煤礦用刮板輸送機變頻技術的應用

劉建偉

摘 要：刮板輸送機是綜采工作面的主要設備之一，隨著國家對煤礦高產、高效、節能要求的不斷提高，傳統的傳動方式已滿足不了新的要求。近兩年，越來越多的大功率刮板輸送機配備了變頻器傳動。通過對大功率刮板輸送機轉矩的起動、運行特性的分析，總結出刮板機變頻技術實際應用數據，并對變頻器驅動優勢進行了分析，提出了較為合理的變頻選配方案。

關鍵詞：刮板輸送機；轉矩特性；變頻技術；選配方案

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.152

1 概述

目前，國內外礦用大功率刮板輸送機的驅動方式為電機+減速器，一般采用機頭、機尾雙動力部驅動，通過鏈輪及其之間的鏈條連接，周復向機頭方向運動，把采煤機切割的煤炭運送到指定地方，通過膠帶機等設備最終實現煤炭的轉移目的。隨著驅動電機功率的不斷增大，為適應其重載軟起動特性通常配備液力偶合器、軟起動器等。近兩年隨著中壓變頻技術在刮板輸送機中的應用，一種更為適合刮板輸送機的變頻驅動方式逐漸替代了傳統的傳動方式。

2 刮板輸送機機械特性分析

刮板輸送機通過鏈條的運動將負載恒速運送至指定位置，其負載轉矩的大小一定程度上決定于其負載的大小，所以其整體上屬于摩擦性負載特性，但是又由于其通過鏈條連接，鏈條具備一定的彈性效能，在起動時和負載突變時具有一定的彈性負載特性。刮板輸送機負載特性決定了其為恒轉矩特性。

刮板輸送機在整個采煤工藝設備的最前端，根據通用選配余量功率從末端到前端逐級放大原則，刮板輸送機在配置上有很大的富余量。刮板輸送機運行中由于片幫、刮卡等因素影響，導致負載突然變大，在采、運煤過程中經常會遇到緊急停機，從而導致頻繁重載起動，為了滿足以上兩點要求，刮板輸送機也需要很大功率的選配余量。

以某井礦選配2×1000kW刮板輸送機（配置變頻器）為例。凌晨正常生產時候，對其機頭、機尾驅動部電機轉矩進行數據記錄，在大部分時間內，驅動電機在額定功率一半以下運行，從而證明了刮板輸送機功率富余量很大。

輸送機的配置富余量大小主要取決于其特殊的負載性質及驅動需求。由于片幫或者刮卡等因素，導致負載突然變大，這時就需要配置較大富余量的驅動部電機；另一個原因就是滿足重載起動的需求。

當轉矩達到其額定值的1.5倍時候起動失敗。同樣負載情況下雙機起動成功，如果壓溜煤長度再增加，起動時候負載可能會更大。基于重載起動的因素，配置電機的容量也需要很大。

3 刮板輸送機變頻驅動優勢分析

3.1 滿足重載軟起動要求

傳統刮板輸送機驅動解決重載起動，通常采用配置富余量很大的電機、雙速電機、配置液力偶合器、電氣軟起動器等方式。

從礦井的使用情況來看，隨著功率配置的不斷增大，以上起動方式雖能在一定程度上解決重載起動問題，但應用效果不理想，且造成了資源配置過大的浪費，并且以上起動方式受井下電源容量限制。采用雙電機錯峰起動方式，這也相當于減少了一半的起動轉矩。從變頻應用上來看，變頻驅動很好的解決了刮板輸送機重載問題，且起動時長可以人為控制，起動平滑性幾乎完美。

3.2 機頭機尾驅動電機功率協調

傳統的刮板輸送機拖動方式，很難做到功率的協調，變頻驅動不管在起動過程中還是在運行中，雙機很好的做到了功率的互相協調。事實證明采用功率協調可以使得頭部和尾部的多臺電機間隨負載變化準確地分配功率，不會使得一臺電機過多或者過少承擔功率，功率協調能夠很大程度上延長設備傳動部及關鍵部件的壽命。據統計，通過變頻驅動的刮板輸送機關鍵部件的壽命延長為原來的1.5倍甚至更高。

3.3 節能降耗

應用變頻驅動技術最大的優點就在于其節能降耗特性，主要表現在以下兩個方面：

（1）提高傳動效率，變頻傳動減少了機械傳動環節，傳動效率可以達到96%以上，而與之對應的液力偶合器傳動，傳動效率小于90%。

（2）通過變頻調速運行，調整電機轉矩滿足負載需求，使電機始終運行在最優效能。提高了設備的功率因數，電機的額定負載功率因數可以達到95%以上，而刮板輸送機配置電機正常運行時候負載不足一半，功率因數為60%以下，一定程度上造成了能量的浪費。采用變頻驅動，能夠根據負載的大小及時調整電機輸出轉矩，使電機的功率因數始終達到95%以上，從而減少無功做功，起到了節能降耗的效果。

（3）通過調速減少了設備的回轉運行里程，相當于減少了設備磨損，延長了設備使用壽命，提高了設備的利用率，降低了設備成本，間接的起到了節能降耗左右。

4 刮板輸送機變頻選配方案

變頻器在刮板輸送機中的應用日趨頻繁，目前井下應用的刮板輸送機變頻器機芯以ABB、西門子等國外品牌為主，輸出3300V電壓等級容量的有800kW、1000kW、1250kW、1400kW、1600kW、2200kW等。但在配套選配變頻器容量時，出現了相對混亂的狀態，比如1000kW拖動電機，在煤礦井下配置變頻器時，出現配置1000kW、1250kW、1600kW等多種配置形式，配置過小導致了井下應用時候出現重載起動困難、壓溜等問題，配置過大造成了資源的浪費及設備資金投入的過大等。

目前煤安部門沒有對刮板輸送機變頻器容量做特殊規定，在認證時候能夠達到相應的標準即可，也由于不同廠家、不同規格型號的變頻器機芯其內部參數過載參數調整的不一樣，統一標準相對困難。但是針對大多數變頻器基本能達到零速滿轉矩的要求。根據以往配置井下應用經驗，結合刮板輸送機特殊負載性質，給出的最終配置如表1。

5 結論

刮板輸送機變頻拖動技術的成功應用，表明了一種新的刮板輸送機拖動方式的興起，在應用中變頻拖動良好的重載軟起功能、極好的功率協調功能、優越的調速性能和高可靠性低維護的特性，決定了變頻拖動技術將成為刮板輸送機拖動的必然趨勢。

本文從刮板輸送機負載特性分析入手，通過大量數據統計，結合媒礦刮板機變頻拖動經驗，給出了較為合理的變頻選配方案，希望在以后的刮板輸送機變頻配置及井下應用時候具有一定的參考價值。

參考文獻

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