0、概述
帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)是在設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)控制起動(dòng)加速度的大小，來(lái)確保輸送機(jī)按所要求的速度曲線(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)，并達(dá)到額定運(yùn)行速度，同時(shí)使電機(jī)的起動(dòng)電流與輸送帶的起動(dòng)動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。
根據(jù)調(diào)速設(shè)備的不同，目前國(guó)內(nèi)外常用的軟起動(dòng)裝置主要有：變頻調(diào)速裝置、調(diào)速型液力耦合器和差動(dòng)液黏調(diào)速裝置(CST)。本文在分析軟起動(dòng)裝置的調(diào)速原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)3種軟起動(dòng)裝置的調(diào)速性能的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，，針對(duì)不同類(lèi)型帶式輸送機(jī)提出不同軟起動(dòng)方案。
1、變頻調(diào)速裝置的調(diào)速性能
變頻調(diào)速裝置的主要原理是：利用可控硅整流器先將50 H的交流電變換為直流電，再由可控硅逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電供給鼠籠式異步電機(jī)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
變頻調(diào)速裝置的特點(diǎn)：
(1)調(diào)速精度高變頻調(diào)速易于實(shí)現(xiàn)啟制動(dòng)曲線(xiàn)的自動(dòng)跟蹤，能夠提供軟的、理想的起制動(dòng)性能，使用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以滿(mǎn)足技術(shù)要求。輸送機(jī)啟動(dòng)系數(shù)可控制在1.05～1.1，啟動(dòng)加速度可以控制在0～0.05m/s2，適用于長(zhǎng)距離、線(xiàn)路復(fù)雜的帶式輸送機(jī)，可用控制輸送機(jī)按設(shè)定的S曲線(xiàn)啟動(dòng)和制動(dòng)，以滿(mǎn)足整機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及可靠性要求。使用變頻器實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊可大大減小，從而使機(jī)架的設(shè)計(jì)向輕型化發(fā)展。
(2)具有功率平衡作用當(dāng)用多臺(tái)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)帶式輸送機(jī)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性差異會(huì)導(dǎo)致各電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率不均。通過(guò)變頻調(diào)速裝置的低速驗(yàn)帶速度功能，調(diào)整各電機(jī)的特性使之盡量接近，可以減小各驅(qū)動(dòng)裝置間負(fù)載功率的差異。
(3)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊 采用變頻調(diào)速裝置需要配置容量適當(dāng)?shù)暮哪苎b置或可以向電網(wǎng)反饋能量的裝置。
(4)對(duì)環(huán)境要求高變頻調(diào)速裝置對(duì)環(huán)境的溫度及清潔度要求較高，而煤礦井下的環(huán)境惡劣，煤塵、油污等污染較為嚴(yán)重，而且難以滿(mǎn)足井下安全防爆的要求。另外，大功率變頻器的發(fā)熱問(wèn)題在井下也是一個(gè)不太容易解決的技術(shù)問(wèn)題。因此煤礦井下用帶式輸送機(jī)較少采用此軟起動(dòng)裝置。
(5)大功率變頻器依賴(lài)進(jìn)口 一般大功率的防爆變頻器需進(jìn)口，價(jià)格昂貴，維修困難。特別是用在大功率帶式輸送機(jī)時(shí)，電機(jī)功率很大，要求匹配相應(yīng)的大功率的變頻器，不僅必須依靠進(jìn)口購(gòu)買(mǎi)、價(jià)格昂貴，而且需要廠家專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)維修。
變頻調(diào)速裝置調(diào)速精度高，一般應(yīng)用于地面上的運(yùn)距較長(zhǎng)的大型帶式輸送機(jī)，可用于井工煤礦地面（如洗煤廠、主井提升）、露天煤礦、電廠、港口等帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。
2、調(diào)速型液力耦合器的調(diào)速性能
調(diào)速型液力耦合器主要依靠工作液體在葉輪中的動(dòng)能（即動(dòng)量矩變化）來(lái)傳遞動(dòng)力，由液力元件的泵輪將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體動(dòng)能，渦輪則把液體能轉(zhuǎn)化還原為機(jī)械能。
調(diào)速型液力耦合器的主要特點(diǎn)是在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)導(dǎo)管或其他調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)工作腔中的充液量以改變輸出轉(zhuǎn)速和力矩，其充液量的調(diào)節(jié)是在運(yùn)行中進(jìn)行的。導(dǎo)管開(kāi)度調(diào)節(jié)是通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器完成，電動(dòng)執(zhí)行器可以手動(dòng)，配上電控系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制。
液力調(diào)速軟起動(dòng)技術(shù)能夠使帶式輸送機(jī)的電機(jī)空載起動(dòng)，達(dá)到良好的節(jié)能和起動(dòng)效果，但其性能及可靠性仍有待于提高。尤其對(duì)于大型的帶式輸送機(jī)，應(yīng)用液力調(diào)速可控起動(dòng)技術(shù)其控制精度還不夠高，其缺陷是目前使用的調(diào)速型液力耦合器控制性能相對(duì)較差，調(diào)速精度不高，響應(yīng)也不夠快；其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩大幅下降，這樣就不能滿(mǎn)足低速驗(yàn)帶和乘人等特定要求；其次，調(diào)速型液力耦合器是靠滑差傳動(dòng)的，所以工作液溫度容易升高，需要配備較好的冷卻系統(tǒng)。因此有待于進(jìn)一步地研究和改進(jìn)。
在輸送機(jī)系統(tǒng)中采用液力耦合器作為軟起動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)：
(1)可以改善機(jī)器的啟動(dòng)性能液力耦合器可以縮短電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)很快達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，然后負(fù)載才逐漸加速。這樣，既減少了啟動(dòng)過(guò)程中的電能損失，又使啟動(dòng)平穩(wěn)。另外，對(duì)于普通鼠籠型電動(dòng)機(jī)，如果液力耦合器注液量合適，還可以利用接近于電動(dòng)機(jī)的顛覆力矩來(lái)啟動(dòng)負(fù)載，使機(jī)器的啟動(dòng)力矩大大增加。
(2)具有過(guò)載保護(hù)作用 當(dāng)選用限矩型液力耦合器時(shí)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。特別是采用帶有前輔室的限矩型液力耦合器，能使傳動(dòng)裝置具有較好的動(dòng)特性。
(3)提高電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)的壽命 由于設(shè)置液力耦合器能消除工作機(jī)構(gòu)的沖擊和振動(dòng)，減小輸送帶的動(dòng)應(yīng)力，降低疲勞程度，從而大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)的壽命。
(4)平衡各電動(dòng)機(jī)的功率輸出 在多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于使驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械特性變軟，能使各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷分配趨于平衡。
(5)液力耦合器的不足之處是調(diào)速精度不高尤其在輸出輸入轉(zhuǎn)速比i接近1時(shí)，其循環(huán)流量趨近于零，失去傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，因而效率n急劇下降。
綜合上述特點(diǎn)，調(diào)速型液力耦合器一般應(yīng)用于運(yùn)距較長(zhǎng)、裝機(jī)功率較大、軟起動(dòng)性能要求不高的中型帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)。對(duì)于礦用帶式輸送機(jī)，一般單機(jī)功率在500 kW以下的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較常采用調(diào)速型液力耦合器，而且由于該設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求不高，井上井下均可使用。
3、差動(dòng)液黏調(diào)速裝置的調(diào)速性能
液體黏性傳動(dòng)技術(shù)是利用液體的黏性，依靠主從摩擦片間的油膜剪切作用來(lái)傳遞動(dòng)力、調(diào)節(jié)速度和轉(zhuǎn)矩的。圖2為差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置( CST)機(jī)械結(jié)構(gòu)原理圖，由行星齒輪、減速器、摩擦片離合器、液壓控制系統(tǒng)等組成，電機(jī)連接輸入軸，內(nèi)齒圈和離合器聯(lián)接，行星輪架與輸出軸為一體，并與負(fù)載連接，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，先經(jīng)過(guò)一級(jí)減速，帶動(dòng)太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)3個(gè)行星輪，行星輪帶動(dòng)內(nèi)齒圈自由旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由于行星架與滾筒連接，受定扭矩行星輪只在原地自轉(zhuǎn)并不繞著太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，因此與行星架為一體的輸出軸并不轉(zhuǎn)動(dòng)（此時(shí)離合器的主、從動(dòng)摩擦片之間存在很大的間隙），這樣就達(dá)到了空載起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的目的。當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，壓力控制閥增加環(huán)形油缸的壓力，致使離合器的靜摩擦片和動(dòng)摩擦片相互作用而產(chǎn)生油膜剪切力，油膜剪切力給內(nèi)齒圈制動(dòng)的作用，致使內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速隨剪切力的增大而減小，當(dāng)內(nèi)齒圈受制動(dòng)時(shí)，行星輪將會(huì)沿內(nèi)齒圈作滾動(dòng)，此時(shí)行星輪不僅自轉(zhuǎn)而且公轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與行星架為一體的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)負(fù)載起動(dòng)。當(dāng)改變環(huán)形油缸的壓力時(shí)，輸出軸的速度將隨之改變，從而通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)形油缸上的壓力來(lái)改變輸出軸的速度，最終起到可控調(diào)速的作用。
差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置具有的獨(dú)特性能：
(1)改善起動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)慢速起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡采用CST的驅(qū)動(dòng)裝置在微機(jī)系統(tǒng)控制下通過(guò)控制CST離合器油膜間隙的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其輸出轉(zhuǎn)速和傳遞功率的控制，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)滿(mǎn)載慢速起動(dòng)，減小輸送帶的動(dòng)態(tài)張力。通過(guò)比較主電機(jī)電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)各CST離合器油膜的間隙大小，使各電機(jī)的電流趨于一致，電機(jī)的功率平衡可達(dá)到98%。
(2)降低對(duì)主電機(jī)的技術(shù)要求本機(jī)采用CST系統(tǒng)，電機(jī)可以空載起動(dòng)，大大降低起動(dòng)電流，縮短了起動(dòng)時(shí)間，降低了對(duì)主電機(jī)的技術(shù)要求；由于CST是通過(guò)液體黏膜傳遞扭矩，故具有過(guò)載保護(hù)功能，而且在輸送機(jī)短時(shí)停車(chē)時(shí)，具有可以不停電動(dòng)機(jī)的功能，可避免電機(jī)的頻繁起動(dòng)，提高了電機(jī)的使用壽命。
(3)降低對(duì)電源系統(tǒng)的要求帶有CST的驅(qū)動(dòng)裝置不僅能使電機(jī)空載起動(dòng)、減小沖擊電流的作用時(shí)間和電能損失，而且還能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的多臺(tái)電機(jī)分時(shí)空載起動(dòng)，大大減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低對(duì)電源系統(tǒng)的技術(shù)要求。
(4)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的遙控 由于CST是采用調(diào)整離合器油膜的間隙大小來(lái)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的慢速起動(dòng)、功率平衡、多電機(jī)的空載起動(dòng)，因此可以方便地通過(guò)遠(yuǎn)距離的電控系統(tǒng)對(duì)CST離合器油膜的間隙大小進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)帶式輸送機(jī)遙控的目的。
(5)提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性帶式輸送機(jī)的可靠性主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和其他機(jī)械部件的可靠性。而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)的其他機(jī)械元部件（滾筒、輸送帶接頭、機(jī)架、托輥等）的可靠性有密切關(guān)系。CST驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠有效地對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行起動(dòng)控制、隔離振動(dòng)、減緩沖擊、防止動(dòng)力過(guò)載、協(xié)調(diào)多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡、減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊電流等，而且還對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)和減速器進(jìn)行有效地保護(hù)，這就大大地提高了帶式輸送機(jī)的可靠性。
正因?yàn)橛羞@些特點(diǎn)，差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置在煤礦帶式輸送機(jī)上得到廣泛推廣和使用。特別是單機(jī)功率大于500 kW，對(duì)于環(huán)境要求較高的帶式輸送機(jī)（如井下）多采用差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置。同時(shí)，CST也存在一些缺點(diǎn)，如控制復(fù)雜，使用要求較高，對(duì)工作油的黏度和清潔度要求特別高。另外，CST依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，這些都限制了差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置在煤礦及其他行業(yè)帶式輸送機(jī)上的進(jìn)一步推廣使用。
4、結(jié)語(yǔ)
(1)變頻調(diào)速裝置和差動(dòng)輪系液黏調(diào)速裝置均已達(dá)到很高的調(diào)速精度，長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量大功率的帶式輸送機(jī)應(yīng)選用兩者之一作為軟起動(dòng)裝置；而調(diào)速型液力耦合器的調(diào)速精度較低，其價(jià)格也比其他2種軟起動(dòng)裝置低，推薦在調(diào)速精度要求不高的中型帶式輸送機(jī)上使用；
(2)煤礦井下環(huán)境惡劣，推薦使用調(diào)速型液力耦合器或CST;
(3)單機(jī)功率500 kW以下的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從性?xún)r(jià)比角度考慮，優(yōu)先選用調(diào)速型液力耦合器；單機(jī)功率500 kW以上的，則要根據(jù)輸送機(jī)的使用環(huán)境，選擇變頻調(diào)速裝置或CST。
總之，3種軟啟動(dòng)裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都能滿(mǎn)足帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)要求。在選擇輸送機(jī)的軟起動(dòng)裝置時(shí)，要綜合考慮輸送機(jī)本身特征、軟起動(dòng)性能、使用環(huán)境、價(jià)格等多方面因素，以便與煤礦實(shí)際的技術(shù)管理、日常操作維護(hù)、經(jīng)濟(jì)承受能力等相適應(yīng)。
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