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大功率胶带输送机的启动控制
发布时间：2013-10-11 09:01 来源：未知
1、问题的提出
胶带输送机是目前煤矿运送煤炭最常用的方法之一。为达到更高的生产效率和更低的输送成本，要求输送机单机长度和功率均要增大，这给胶带机驱动技术提出了新课题。
大功率胶带输送机胶带是一个弹性体，当电机给输送带系统加上力矩，输送带受力而变形时，输送带越长，加载时间越短，储存的能量就越大，迅速释放这些能量会对带式输送机部件产生极大的冲击力，力的频谱可能会与输送机的某一部件的谐振频率共振而导致整个系统被破坏。如果能使驱动系统缓慢地对输送带加力，就可以最大限度地减少输送带局部过大的变形，从而避免上述情况的发生。因此在输送机的设计、选型过程中，必须解决这些控制问题。
2、解决问题的方法
目前国内外对大功率胶带输送机的传动要求及驱动设备作了大量研究，并研制开发了适合大功率胶带输送机起动特性的多种驱动系统。
2.1 CST技术的应用
CST是由美国Rocwell Automation4)odge公司研制开发的一种新型机电一体化产品。它由多级齿轮减速器，湿式、线形离合器，液压系统及控制系统组成，湿式、线形离合器由多个动片和静片交叉、叠合而成，动片组经外齿花键与行星轮系的内齿圈连接，静片组经内齿花键与固定在减速箱土的轴套连接，离合器的动作由环形液压缸操作。
平行轴式CST为二级齿轮减速器，第一级是斜齿轮而第二级是行星齿轮，输入轴与鼠笼式感应电动机连接，输出轴与负载相接，电动机起动后，多片型离合器的液压缸上不加压，动、静片之间有较大的间隙。输入轴经一级齿轮减速后，带动行星轮系的太阳轮1旋转，由于动、静片之间的间隙大，动片的转动不受阻，内齿圈4可自由转动，使得行星轮2只能自转，行星架3和输出轴不能动，从而达到无载起动的目的，当达到额定转速稳定运行后，通过环形液压缸向离合器的动、静片上加压，使离合器结合，带动负载起动。
CST设计的目的是用来平滑地起动高惯性负载，通过改变加在离合器上的液压压力，来改变CST的输出力矩。
2.2调速型液力偶合器
调速型液力偶合器相当于离心泵和涡轮机的组合，当电机通过液力偶合器输入轴驱动泵轮时，泵轮如一台离心泵，使工作腔中的工作泵轮叶片流道向外缘流动，液流流出后，穿过泵轮和蜗轮间的空隙，冲击蜗轮叶片以驱动蜗轮，使其象涡轮机一样把液体的动能和压能转变为输出机械能；然后，液体又经蜗轮内缘流道回到泵轮，开始下一次的循环，从而把电机的能量柔性地传递给工作机。工作腔中充液量的变化可改变蜗轮的转速，因而通过勺杆位置的调节，改变工作腔内工作液体的多少，就可以实现胶带机的软起动。
2.3经济型软起动液力偶合器
美国Dodge生产的CKCP型偶合器在设计中加入了较大容积的延时充填辅腔，主工作腔与辅腔之间经过标定直径的注油孔相通，起动前，辅腔存有一部分油，从而减少了主腔中的油量，使电动机迅速起动完毕并降低起动力矩，在起动中，辅腔中的油以正比于输出转速的速率向主腔注油，逐步增大传动力矩，当起动完毕后，辅腔中的油基本全部注入主腔，偶合器处于正常工作状态。
2.4交流电动机软起动控制器
我国带式输送机有关技术标准对起动时的曲线形状均无特殊要求，一般为线性，对加（减）速度反提出0.1～0.3s2的要求，但实验证明，线性加速不是最佳方法，而用“S”曲线可取得良好效果。实验室实验表明，以同样时间起动电动机（软起动），用“S”形曲线比直线平稳得多，振动噪声亦小。该起动速度曲线可用下式表示：
由上图可看出，三条曲线较平滑，特别是加速度曲线过零点，在起动初期及起动结束时加速度均很小，体现了起动过程的稳定性，冲击小。
国内一些电控设备研究单位开发的交流电动机软起动器大多是以反并联的晶闸管组为开关，以软起动交流调压方式限制电动机的起动电流，以使电机拖动的机械传动系统平稳地过渡到额定转速。新近开发的QJR1型交流电动机软起动器在吸收了国内同类产品优点的同时又作了重大改进，其核心采用英国Eurotherm公司的传动控制器，它由带速传感器构成速度反馈外闭环，电流反馈作为内闭环组成双闭环调节系统，来控制大功率晶闸管元件，在电动机的起动过程中，系统根据带速传感器反馈信号和按用户要求预设的”S，J型曲线调节晶闸管的导通角由180°移到0°，软起动控制器的输出电压也由0v逐渐升到额定电压，从而保证电动机起动加速度在0.1m/s2≤a≤0.3m/s2范围内电机平滑可靠地完成起动过程。当电动机起动过程完成后，由传动控制器控制交流接触器吸合，短接所有的晶闸管，使电动机直接投入电网全压运行。
3、软起动技术比较
3.1 CST技术的特点
(1)对于带式输送机可以使用多台CST，起动负载之前驱动电机空载起动，而CST输出轴并并不运动，在电机达到额定速度之后，通过控制系统使每台CST离合器的液压力逐渐增加来缓慢、平稳地对输送带张紧，然后输送带平稳地加速到满速。故而输送带受力平稳，输送带的安全系数取值可以相应降低。由于电机的选择是基于运动条件而不是起动条件，因此使用CST时，电机的功率及尺寸可以达到最小。
(2)CST是一种新型机电一体化产品，其控制系统较为复杂，现场维护人员需要专门培训，其较高的价格，也是我国用户在选用时必须考虑的因素之一。
3.2调速型液力偶合器的特点
(1)能实现电动机空载起动，并可利用其尖峰力矩作起动力矩，提高其起动能力，减少对电网的冲击；多机驱动时，采用平衡调节装置，能实现功率平衡，从而有效地避免电机过载，�；さ缍�；能够隔离扭振，减缓冲击，过载时能自动产生滑差而卸载，从而�；ぴ�、工作机不因过载而损坏。
(2)由于调速型液力偶合器体积较大，因此在井下巷道布置时，往往需要较大的空间，这样就增加了基建投入；如密封不好，产生漏油现象，给井下使用、维护带来不便；根据现场经验，胶带长度若大于4km，则调速型液力偶合器较难满足要求。
3.3交流电动机较起动控制器的特点
(1)控制器能够按“S“形曲线起动，是目前较为理想的软起动的器件，“S”形曲线由计算机生成，并能根据现场如胶带的长度，倾角的大小等不同情况，方便地加以调整，以满足不同工况要求，系统闭环运行，起动时间不随负载大小而改变。
(2)由于受器件的限制目前远未有6kV等级的交流电机软起动器，只能对额定电流在300A以下电机进行软起动根据隔爆原理软起动器箱体隔爆面之间应有一定的间隙，而防尘防水的要求是间隙尽量小，因此对防爆不作要求的地点，应另采取措施防尘、防水。
4、结束语
大功率胶带输送机起动控制技术的应用，降低了起动电流对电网的冲击，减少了在起动过程中对胶带机的机械冲击。因为降低了起动加速度，增加了起动时间，从而降低了动张力，这样胶带强度可降低，胶带的厚度也可少，如厚度不降低则可延长使用寿命，因此可取得较大的经济效益。使胶带机运行更加平稳。
如何解决大功率胶带输送机起动又是一个综合性问题，设计人员应根据不同的长度，倾角以及带式输送机的重要性等各种条件进行比较，从技术经济角度综合考虑来决定最佳起动方式。
