青山礦產主斜井帶式輸送機傳動裝置的選用

胡 冰

（北方重工集團有限公司設計研究院，遼寧 沈陽 110141）

1 概況

青山礦產設計年產量100萬噸，經方案比較選用帶式輸送機作為主提升設備，其主要技術參數為：

傾 角β=25°， 斜 長L=1200m， 帶 速V=2m/s， 帶 寬B=1000mm，帶強st3500，運量Q=350t/h，其傳動布置方式見圖1，成槽角采用四托輥組成60°槽角，張緊采用尾部重錘張緊，傳動裝置選用XCQ行星軟起動傳動裝置。

圖1 主斜井帶式輸送機傳動布置方式圖

2 傳動裝置的選用

2.1 選用原則

鑒于本輸送機為大傾角輸送，為降低起動過程的動張力并減少滾料的可能，確定采用軟起動裝置，而軟起動裝置的選用須考慮以下幾個原則：

（1）有良好的軟起動性能，起動過程中有較小且合理的起動加速度，以減小起動動載荷和減少滾料。

（2）有較大的帶載起動能力，以使輸送機能夠帶載起動。

（3）過載保護能力，防止輸送機的功率和力矩超過安全限度，保護電動機及傳動部件。

（4）多電機的功率平衡能力，防止輸送機功率分配不均衡而引起燒毀電動機事故。

（5）電動機空載起動或提供驗帶速度。

（6）工作的高可靠性。

2.2 現有軟起動傳動裝置分類

現有軟起動傳動裝置主要由兩類：一類是機械調節型軟起動裝置，利用調整機械系統某些參數達到軟起動目的。機械調節式軟起動裝置又分為滑差調節型和行星差速型。滑差調節型的代表產品如調速型液力偶合器和液粘離合器，行星差速型的代表產品如美國Dodge公司的CST產品和國內的XCQ行星軟起動傳動裝置；另一類是電氣調節型軟起動傳動裝置，即基于改變電動機電源參數的軟起動設備，代表產品有調壓型軟起動器和變頻軟起動器。

2.3 現有軟起動傳動裝置的性能分析

（1）軟起動性能。軟起動性能的好壞取決于速度曲線的設定及實現能力。速度曲線設定應使起動過程的加速度值較小，而尤其在于加速度數值的影響。資料給出了某一特定對象下的組合拋物線、等加速、梯形加速度起動時的動載荷仿真計算，見表1。由表1看出在起動時間足夠長時，起動加速度已經比較小，速度的曲線形狀對動載荷的影響并不大，說明了加速度突變的影響并不大。

表1 起動方式的比較

變頻軟起動裝置屬于速度控制型設備，通過頻率變化調節電動機同步轉速而實現軟起動，電動機的輸出力矩將自動平衡負載力矩。該裝置在恒力矩負載下有很好的速度控制性能。

機械軟起動裝置屬于力矩控制型設備，只有控制了輸出力矩，才能控制速度，這與變頻調速型有根本區別。因此機械軟起動裝置的力矩控制能力就決定了其軟起動性能的優劣。根據現有的機械軟起動裝置使用效果看，CST有很好的軟起動效果。

（2）帶載起動能力。只要軟起動設備的力矩輸出滿足要求就能起動輸送機并完成加速過程。電調壓型軟起動設備由于其力矩輸出與電壓平方成正比，故帶載能力極差，一般不能用于大傾角輸送。其他各種軟起動設備均能實現重載起動。

（3）過載保護能力。變頻調速器的過載保護是通過限制負荷電流實現，當電流超過某一值時報警或停機，液粘離合器和行星差速器是通過控制摩擦元件的正壓力來實現，正壓力一定時，負載加大則摩擦元件打滑。

液力偶合器在額定充液量時，過載系數決定了它的保護性能，其不能大于電動機的過載系數，否則將不能起到保護作用。

（4）多電機的功率平衡問題。受各種因素的影響，產生了功率不平衡問題，功率不平衡差異有時達30%還多，致使電機嚴重過載。解決功率不平衡問題的方法是控制驅動裝置的力矩輸出，只要電動機的力矩輸出不超過其額定值就不會燒壞電動機。對于調速型液力偶合器由于額定滑差有3%～4%，這一滑差值將使功率不平衡度得到極大改善；對于其它機械軟起動裝置通過使整體產生3%～4%的滑差或局部（過載驅動單元）調節滑差也能取得相應效果。但作為機械軟起動裝置其在小滑差狀態下的力矩控制精度決定了功率平衡的精度。機械類軟起動裝置功率平衡時的滑差變化極小，因此這時的滑差功耗對散熱影響并不大。

變頻軟起動裝置是通過調整電動機特性曲線，實際上是降低了大出力電動機的轉速來實現功率平衡的。其頻率調節精度或者轉速調節精度決定了功率平衡精度。它與機械軟起動裝置的力矩控制實質是不同的。

根據估算電動機功率超過其額定值30%時進行調整，其頻率變化也不超過1HZ。

現在采用變頻驅動的帶式輸送機有兩種運行方式，非防爆變頻器一般采用在線運行方式，防爆變頻器一般采用非在線運行方式，原因是變頻器在線工作時的功耗依然很大，據有關資料介紹，一般為10%左右，這一功耗需通過熱管散熱，當采用非在線運行時，將難以進行功率平衡。

（5）電動機空載起動問題。電動機分別延時空載起動的目的是限制電動機本身的起動電流和線路電流，所有機械類軟起動裝置均可實現。而電軟起動裝置的功能之一就是限制起動電流，故雖不能完成空載起動依然能達到限制起動電流的目的。

（6）驗帶速度。大型輸送機特別是主斜井用的鋼絲繩芯輸送機需要低速驗帶功能，低速驗帶的速度一般為0.3m/s～0.5m/s。作為變頻軟起動設備，其調速范圍較大足以滿足這一要求，而且調速時的功率并不大，功耗較小。調壓軟起動設備當電壓較低時，力矩較小，不能達此目標。機械類軟起動設備能夠實現這一速度調節及控制，但均是以吸收滑差功率、并將滑差功率轉化為熱能散發出來實現低速驗帶功能。在此我們不妨估算一下驗帶時的功耗。

以帶強st2500，帶寬B=1000，運距L=1200m，托輥直徑φ133，驗帶速度V′=0.3m/s正常運轉速度V=2.5m/s為例，空載時驅動力：

式中：F′—空載時驅動力；

CN—附加阻力系數；

f—運行阻力系數；

qt—運載、回空托輥組轉動部分單位長度質量和；

q0—輸送帶單位長度質量。

空載時負載功率：N′=F′V′=10.8KW。

液力偶合器及滑差離合器類軟起動設備，不計及滑差速度影響時空載時電動機功率：

N電機=（F′ /η）×v=97.8（KW）

式中：η：傳動裝置效率，η=0.92。

滑差損失N0=N電機-N=87（KW）。

注意到正常運轉時的帶速越高，其滑差損失越大。

這一功率相當于傳動效率為η=0.92，總功率為1087KW的驅動裝置的正常傳動消耗，這一數值還是很大的。因此滑差類軟起動裝置一般不能進行驗帶傳動，此時應考慮低速微托裝置。

行星差速軟起動裝置的驗帶功耗與滑差類軟起動設備相同。這是因為電動機轉速沒變，電動機與負載之間的力矩關系沒變，故電動機功率仍為97.8KW，滑差損失仍為87KW而消耗在行星差速機構的第三軸上，這一結論可通過理論推導證明。