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1、問(wèn)題的提出
    膠帶輸送機(jī)是目前煤礦運(yùn)送煤炭最常用的方法之一。為達(dá)到更高的生產(chǎn)效率和更低的輸送成本，要求輸送機(jī)單機(jī)長(zhǎng)度和功率均要增大，這給膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)提出了新課題。
    大功率膠帶輸送機(jī)膠帶是一個(gè)彈性體，當(dāng)電機(jī)給輸送帶系統(tǒng)加上力矩，輸送帶受力而變形時(shí)，輸送帶越長(zhǎng)，加載時(shí)間越短，儲(chǔ)存的能量就越大，迅速釋放這些能量會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)部件產(chǎn)生極大的沖擊力，力的頻譜可能會(huì)與輸送機(jī)的某一部件的諧振頻率共振而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)被破壞。如果能使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)緩慢地對(duì)輸送帶加力，就可以最大限度地減少輸送帶局部過(guò)大的變形，從而避免上述情況的發(fā)生。因此在輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、選型過(guò)程中，必須解決這些控制問(wèn)題。
2、解決問(wèn)題的方法
    目前國(guó)內(nèi)外對(duì)大功率膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)要求及驅(qū)動(dòng)設(shè)備作了大量研究，并研制開發(fā)了適合大功率膠帶輸送機(jī)起動(dòng)特性的多種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
2.1 CST技術(shù)的應(yīng)用
    CST是由美國(guó)Rocwell Automation4)odge公司研制開發(fā)的一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品。它由多級(jí)齒輪減速器，濕式、線形離合器，液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，濕式、線形離合器由多個(gè)動(dòng)片和靜片交叉、疊合而成，動(dòng)片組經(jīng)外齒花鍵與行星輪系的內(nèi)齒圈連接，靜片組經(jīng)內(nèi)齒花鍵與固定在減速箱土的軸套連接，離合器的動(dòng)作由環(huán)形液壓缸操作。
    平行軸式CST為二級(jí)齒輪減速器，第一級(jí)是斜齒輪而第二級(jí)是行星齒輪，輸入軸與鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)連接，輸出軸與負(fù)載相接，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，多片型離合器的液壓缸上不加壓，動(dòng)、靜片之間有較大的間隙。輸入軸經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)行星輪系的太陽(yáng)輪1旋轉(zhuǎn)，由于動(dòng)、靜片之間的間隙大，動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)不受阻，內(nèi)齒圈4可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使得行星輪2只能自轉(zhuǎn)，行星架3和輸出軸不能動(dòng)，從而達(dá)到無(wú)載起動(dòng)的目的，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行后，通過(guò)環(huán)形液壓缸向離合器的動(dòng)、靜片上加壓，使離合器結(jié)合，帶動(dòng)負(fù)載起動(dòng)。
    CST設(shè)計(jì)的目的是用來(lái)平滑地起動(dòng)高慣性負(fù)載，通過(guò)改變加在離合器上的液壓壓力，來(lái)改變CST的輸出力矩。
2.2調(diào)速型液力偶合器
    調(diào)速型液力偶合器相當(dāng)于離心泵和渦輪機(jī)的組合，當(dāng)電機(jī)通過(guò)液力偶合器輸入軸驅(qū)動(dòng)泵輪時(shí)，泵輪如一臺(tái)離心泵，使工作腔中的工作泵輪葉片流道向外緣流動(dòng)，液流流出后，穿過(guò)泵輪和蝸輪間的空隙，沖擊蝸輪葉片以驅(qū)動(dòng)蝸輪，使其象渦輪機(jī)一樣把液體的動(dòng)能和壓能轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰴C(jī)械能；然后，液體又經(jīng)蝸輪內(nèi)緣流道回到泵輪，開始下一次的循環(huán)，從而把電機(jī)的能量柔性地傳遞給工作機(jī)。工作腔中充液量的變化可改變蝸輪的轉(zhuǎn)速，因而通過(guò)勺桿位置的調(diào)節(jié)，改變工作腔內(nèi)工作液體的多少，就可以實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的軟起動(dòng)。
2.3經(jīng)濟(jì)型軟起動(dòng)液力偶合器
    美國(guó)Dodge生產(chǎn)的CKCP型偶合器在設(shè)計(jì)中加入了較大容積的延時(shí)充填輔腔，主工作腔與輔腔之間經(jīng)過(guò)標(biāo)定直徑的注油孔相通，起動(dòng)前，輔腔存有一部分油，從而減少了主腔中的油量，使電動(dòng)機(jī)迅速起動(dòng)完畢并降低起動(dòng)力矩，在起動(dòng)中，輔腔中的油以正比于輸出轉(zhuǎn)速的速率向主腔注油，逐步增大傳動(dòng)力矩，當(dāng)起動(dòng)完畢后，輔腔中的油基本全部注入主腔，偶合器處于正常工作狀態(tài)。
2.4交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制器
    我國(guó)帶式輸送機(jī)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)起動(dòng)時(shí)的曲線形狀均無(wú)特殊要求，一般為線性，對(duì)加（減）速度反提出0.1～0.3s2的要求，但實(shí)驗(yàn)證明，線性加速不是最佳方法，而用“S”曲線可取得良好效果。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明，以同樣時(shí)間起動(dòng)電動(dòng)機(jī)（軟起動(dòng)），用“S”形曲線比直線平穩(wěn)得多，振動(dòng)噪聲亦小。該起動(dòng)速度曲線可用下式表示：
    由上圖可看出，三條曲線較平滑，特別是加速度曲線過(guò)零點(diǎn)，在起動(dòng)初期及起動(dòng)結(jié)束時(shí)加速度均很小，體現(xiàn)了起動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性，沖擊小。
    國(guó)內(nèi)一些電控設(shè)備研究單位開發(fā)的交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器大多是以反并聯(lián)的晶閘管組為開關(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，以使電機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)地過(guò)渡到額定轉(zhuǎn)速。新近開發(fā)的QJR1型交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器在吸收了國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又作了重大改進(jìn)，其核心采用英國(guó)Eurotherm公司的傳動(dòng)控制器，它由帶速傳感器構(gòu)成速度反饋外閉環(huán)，電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)閉環(huán)組成雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來(lái)控制大功率晶閘管元件，在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)帶速傳感器反饋信號(hào)和按用戶要求預(yù)設(shè)的”S，J型曲線調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角由180°移到0°，軟起動(dòng)控制器的輸出電壓也由0v逐漸升到額定電壓，從而保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)加速度在0.1m/s2≤a≤0.3m/s2范圍內(nèi)電機(jī)平滑可靠地完成起動(dòng)過(guò)程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成后，由傳動(dòng)控制器控制交流接觸器吸合，短接所有的晶閘管，使電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)全壓運(yùn)行。
3、軟起動(dòng)技術(shù)比較
3.1 CST技術(shù)的特點(diǎn)
    (1)對(duì)于帶式輸送機(jī)可以使用多臺(tái)CST，起動(dòng)負(fù)載之前驅(qū)動(dòng)電機(jī)空載起動(dòng)，而CST輸出軸并并不運(yùn)動(dòng)，在電機(jī)達(dá)到額定速度之后，通過(guò)控制系統(tǒng)使每臺(tái)CST離合器的液壓力逐漸增加來(lái)緩慢、平穩(wěn)地對(duì)輸送帶張緊，然后輸送帶平穩(wěn)地加速到滿速。故而輸送帶受力平穩(wěn)，輸送帶的安全系數(shù)取值可以相應(yīng)降低。由于電機(jī)的選擇是基于運(yùn)動(dòng)條件而不是起動(dòng)條件，因此使用CST時(shí)，電機(jī)的功率及尺寸可以達(dá)到最小。
    (2)CST是一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員需要專門培訓(xùn)，其較高的價(jià)格，也是我國(guó)用戶在選用時(shí)必須考慮的因素之一。
3.2調(diào)速型液力偶合器的特點(diǎn)
    (1)能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，并可利用其尖峰力矩作起動(dòng)力矩，提高其起動(dòng)能力，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用平衡調(diào)節(jié)裝置，能實(shí)現(xiàn)功率平衡，從而有效地避免電機(jī)過(guò)載，保護(hù)電動(dòng)機(jī)；能夠隔離扭振，減緩沖擊，過(guò)載時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生滑差而卸載，從而保護(hù)原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)不因過(guò)載而損壞。
    (2)由于調(diào)速型液力偶合器體積較大，因此在井下巷道布置時(shí)，往往需要較大的空間，這樣就增加了基建投入；如密封不好，產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，給井下使用、維護(hù)帶來(lái)不便；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，膠帶長(zhǎng)度若大于4km，則調(diào)速型液力偶合器較難滿足要求。
3.3交流電動(dòng)機(jī)較起動(dòng)控制器的特點(diǎn)
    (1)控制器能夠按“S“形曲線起動(dòng)，是目前較為理想的軟起動(dòng)的器件，“S”形曲線由計(jì)算機(jī)生成，并能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)如膠帶的長(zhǎng)度，傾角的大小等不同情況，方便地加以調(diào)整，以滿足不同工況要求，系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行，起動(dòng)時(shí)間不隨負(fù)載大小而改變。
    (2)由于受器件的限制目前遠(yuǎn)未有6kV等級(jí)的交流電機(jī)軟起動(dòng)器，只能對(duì)額定電流在300A以下電機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng)根據(jù)隔爆原理軟起動(dòng)器箱體隔爆面之間應(yīng)有一定的間隙，而防塵防水的要求是間隙盡量小，因此對(duì)防爆不作要求的地點(diǎn)，應(yīng)另采取措施防塵、防水。
4、結(jié)束語(yǔ)
    大功率膠帶輸送機(jī)起動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，降低了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少了在起動(dòng)過(guò)程中對(duì)膠帶機(jī)的機(jī)械沖擊。因?yàn)榻档土似饎?dòng)加速度，增加了起動(dòng)時(shí)間，從而降低了動(dòng)張力，這樣膠帶強(qiáng)度可降低，膠帶的厚度也可少，如厚度不降低則可延長(zhǎng)使用壽命，因此可取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。使膠帶機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
    如何解決大功率膠帶輸送機(jī)起動(dòng)又是一個(gè)綜合性問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同的長(zhǎng)度，傾角以及帶式輸送機(jī)的重要性等各種條件進(jìn)行比較，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮來(lái)決定最佳起動(dòng)方式。