，将直接影响高价值配套设备胶带的选型，也是后期能否正常稳定运行、维修费用大小和维修量多少的关键影响因素。因此，对多种可控软启动方式进行对比研究，再根据项目具体情况择优选择很有必要。

1      长距离、大功率管带机多机驱动控制要求

（1）能控制启动加速度，低加速度实现平稳起动，能根据胶带张力情况可控顺序启动，从而降低对输送带带强的要求。

（2）能长期低速稳定运行，满足低速验带和试运行调试纠扭。

（3）能够实现多电机驱动时的功率平衡，保证电机均衡分担负载，满足带式输送机恒转矩负载特性。

（4）具备良好的调速性能，以适应不同的生产率。

2      3种典型可控驱动方案分析与对比

2.1   高效电机+CST（行星减速机+湿式液压离合器+控制器）

CST是一个带有电-液反馈控制及齿轮减速机、在低速端装有湿式离合器的机电一体化驱动装置。工作时，通过控制器设置需要的加速曲线和启动时间。收到启动信号后，电机空转启动达到额定速度，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，将该速度信号与控制系统设定的加速度曲线进行比较，其差值用于调整反应盘压力，从而确保稳定的加速斜率，实现平滑启动。功率平衡控制是通过检测电机电流，PLC进行对比计算，再向CST控制器输入控制信号，调节压力盘比例控制阀，从而改变输出转矩，达到功率平衡控制目的。

2.2   变频电机+标准减速机+变频器

电机的转速与频率成正比，只要改变频率就可以改变电机的转速，变频调速就是通过改变电机电源频率实现速度调节的。变频器是针对电机控制研发的一种设备，一般通用型交流传动设备都是电压源型交-直结构。变频装置从启动到运行全程参与对电动机的控制，使电动机按照设定的参数长时间运转，也能实时调整运行参数，满足启动、调速、功率平衡控制等不同应用需求。

2.3   高效电机+调速型液力耦合器+标准减速机+专用电脑控制系统

调速型液力耦合器主要由泵轮、涡轮、工作室、油箱、进油室和回油室组成。调速型液力耦合器是以液体为介质，传递动力并实现无级调速的液力传动装置。一端直接连接在电机的输出端，另一端通过减速机拖动输送机运行。启机之前先使调速型液力耦合器的导流管插入最深处（以保证当输入轴高速旋转时输出轴转速为零），实现空载启动驱动电机，当电机转速达到额定转速后，通过电动执行器控制导流管缓慢拔出，从而带动输出轴由零速逐渐加速至额定转速，实现管带机的软启动。这种驱动结构在驱动输送机运行过程中，通过对耦合器工作室压力和液压油量的调整控制转速，从而达到控制输送带速度的目的。在停止驱动电机之前，先通过电动执行器控制导流管缓慢插入到最深处，输出轴由额定转速逐渐减速。当输出轴速度接近零速时，再停止驱动电机，实现管带机的软停车。功率平衡控制是通过检测电机电流，PLC进行对比计算，再向耦合器导流管步进电机输入比例控制信号，调节导流管开度，从而改变输出速度及转矩，达到功率平衡控制目的。

3种启动结构对比如表1所示。

通过三种典型可控驱动形式的分析对比，结合公司长距离管带机项目路线特性、环境、经济状况等因素，选择高效电机+调速型液力耦合器+标准减速机+专用电脑控制系统的可控驱动形式，经济可靠，综合指数高。

3      基于调速型液力耦合器多机驱动的应用研究

应用项目简介： 整个输送系统采用单路输送，由3条输送设备组成， 1条C1普通槽型皮带机，1条C2管状带式输送机（D400管径，机长2 400米），1条C3普通槽型皮带机，系统设计运量800 t/h，工艺如图1所示。

本文主要分析C2长距离管带机驱动应用情况，其整机参数如表2所示。

C2管带机由于输送线路较长，驱动方式采用头、尾驱布置形式，头尾相距较远。另外胶带具有一定的弹性、沿程阻力等，张力传递有一个滞后过程，可能存在胶带打滑现象，磨损胶带及驱动滚筒，因此必须保证头尾驱动可控启动，且启动和运行功率平衡。

该项目基于调速型液力耦合器多机启动控制的应用研究：

①将调速型液力耦合器执行机构的开度调为零，相关辅助设备检查按设计投入;②头部电机空载启动，按设计计算设置头部耦合器速度，控制加速度曲线;③头部胶带缓慢启动，控制头部耦合器开度，延时，根据尾部胶带张力检测值，实时投入尾部电机，并设置调速型液力耦合器调速速度跟随，按出力分配自动控制调速型液力耦合器勺杆开度;④根据启动预设速度梯度，循环上述步骤，每个阶段根据验带要求及运行情况设置延时;⑤待胶带达到额定速度后，自动切换投入功率平衡模式。

该项目基于调速型液力耦合器多机功率平衡控制的应用研究：

①设计人员采用专用电脑控制系统中的PLC控制器实时采集头、尾驱动电机的功率，然后分别通过头、尾驱动功率计算模块进行数据计算和比较，与预设参数进行比对实时输出控制调节信号;②当功率变化率Pη≤-5% （实际功率小于平均功率）时，PLC控制器输出4～20mA模拟量信号，通过电动执行机构控制液力耦合器导流管缓慢拔出，控制输出轴速度逐渐增加，驱动功率相应增大，从而实现功率平衡调节的目的;③当功率变化率Pη≥5%（实际功率大于平均功率）时，电动执行机构控制导流管缓慢插入，输出轴速度逐渐减小，驱动功率相应减小，从而实现长距离管带机多机驱功率平衡。

通过机长2 000多米的管带机实际应用研究表明，可控启动时胶带冲击基本可以忽略不计（拉紧重锤启动时基本稳定在一个位置不变），启动后，通过实时功率平衡控制，各机出力相当，且不同工况下维持稳定，重载时实际总功率为选型总功率一半，由此功率不平衡系数亦可忽略不计，这对延长设备寿命特别是胶带寿命和节约用电提供了可靠保证，得到业主赞誉。

4      结    论

通过分析，3种可控启动方案各有优缺点，具体选择哪种启动方式，还需根据项目实际情况，从技术经济、业主要求、环境状况等多方面研究，最终选择最理想的驱动方式。从应用效果来看，高效电机+调速型液力耦合器+标准减速机+专用电脑控制系统的方式综合性能更优，更贴合以胶带为媒介的柔细连续输送设备驱动特性，安全边际更高，经济性更好，应是长距离、大功率、多机驱动管带机首选驱动方式。

主要参考文献

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