1、前言
由于
帶式輸送機(jī)具有運(yùn)行可靠、連續(xù)、高效、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代散狀物料連續(xù)輸送的主要設(shè)備。據(jù)有關(guān)資料介紹，在德國(guó)，帶式輸送機(jī)最高帶速已超過(guò)15m/s，萊茵褐煤礦有限公司福爾圖納露天礦使用了日挖24萬(wàn)m3的斗輪挖掘機(jī)，其上的帶式輸送機(jī)帶寬2.8m，帶速7.4m/s，運(yùn)量為37 500t/h。在法國(guó)，輸送機(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度已達(dá)15 km，高差達(dá)1 km，單滾筒的驅(qū)動(dòng)功率達(dá)1050 kW，設(shè)計(jì)帶速達(dá)8.4m/s，每臺(tái)年運(yùn)量為4億t。最近又成功地制造出運(yùn)量為25000t/h的大型帶式輸送機(jī)。在澳大利亞某采礦場(chǎng)，輸送機(jī)單機(jī)長(zhǎng)達(dá)30.4 km。在鹿特丹某礦山，多機(jī)串聯(lián)運(yùn)距長(zhǎng)達(dá)206km，由17條輸送機(jī)組成。目前我國(guó)的帶式輸送機(jī)也正在向長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量、大功率方向發(fā)展。起動(dòng)問(wèn)題是帶式輸送機(jī)、尤其是大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅關(guān)系到輸送機(jī)的起動(dòng)性能，而且還影響其經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)外都是采用可控起動(dòng)技術(shù)來(lái)解決輸送機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題。
2、可控起動(dòng)技術(shù)
大型帶式輸送機(jī)的起動(dòng)，要求在一段足夠的時(shí)間內(nèi)，起動(dòng)加速度保持在允許范圍內(nèi)。運(yùn)距越長(zhǎng)、帶速越高、輸送量越大，起動(dòng)時(shí)間就需越長(zhǎng)，假如沒(méi)有足夠的起動(dòng)時(shí)間，輸送帶初張力會(huì)下降，最大時(shí)可下降50%左右，因此會(huì)喪失輸送帶保持正常傳動(dòng)所需的張力比，造成輸送帶在傳動(dòng)滾筒上打滑而不能起動(dòng)。起動(dòng)是一個(gè)加速過(guò)程，加速度值由零增到最大又下降至零，輸送帶發(fā)生粘彈性變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生動(dòng)張力。當(dāng)帶速越高、起動(dòng)時(shí)間越短時(shí)，起動(dòng)加速度與輸送帶變形就越大，動(dòng)張力也就越大，造成巨大的瞬時(shí)沖擊，導(dǎo)致輸送帶與其他元部件損壞。可控起動(dòng)就是在設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)控制輸送帶起動(dòng)加速度值，來(lái)確保輸送機(jī)按所要求的起動(dòng)速度曲線(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)，并達(dá)到額定速度，同時(shí)使起動(dòng)電流與起動(dòng)動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。可控起動(dòng)時(shí)輸送帶張力波動(dòng)極小，起動(dòng)平穩(wěn)。起動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)加速度應(yīng)根據(jù)帶速、運(yùn)距、輸送量等參數(shù)來(lái)確定，根據(jù)我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，起動(dòng)加速度不得大于0.3m/S2。采用可控起動(dòng)，可使輸送帶初張力下降減少（小于10%），保證輸送帶不打滑。可控起動(dòng)技術(shù)是大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，已成為帶式輸送機(jī)技術(shù)是否先進(jìn)的標(biāo)志之一。通過(guò)電控與可控起動(dòng)裝置組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)完成帶式輸送機(jī)的可控起動(dòng)。選擇可控起動(dòng)裝置，除了考慮技術(shù)性能外，還必須考慮其經(jīng)濟(jì)合理性。
3、軟起動(dòng)的主要形式及其性能分析
近幾年，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了多種形式的軟起動(dòng)裝置，主要有：(1)液粘性軟起動(dòng)裝置，如澳大利亞的BOSS系統(tǒng)、美國(guó)的CST等；(2)液力型軟起動(dòng)裝置，如調(diào)速型液力偶合器、加長(zhǎng)后輔腔液力偶合器等；(3)電氣型軟起動(dòng)裝置，如變頻調(diào)速、可控硅控制開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)等；(4)機(jī)械式軟起動(dòng)裝置，如BEST、德國(guó)力士樂(lè)公司的輔助液壓馬達(dá)周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)（原理與BEST相同）等。
3.1 BOSS系統(tǒng)
該系統(tǒng)是澳大利亞NM采礦國(guó)際有限公司研制的，適用于帶式輸送機(jī)單機(jī)200 - 500 kW的可控系統(tǒng)，專(zhuān)為重型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是：起動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，勻加速度起動(dòng)；可靠性高，維護(hù)較為簡(jiǎn)單；改善原有驅(qū)動(dòng)裝置性能；摩擦片組設(shè)在高速軸，相對(duì)滑差范圍大（屬層流運(yùn)動(dòng)），易于控制；能夠?qū)崿F(xiàn)功率平衡，保護(hù)功能齊全；與逆止器和制動(dòng)器的配置靈活、方便。缺點(diǎn)是：在軟起動(dòng)過(guò)程中，發(fā)熱量極大，傳動(dòng)效率低；不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)訶速；實(shí)現(xiàn)多驅(qū)動(dòng)功率平衡，必須以摩擦片磨損為代價(jià)；由于油膜間隙有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的空載起動(dòng)；對(duì)潤(rùn)滑油的質(zhì)量要求較高，運(yùn)行費(fèi)用昂貴；傳動(dòng)系統(tǒng)中存在薄弱環(huán)節(jié)，其中摩擦片是易損件，使用壽命短；液壓及控制系統(tǒng)復(fù)雜；離合器片在高速軸時(shí)．控制系統(tǒng)難以準(zhǔn)確控制；價(jià)格昂貴，備品備件要進(jìn)口。
3.2 CST系統(tǒng)
該系統(tǒng)是美國(guó)道奇公司專(zhuān)為大型帶式輸送機(jī)配套的集減速、離合和調(diào)速于一體的驅(qū)動(dòng)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是：起動(dòng)平穩(wěn)；傳動(dòng)效率高，可達(dá)99%；可調(diào)驗(yàn)帶速度為10%．99%；能實(shí)現(xiàn)功率平衡，其平衡精度為士2%，反應(yīng)時(shí)間為50 - 100ms;保護(hù)功能齊全。缺點(diǎn)是：調(diào)速系統(tǒng)與減速器合為一體，體積大，安裝不方便；控制系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)量較大；在高速軸上配置逆止器和制動(dòng)器較困難；價(jià)格昂貴，備品備件要進(jìn)口。
3.3調(diào)速型液力偶合器
調(diào)速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔內(nèi)充入一定量的工作液，泵輪從電動(dòng)機(jī)上獲得機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為液能，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪把液能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)軸輸出，帶動(dòng)工作機(jī)工作，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)了從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的能量傳遞。調(diào)速型液力偶合器是通過(guò)改變渡力偶合器內(nèi)工作腔中工作液的充油量，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速與軟起動(dòng)。當(dāng)單機(jī)功率N≤250 kW時(shí)，采用自然冷卻。偶合器配備電動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)操作器，與負(fù)載變化的訊號(hào)聯(lián)接，亦可按用戶(hù)要求配自動(dòng)測(cè)速裝置，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速遙控或自動(dòng)控制。其優(yōu)點(diǎn)是：起動(dòng)時(shí)間可隨帶式輸送機(jī)主參數(shù)任意調(diào)節(jié)，使輸送機(jī)按照S型起動(dòng)速度曲線(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)載起動(dòng)；確保輸送機(jī)起動(dòng)加速度值在0.1、0.3 m/s2范圍內(nèi)，使輸送帶起動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)；能使鼠籠式電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，又能利用其尖峰力矩作起動(dòng)力矩，提高其起動(dòng)能力，縮短了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間，而使輸送機(jī)滯后于電機(jī)緩慢起動(dòng)；用于多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡，其平衡精度為±5%；隔離扭矩，減緩沖擊，防止動(dòng)力過(guò)載，保護(hù)電機(jī)及輸送機(jī)主要部件不會(huì)因過(guò)載而損壞；易于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的遙控和自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)便；提高輸送機(jī)的使用壽命，減少噪音，改善了勞動(dòng)環(huán)境；投資少，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無(wú)機(jī)械磨損，能在惡劣的環(huán)境條件下工作，無(wú)需特殊保護(hù)，使用壽命長(zhǎng)；輸送機(jī)短時(shí)停車(chē)時(shí)，可以不停電；能實(shí)現(xiàn)多機(jī)順序起動(dòng)，減少對(duì)外界電網(wǎng)的沖擊；操作維護(hù)簡(jiǎn)單，備品備件容易獲得。缺點(diǎn)是：軟起動(dòng)性能較液牯性稍差些；有滑差，效率損失2%左右；體積較大。
3.4變頻調(diào)速裝置
變頻凋速裝置主要由功率器件-ICBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理是：通過(guò)控制器來(lái)調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進(jìn)入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。根據(jù)公式n= 60f/p（n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、，為交流電源頻率、p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速L交流電源頻率成正比。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍和時(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：起動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高；可以變速運(yùn)行；調(diào)速范圍大。缺點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)不能空載起動(dòng)；防爆產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴；控制復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，對(duì)環(huán)境溫度及清潔度要求高；備品備件要進(jìn)口，事故處理也依賴(lài)外國(guó)公司；雖然電抗器可以減少對(duì)外界電源的污染，但頻率改變，還是對(duì)電源有一定程度的污染；在井下使用時(shí)，功率器件的發(fā)熱問(wèn)題較難解決。
目前變頻調(diào)速裝置在煤礦井下極少使用。
3.5電軟起動(dòng)
電軟起動(dòng)控制器以反并聯(lián)的晶閘管組為開(kāi)關(guān)，以軟起動(dòng)交流調(diào)壓方式限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)帶式輸送機(jī)平穩(wěn)地過(guò)渡到額定轉(zhuǎn)速，完成軟起動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)為：體積小，機(jī)頭峒室可以小些；價(jià)格比調(diào)速型偶合器略低。缺點(diǎn)是：調(diào)壓調(diào)速用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，差動(dòng)功率損耗大，效率低；考慮諧波影響，選用電機(jī)時(shí)要加大容量，一般應(yīng)增加20% - 40%；起動(dòng)瞬間，會(huì)先有一個(gè)很短時(shí)的全壓起動(dòng)，待輸送帶運(yùn)動(dòng)后，再實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，但此時(shí)已造成對(duì)輸送機(jī)的瞬時(shí)沖擊；必須與限矩型偶合器配套使用；由于降壓起動(dòng)，低轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不大，滿(mǎn)載時(shí)起動(dòng)困難；不能使電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)。
其余幾種軟起動(dòng)形式不常用，不再贅述。常用軟起動(dòng)裝置的價(jià)格和性能比較見(jiàn)表1、表2。
4、結(jié)論
通過(guò)上述分析比較可知，國(guó)產(chǎn)軟起動(dòng)裝置完全能滿(mǎn)足帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)的要求。由于調(diào)速型液力偶合器比電軟起動(dòng)具有更優(yōu)良的性能，所以目前國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)裝置90%以上是采用調(diào)速型液力偶臺(tái)器，不僅技術(shù)可行，而且經(jīng)濟(jì)合理，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。調(diào)速精度太高的軟起動(dòng)（如BOSS、CST等）對(duì)帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，技術(shù)上沒(méi)有必要，經(jīng)濟(jì)上也是一種浪費(fèi)。只有經(jīng)常需要變速運(yùn)行的設(shè)備（如潛水艇、軍艦等），才適于采用液粘調(diào)速裝置，能最大限度地發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)。
國(guó)外帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)大多也是采用液力調(diào)速裝置。即使在美國(guó)，也極少在帶式輸送機(jī)E使用差動(dòng)輪系液粘調(diào)速裝置。1997年11月我院與西山礦務(wù)局聯(lián)合組團(tuán)赴澳大利亞技術(shù)考察，所考察的6個(gè)煤礦的8條大型帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，全部是采用液力調(diào)速裝置。澳大利亞PROK公司為馬來(lái)西亞設(shè)計(jì)的6.5 km帶式輸送機(jī)、SEDGMAN公司為印度尼西亞設(shè)計(jì)的37 km超特大型帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)也是采用液力調(diào)速裝置。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
皮帶輸送機(jī)
2、
刮板輸送機(jī)
3、
斗式提升機(jī)
