帶式輸送機的可控傳動裝置的研究現狀

王崗

（貴州煤礦設計研究院，貴州 貴陽 550025）

引言

輸送帶一般可分為普通輸送帶和特殊結構輸送帶。普通輸送帶主要用于通用固定式、繩架吊掛式及可伸縮式帶式輸送機。特殊結構輸送帶包括鋼繩牽引輸送帶、旅客輸送帶、花紋輸送帶、擋邊輸送帶、防撕裂輸送帶、無覆蓋膠輸送帶等。輸送帶一般由覆蓋層、帶芯、隔離層三個組成。

所以帶式輸送機具有運行可靠、連續、高效，易于實現自動化和對地形適應性強等優點，是散狀物料連續運輸的主要設備。據有關資料介紹，法國輸送機單機長度已達15 km，高差為1 km。單滾筒的驅動功率達1 050 kW，設計帶速達8.4m/s，年運量達4億t。在澳大利亞的一個采礦場，輸送機通過多機串聯運距長達上百公里。目前我國的帶式輸送機也正在向長距離、高帶速、大運量、大功率方向發展。由于我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機并制訂計算方法和設計規范，設計中對輸送帶使用了很高的安全系統（一般取n=10左右），實際上輸送帶是粘彈性體，而不能簡單地用剛體力學來解釋和計算。長距離帶式輸送機其輸送帶對驅動裝置的起、制動力的動態響應是一個非常復雜的過程，如何降低輸送帶的設計安全系統（輸送帶安全系數n=5～6），延長帶式輸送機使用壽命，確保了輸送機運行的可靠性，傳動問題是大型輸送機的關鍵技術，它關系到輸送機的技術性能和經濟效益。目前國內外大都采用以下可控傳動技術來解決輸送機的傳動問題。

1 可控傳動技術

大型帶式輸送機的傳動，要求有足夠的傳動時間，使傳動加速度保持在允許范圍內。運距越長、帶速越高、輸送量越大，傳動時間就需越長。假如沒有足夠的傳動時間，輸送帶初張力會大幅下降，使輸送帶與傳動滾筒張力比增大，造成輸送帶在傳動滾筒上打滑而不能傳動。在傳動加速過程中，輸送帶發生粘彈性變形，處于不穩定狀態而產生動張力。帶速越高、傳動時間越短，傳動加速度與輸送帶變形就越大，因而動張力也就越大，造成巨大的瞬時沖擊，會損壞輸送帶與其它元部件。因而必須在設定的傳動時間內，通過控制輸送帶傳動加速度值，使輸送機按所要求的傳動速度曲線平穩傳動，使傳動電流與傳動動張力控制在允許范圍內。這類可控傳動技術稱為軟傳動，其設備即為軟傳動裝置。我國有關標準規定軟傳動的加速度不得大于0.3m/s2。

帶式輸送機采用軟傳動具有以下優點：傳動時間隨帶式輸送機主參數可以在一定范圍調節，使輸送機按照預先設定的傳動速度圖平穩運行，并能實現滿載傳動；在多機驅動時具有功率平衡的功能；電動機能空載傳動，降低對電網的沖擊；具有過載保護功能。

2 各種軟傳動裝置的性能分析

近幾年來，國內外相繼開發成功了多種形式的軟傳動裝置：①液粘性軟傳動裝置，如澳大利亞的BOSS系統、美國的CST等；②液力型軟傳動裝置，如調速型液力偶合器、加長后輔液力偶合器等；③電氣型軟傳動裝置，如變頻調速、可控硅控制開關磁阻傳動等；④機械式軟傳動裝置，如BEST、德國力士樂公司的輔助液壓馬達周轉齒輪系統等。

2.1 BOSS系統

BOSS系統是澳大利亞NM采礦國際有限公司專門為重型輸送機研制的，適用于帶式輸送機單機200~500 kW 的可控系統，位于電動機和減速器之間，接受電動機傳遞的動力，驅動負載旋轉?；谂ｎD內摩擦定律，在液粘軟傳動裝置內部，根據負載的大小選用十幾組粘貼有摩擦材料的內摩擦片和對偶摩擦片，一組摩擦片通過齒與輸入軸相連，另一組摩擦片方通過鍵軸與輸出軸相連。通過控制作用于活塞上的液壓油的壓力達到控制所剪切的油膜厚度，進而實現對液粘軟傳動裝置的輸出轉矩控制，達到帶式輸送機軟傳動的目的。

2.2 CST系統

CST系統是美國道奇公司專門為大型帶式輸送機配套的集減速、離合和調速于一體的驅動裝置，其工作原理是通過控制器設置所需要的加速度曲線和傳動時間實現。在收到傳動信號后，電機空載傳動，達到額定速度后，液壓系統開始增加離合器反應盤系統的壓力，反應盤相互作用時輸出力矩與液壓系統的壓力成正比。裝設在輸出軸上的速度傳感器，檢測出轉速并反饋給控制系統，該速度信號將與控制系統設定的加速度曲線比較，其差值將用于調整反應盤壓力，確保穩定的加速度斜率。

2.3 調速型偶合器

調速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔內充入一定量的工作液，工作輪泵輪從電動機上獲得機械能，并轉化為液力能沖擊渦輪旋轉，渦輪把液力能轉化為機械能，通過輸出軸輸出，帶動從動機工作，實現了從原動機到從動機之間的能量傳遞。

調速型液力偶合器之所以能夠調速，是通過改變液力偶合器內工作腔內工作液的充油量，在電動機轉速不變的情況下，實現對從動機的無級調速與軟傳動。當單機功率N≤250 kW 時，采用自然冷卻。偶合器配備電動執行器和電動操作器，與負載變化的信號聯接，亦可按用戶要求配自動測速裝置，可以實現調速遙控或自動控制。

2.4 變頻調速裝置

變頻調速裝置主要由功率器件--IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理：通過控制器來調節功率器件中的絕緣柵極，使進入功率器件的交流電源的頻率發生變化。根據公式n=60 f/p所示（n為電動機轉速、f為交流電源頻率、p為電動機極對數），電動機轉速與交流電源頻率成正比關系，交流電源的頻率由小到大變化時，電動機轉速也隨之變化。只要控制交流電源的頻率變化范圍以及頻率變化的時間，就可使輸送機按照設定的速度曲線平穩傳動，實現輸送機的軟傳動。

目前變頻調速裝置已在煤礦井下得到較普遍的應用。

2.5 電氣軟傳動

電氣軟傳動器有多種類型，是結合電力電子技術、自動控制技術和單片機技術，為三相異步電動機設計的一種全數字智能化傳動設備，但各種電氣軟傳動器工作原理也各不相同。目前應用較為廣泛、工程中常見軟傳動器是晶閘管（SCR）軟傳動，其軟傳動原理是：在三相電源與電機間串入三相聯晶閘管，利用SCR移相控制原理，改變其觸發角，傳動時電機端電壓隨SCR的導通角從零逐漸上升，就可調節輸出電壓，電機轉速逐漸增大，直至達到滿足傳動轉矩的要求而結束傳動過程；軟傳動器的輸出是一個平穩的升壓過程（且可具有限流功能），直到SCR全導通，電機在額定電壓下工作；此時旁路接觸器接通（避免電機在運行中對電網形成諧波污染，延長SCR壽命），電機進入穩定運行狀態；停車時先切斷旁路接觸器，軟啟動器內SCR導通角開始由大逐漸減小，使三相供電電壓逐漸減小，電機轉速由大逐漸減小到零，停車過程完成。因此降低了對電動機電源的容量求，并減少對供電電網的影響和機械傳動的沖擊。

3 結束語

隨著帶式輸送機向大型化方向發展，帶式輸送機的可控傳動技術已成為衡量帶式輸送機重要技術指標,對常用的幾種可控傳動裝置進行了技術經濟分析和比較，根據它們的工作原理和工作特點，在實現大功率下運帶式輸送機傳動要求的設計中，它們的工作性能也各有差別。以上各種傳動裝置在實際使用用中各有特色，可供有關人員參考。

[1]孫慧.帶式輸送機動態特性與可控傳動裝置的研究[J].山東科技大學，2004-05-01.