帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)及對(duì)比分析

武鵬程

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)，山西 靈石 031300）

引言

帶式輸送機(jī)是采掘作業(yè)面開(kāi)采的原煤主要運(yùn)輸設(shè)備，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行直接影響到礦井產(chǎn)能[1-2]。山西某礦井運(yùn)輸系統(tǒng)由10 臺(tái)帶式輸送機(jī)搭接組成，受采購(gòu)、安裝及使用時(shí)間等因素差異影響，運(yùn)輸系統(tǒng)中各臺(tái)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式各不相同，主要驅(qū)動(dòng)方式有CST、液力耦合器、變頻器+減速器、永磁電機(jī)+變頻器等。隨著礦井技改工作推進(jìn)，煤炭產(chǎn)能由原有的240 萬(wàn)t/年增至480 萬(wàn)t/年，同時(shí)隨著礦井采掘范圍的不斷增加，帶式輸送機(jī)鋪設(shè)不斷延伸，運(yùn)輸系統(tǒng)壓力增大，普遍面臨超負(fù)載運(yùn)行情況。帶式輸送機(jī)在高負(fù)載下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障頻發(fā)，從而給礦井原煤運(yùn)輸帶來(lái)較大制約。

1 山西某礦工程概況

山西某礦經(jīng)技改后產(chǎn)能增加至480 萬(wàn)t/年，可采煤層包括2、3、4 號(hào)和5 號(hào)等煤層。根據(jù)礦井開(kāi)拓及回采巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)，礦井運(yùn)輸巷道主要集中在煤層中并通過(guò)煤倉(cāng)、帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)，具體井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)布置情況如圖1 所示。

圖1 原煤運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

礦井原煤運(yùn)輸系統(tǒng)由10 臺(tái)帶式輸送機(jī)搭接而成，其中2 臺(tái)輸送機(jī)通過(guò)液力耦合器+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)、3 臺(tái)輸送機(jī)通過(guò)CTS+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)、2 臺(tái)采用變頻器+減速器+永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)、3 臺(tái)輸送機(jī)采用變頻永磁電機(jī)+聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)。受到原煤運(yùn)輸任務(wù)繁重、運(yùn)輸距離長(zhǎng)等因素影響，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)中帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置不同程度存在故障率高、能耗大及機(jī)械沖擊等問(wèn)題，已不能滿足煤炭高效運(yùn)輸需要。為此，本文依據(jù)礦井運(yùn)輸需要對(duì)驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以期提高礦井原煤運(yùn)輸系統(tǒng)工作效率。

2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)及比對(duì)分析

2.1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

為提高礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)工作效率，本文提出下述三種驅(qū)動(dòng)方案，具體如下[3-5]：

1）將帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一改造為CTS+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

2）將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一更換為永磁電機(jī)+變頻器驅(qū)動(dòng)方式。

3）將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一更換為變頻永磁電機(jī)直驅(qū)方式。

2.1.1 CTS+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

采用此種驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，需要改造7 臺(tái)帶式輸送機(jī)，雖然CTS+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案可滿足帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)及重載運(yùn)輸需要，但是面臨驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低及能耗高等問(wèn)題。

2.1.2 永磁電機(jī)+變頻器驅(qū)動(dòng)方案

采用此種驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，需要對(duì)7 臺(tái)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用變頻器+聯(lián)軸器+永磁電機(jī)+驅(qū)動(dòng)滾筒連接方式，具體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。在具體改造時(shí)需要在帶式輸送機(jī)上增設(shè)驅(qū)動(dòng)裝置支架，更換原有的聯(lián)軸器并新增硐室放置變頻器。

圖2 永磁電機(jī)+變頻器驅(qū)動(dòng)方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1.3 變頻永磁電機(jī)直驅(qū)方案

采用此方案時(shí)，需要將井下7 臺(tái)帶式帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)一更改為變頻永磁電機(jī)直驅(qū)，具體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接方式為變頻永磁電機(jī)+聯(lián)軸器+驅(qū)動(dòng)滾筒，具體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)溥B接方案如圖3 所示。選用此種方案時(shí)，需給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增設(shè)新的支架及冷卻裝置，取消原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的減速器、高速聯(lián)軸器，同時(shí)需要對(duì)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)地基進(jìn)行重新改造。

圖3 變頻永磁電機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2 驅(qū)動(dòng)方案對(duì)比分析

CTS+減速器+電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案具有改造成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是面臨技術(shù)不先進(jìn)、故障發(fā)生率高、傳動(dòng)效率低及能耗高等問(wèn)題；永磁電機(jī)+變頻器驅(qū)動(dòng)方案具有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性強(qiáng)、故障發(fā)生率低、后期維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于永磁電機(jī)、變頻器相互獨(dú)立，需要有單獨(dú)的空間放置變頻器，設(shè)備占用空間大；變頻永磁電機(jī)直驅(qū)方案具有后期維護(hù)工作量小、傳動(dòng)效率高、能耗低、占用空間小等優(yōu)勢(shì)，但是存在設(shè)備價(jià)格昂貴等問(wèn)題。具體不同驅(qū)動(dòng)方案對(duì)比見(jiàn)表1[6]。

表1 驅(qū)動(dòng)方案對(duì)比

綜合考慮改造成本、帶式輸送機(jī)全壽命周期能耗及后期礦井智能化建設(shè)方面，最終選擇使用變頻永磁直驅(qū)方案對(duì)礦井帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行改造。具體采用的變頻永磁直驅(qū)方案技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）故障發(fā)生率低、后續(xù)維護(hù)簡(jiǎn)單：由于變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)通過(guò)變頻永磁電機(jī)、聯(lián)軸器直接與轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒連接，系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)減速機(jī)、液力耦合器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)以及故障發(fā)生率降低。

2）調(diào)速范圍更寬：變頻永磁電動(dòng)較異步電機(jī)調(diào)速范圍更寬，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、超低速運(yùn)行速度在0.5 m/s以內(nèi)運(yùn)行，最高2 倍額定轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng)。

3）實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡：變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)采用主從控制方式，可有效避免多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)由于功率不平衡導(dǎo)致電機(jī)損壞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)功率平衡。同時(shí)通過(guò)內(nèi)置的各種傳感器實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱、過(guò)壓、過(guò)流以及欠壓等保護(hù)，提高運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸穩(wěn)定性。

4）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：真空灌封后變頻永磁直驅(qū)電機(jī)繞組在耐電暈、導(dǎo)熱性、機(jī)械強(qiáng)度方面均有所提升，并在防塵、防水及防污染方面效果明顯。

5）冷卻方式好：永磁直驅(qū)電機(jī)外殼為雙層設(shè)計(jì)，外殼中間有蛇形散熱通道，冷卻效果好，在有水環(huán)境中即可采用水冷方式降溫，冷卻水要求為：流量＞2.8 t/h，水壓0.3～0.8 MPa。井下壓水管路即可滿足冷卻水需求。

3 結(jié)論

本文結(jié)合山西某礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出CTS+減速器+電機(jī)、變頻器+永磁電機(jī)、變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案，并對(duì)不同驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行比對(duì)分析。綜合礦井后續(xù)運(yùn)輸需要、經(jīng)濟(jì)性等方面，最終選擇采用技術(shù)先進(jìn)、能耗低的變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)改造完成后，帶式輸送機(jī)工作效率得以提升，同時(shí)由于井下10 臺(tái)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均改造為變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)，后續(xù)可通過(guò)構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各臺(tái)設(shè)備的智能化控制，進(jìn)一步提升運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性及工作效率。