帶式輸送機驅動系統技術現狀及發展趨勢

王傳奇

（國能珠海港務有限公司，珠海 519040）

帶式輸送機廣泛應用于礦井、火力發電廠、散貨碼頭等場所的輸送皮帶機系統上。隨著技術的發展，帶式輸送機在速度、長度、輸送量、安全性與穩定性等方面都得到了大幅提升。驅動系統作為輸送皮帶機的核心裝置，其技術發展尤為重要，目前驅動系統正逐步向著簡單、可靠、操作方便的方向發展，更多的新技術在該領域得到應用，為相關行業運輸效率的提高提供了可能。

1 帶式輸送機典型驅動系統技術現狀

1.1 CST驅動系統

可控起動傳輸（Controlled Start Transmission，CST） 驅動系統由電動機、液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、控制系統和滾筒組成，是一個可進行微機閉環控制的機-液傳動系統，在老式皮帶輸送機上應用十分廣泛，屬于傳統的驅動系統。在電機施加負載之前，該系統會保持電機空載驅動。同時，在電機行星齒輪傳動的內圈內設置有粘液離合器，設備空載時輸出轉軸不工作。在電機逐漸達到額定功率時，利用油膜剪切力傳遞扭矩，可以快速實現CST控制輸出功率與力矩等功能，驅動系統的離合器對控制系統進行精確調節與控制，并逐漸啟動，使得CST驅動系統能夠穩定工作[1]。該系統的電動機空載啟動對設備沖擊比較小，能提供可調平滑無沖擊的啟動力矩，帶速調整范圍為10%～90%，有完善的控制及監控系統，輸出的功率也比較高。但是，該系統占用空間大，部件組成多，液壓系統復雜，液壓系統維護難度大，跑冒滴漏問題多，且對維護人員技術要求較高。

1.2 異步電機帶液力耦合器驅動系統

液力耦合器驅動系統由電動機、液力耦合器、減速機、滾筒和控制系統組成。異步電機帶液力耦合器驅動系統在當前輸送皮帶機中使用占比最高。該系統工作時，先由異步電機將動力傳遞給液力耦合器，再經液力耦合器動力緩沖，利用液力耦合器渦輪間的液體壓強差將動力傳遞給減速機，經減速機減速后實現低速高扭力轉動，最后動力傳遞給驅動滾筒，再由驅動滾筒帶動輸送皮帶輸送物料，驅動系統圖見圖1。液力耦合器驅動系統的啟動靈活，操作簡便，具有一定的抗沖擊荷載能力。但是，液力耦合器是一種機械調速裝置，工作時功率損失較大，油壓溫度容易過高，易造成液力耦合器損壞，系統占用空間大，液力耦合器及減速機密封點較多，易發生漏油現象，從而給日常維護增加工作量，且減速機更換油封及整機維保檢修周期長，會影響流程作業效率[2]。

1.3 變頻調速驅動系統

變頻調速驅動系統由電動機、變頻控制器、聯軸器、減速機和滾筒組成，是近5年應用比較先進的驅動系統，其核心在于高壓變頻器。該系統可以靈活控制電機轉速，其變頻調速主要分為“交流電—直流電—交流電”與“交流電—交流電”兩種類型，且在不同的驅動裝置上具有不同的功能。該系統的變頻功能首先是將交流電轉換為直流電，然后再用逆變器將直流電轉換為交流電，具有功率因數高、電路諧波電流小等優勢，且不需要諧波吸收裝置。在電機啟動時，該系統的穩定性較好，且驅動裝置的調速頻段較廣，可以實現無極變速，因此在帶式輸送機負載較大時也可以穩定啟動，但其體積較大，需要占用較大的空間進行安置。“交流電—交流電”的主要功能是將額定頻率恒壓轉換為變頻電壓，驅動設備運行比較穩定，但該驅動裝置的功率因數不高，對驅動裝置的局部網絡電流電壓影響比較大[3]。其技術特性為：軟啟動性能好，啟停速度曲線可控，可靠性高。但是，整套系統價格昂貴，機械及電控設備占地空間大，電控系統較復雜，減速機密封點較多，易發生漏油現象，且日常維護工作量大，減速機檢修周期長，會影響流程作業效率。

1.4 電動滾筒驅動系統

電動滾筒驅動系統由電動機、傳動機構和滾筒組成，該裝置主要是將傳動機構與電機安置在滾筒內腔而形成的一種電動滾筒式的驅動系統，其安全穩定性較高。該系統中的內置傳動機構尤為重要，根據不同工作場合和環境，傳動機構有漸開線齒輪平行軸定軸傳動、漸開線行星齒輪傳動、差動輪系傳動、擺線針輪行星傳動、諧波齒輪傳動和變速軸承傳動等形式。這種結構方式使電動滾筒占用的空間體積更小，內部結構更加緊密，輸出功率更加穩定，而且具有啟動及運轉穩定、操作比較簡便、機械噪聲較小、運輸速度快的特點。但是，電動滾筒驅動技術因受到轉速與功率的限制，會影響帶式輸送機的輸送能力，電動滾筒只適用于帶式輸送機功率較小、運輸距離較短的場合。該系統的電動滾筒具有結構緊湊、占據空間小、傳動效率高、噪聲低、運轉平穩和安裝方便的特點，但內置設備運行狀況不易被檢查和監測，設備損壞維修不方便，不適合長距離大運量輸送場合，所以不符合帶式驅動機的發展趨勢。

2 帶式輸送機驅動系統的發展趨勢

2.1 永磁滾筒驅動系統的工作原理

作為一項新技術，永磁滾筒驅動系統已經在很多領域得到了應用。同時，作為帶式輸送機的驅動系統，它主要由智能變頻器、永磁電動滾筒以及冷卻裝置組成。永磁滾筒采用外轉子永磁技術，工作時永磁直驅滾筒軸固定不動，相當于電機的定子部分，定子鐵芯由硅鋼片疊加固定在軸上，其中嵌入定子繞組，當定子繞組有三相對稱交流電流過時即可產生恒定的旋轉磁場。滾筒筒面相當于電機的轉子部分，轉子由硅鋼片疊加固定于筒的內表面上，內部嵌入釹鐵硼永磁體，將產生永久的靜止磁場，通入對稱三相交流電后電機工作，即滾筒工作。滾筒包膠采用陶瓷材料制作而成，在使用過程中摩擦力大，能夠防止皮帶打滑，而且陶瓷更加耐磨，滾筒使用壽命更長，從而確保皮帶輸送機長周期穩定運行[4]。

2.2 永磁滾筒驅動系統的應用特征

2.2.1 效率高，電能消耗低

永磁直驅系統的工作效率為91%～95%。其電動滾筒采用永磁材料構成，能夠節約制造材料。與傳統異步電機相比，它的能耗降低了15%～20%。 同時，作為帶式輸送機的驅動系統，該系統具有廣闊的應用前景。

2.2.2 動力強勁，重載啟動效果顯著

永磁直驅電機的啟動性能良好，主要采用智能變頻器自動控制電流輸入，啟動時可以輸出2倍以上的額定荷載轉矩，以滿足輸送皮帶機重載啟動的要求。永磁直驅電動滾筒驅動系統的啟動特性如圖2所示，與傳統的驅動系統相比，它的短時過載時間比較短，節約能耗十分明顯。

2.2.3 系統結構簡單，噪聲低

永磁直驅滾筒直接與帶式輸送機連接在一起，省去了液力耦合器、減速器、聯軸器等設備，系統的結構更為簡單，設備安裝周期短。同時，因為無機械傳動設備，所以實現了無齒驅動，噪聲污染大大降低，從而改善了現場工作環境。

2.2.4 占用空間小，方便維護

驅動系統與滾筒設計為一體，能夠節省大量空間，適用于各種工作場合。其他帶式輸送機驅動系統的機械傳動及控制設備多、故障因素多、設備維護工作量大，但永磁直驅系統日常僅需定期補充潤滑脂，根據滾筒磨損情況更換滾筒包膠即可，基本做到了免維護，系統可靠性高，能夠節約企業設備維護成本。

2.2.5 通信接口更為豐富

永磁直驅電機滾筒能夠應用于多個場合，其控制系統具有體多種通信接口，能夠與監控中心、輸送機的運行狀態等連接在一起，從而實時監控設備的運行狀態，保證帶式輸送機平穩、可靠、安全工作。

2.3 永磁滾筒驅動系統的應用及發展前景

將永磁滾筒和變頻器應用于皮帶機的驅動系統，提高了帶式輸送機的工作效率，而且永磁滾筒直驅系統取消了減速機、液力耦合器、液壓系統和聯軸器等裝置，設備結構更加簡單。另外，采用永磁電機技術、直驅傳動技術、外轉子電機技術以及結合陶瓷驅動滾筒組成的新型驅動設備，可以作為各種類型皮帶輸送機的驅動設備，永磁滾筒驅動運行穩定，日常維護量很小，且節能低碳環保，符合國家政策。同時，在該系統中配合永磁滾筒在線監測及智能診斷系統能夠增加系統的安全可靠性，從而使該系統積極向建設智能化、綠色港口發展。然而，目前大于710 kW的永磁驅動設備還沒有企業應用案例。隨著技術進一步發展，大功率永磁滾筒驅動系統會應用在更多的場合[5]。

3 結語

通過分析各類帶式輸送機驅動裝置與技術的優缺點，深入分析了帶式輸送機在不同工作環境中對驅動系統功能的要求和對大型煤礦、電力企業、港口碼頭等工作環境的要求。同時，對永磁直驅電動滾筒驅動技術進行深入的分析，并探討了永磁直驅電動滾筒技術的工作原理、優勢與工作特征，這種技術優勢明顯，且節能環保，符合國家發展方向，可以應用于長距離、大運量的輸送皮帶機上，對帶式輸送機行業發展能夠起到積極的作用。