煤礦井下帶式輸送機大功率驅動系統研究

李東林

（北方重工集團有限公司進出口分公司，遼寧 沈陽 110141）

帶式輸送機作為散料輸送最可靠、最經濟的設備，已成為我國煤礦的主要運輸方式。隨著煤炭行業高產高效礦井建設，煤礦綜合機械化程度和生產工效的不斷提高，煤礦井下用帶式輸送機，對于整機，正向高帶速、大運量、大功率、大傾角、長運距的方向發展；對于零部件，正向高壽命、低能耗、高性能的方向發展。然而，國內煤礦井下帶式輸送機的驅動系統單機驅動功率一般都很小。單機功率偏低，阻礙著帶式輸送機的發展。因此，提高驅動系統的單機驅動功率。對于開發研制大型帶式輸送機，滿足煤炭行業的需要有十分現實的意義。

一、開發大功率驅動系統必須考慮和解決的關鍵問題

驅動系統是帶式輸送機最重要的部件。驅動技術的關鍵在于啟動時間和啟動加速度的控制。煤礦井下環境惡劣，提高驅動系統的單機驅動功率，勢必對帶式輸送機的其它電氣和機械部件，如：電機、電控、滾筒、輸送帶、輸送帶接頭、機架、托輥等造成極大影響。而開發大功率驅動系統，提高整機性能，需要解決很多問題，其中關鍵有以下兩個方面：

1 帶式輸送機的起動控制

對于大功率驅動系統，不可控制啟動和快速啟動會使得輸送帶張力過大，進而導致輸送帶和其他元部件的損害，甚至會出現機架損壞，拉緊裝置傾翻，輸送帶斷裂等事故。

2 帶式輸送機輸出功率控制

若帶式輸送機超載，或出現多驅之間負載不平衡，而驅動系統無法及時調整機速和轉矩或不能平衡各驅負載，這會使得機械部件發生過載損壞。

二、開發研制大功率驅動系統的可行性

軟啟動技術是解決帶式輸送機大功率驅動系統所遇問題的核心技術。早在六十年代國外就已廣泛使用，直到八十年代末國內才開始使用。主要分為三種調速方式：一是調速型液力耦合器調速；二是電機變頻調速（即由變頻調速電機和齒輪減速機構成的驅動系統）；三是差動輪系液粘調速（即CST驅動系統），然而后兩者雖能達到帶式輸送機的軟起要求，但均因價格高昂、維護費用高，或者系統復雜等原因，在承受能力、日常操作維護、備件的購買等方面，均存在一定難度。而采用調速型液力耦合器的軟起技術對開發研制大功率驅動系統是較為經濟、合理和可行的。

三、調速型液力偶合器的傳動原理

調速型液力偶合器是通過傳動介質傳遞能量的傳動元件。工作時，偶合器中充以工作油，當泵輪軸帶動泵輪旋轉時，進入泵輪的工作油在葉片的帶動下，形成高速高壓液流，沖擊渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同方向旋轉，流動過程中減壓減速。在傳動過程中，泵輪將輸入的機械能轉換成工作油的動能和勢能，而渦輪則將工作油的動能和勢能轉換成輸出的機械能，從而完成從泵輪軸向渦輪軸的功率傳遞。當泵輪旋轉時，排油腔內形成旋轉油環，由供油泵向流道內供一定量的工作油，勺管排出等量的油，使得流道內的油位與排油腔內的油位相適應。當勺管向外拉時，旋轉油環加厚，此過程中勺管少排或不排油，此時，流道內的工作油增高。渦輪的轉速也隨之升高。反之，則相反。

四、調速型液力偶合器大功率驅動系統的優越性

1 改善了起動性能

該大功率驅動系統能使帶式輸送機起動時得到較為合理的起動速度和加速度，保證了帶式輸送機的平穩起動，并將起動過程中的沖擊及動張力減小到最低程度。避免了大功率、高帶速的直接起動，增大好幾倍動張力，沖擊帶式輸送機和各元部件，影響了各元部件及整機的穩定性及使用壽命。也避免了輸送帶出現“抖動”、“打滑”等現象，延長了輸送機的使用壽命。

2 實現多機驅動的功率平衡

大型帶式輸送機一般采用多機驅動，由于各電機間的功率分配不均，會發生偏載現象，偏載嚴重時，會損壞電機。采用調速型液力偶合器后，改變其充液量，即可調節其輸出力矩，通過電氣調節裝置操縱調速型液力偶合器勺桿的位置，調節充油量，獲得各種所需的輸出轉速，即改變調速型液力偶合器的外特性曲線，使電機與它的共同工作特性曲線相應變軟，再配上電氣自調系統，自動調節電機的負荷分配，使之趨于平衡。這樣，無論膠帶是空載還是滿載，均能使電機空載迅速啟動，而膠帶則緩慢均勻加速，使啟動加速度在0.1—0. 3m/s2范圍內，并使多機驅動，各電機的功率不平衡度在5%以內。

3 滿足滿載起動，易于實現過載保護

對于煤礦井下帶式輸送機，過載運行和滿載起動的現象很普遍。為使安全運行，必須保證輸送機在過載的情況下不輸入過大的功率。由于傳動部件與電機通過液力偶臺器連接。當出現過載時，偶合器的滑差增大，輸出轉矩也隨之增大，電機仍可在穩定工作區靠近最大轉矩點附近運轉，不致失速或悶車，有效地保護電機和傳動部件。

4 無磨損傳動，傳動平穩

由于調速型液力偶臺器的泵輪與渦輪間靠傳動介質傳遞能量，二者間無機械連接和磨損，使用壽命長。同時，隔離了電動機和負載的扭曲和振動，緩和了沖擊，延長了整機使用壽命。

5 易于實現自動控制，遠程控制

調速型液力偶合器的調節主要是控制勺管的直線伸縮，電控易配合實現自動控制。同時在多點驅動時，還可實現遠程自動控制。

6 使用維護簡單

該驅動系統傳動原理簡單，調節安裝方便，運行可靠，無特殊維修和檢修，對運行管理人員的技術水平要求不高。

7 具有良好的經濟性

在相同功率條件下，由于變頻調速驅動系統和CST驅動系統價格高昂，調速型液力耦合器驅動系統只占它們價格的幾分之一，而且以其低廉的維護費用，使得它投入使用后很快便能收回成本，充分的顯示其性價比高的優越性。

結論

煤礦井下帶式輸送機采用調速型液力偶合器大功率驅動系統，能夠有效的控制帶式輸送機的啟動，減緩沖擊，隔離振動，防止動力過載，減少電網沖擊電流，協調多機驅動功率平衡，實現遠程控制。而且能夠有效加大單機驅動功率，增強運行可靠性。這對提高煤炭日產量，推動煤礦井下用帶式輸送機乃至煤炭事業的發展有著現實的意義。所以，該系統應該在煤礦井下帶式輸送機中得到進一步推廣及應用。

[1]煤礦井下帶式輸送機多電動機驅動功率平衡的研究[J].西安科技大學，2007.