0、前言
    由于帶式輸送機具有運行可靠、效率高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，目前已成為我國煤礦井下的主要運輸設(shè)備。帶式輸送機在煤礦井下運煤系統(tǒng)中所占比重越來越大，許多煤礦已實現(xiàn)了“運煤皮帶化”。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料介紹，從1986年至1997年的12年中，煤炭部屬帶式輸送機制造廠新生產(chǎn)的帶式輸送機就有5711臺，折合輸送長度為266萬米。如果算上其它都與礦務(wù)局機修廠生產(chǎn)的，那煤礦新投入使用的帶式輸送機的數(shù)量，還要大得多。如此大量的帶式輸送機在煤礦中使用，除了要求技術(shù)先進、性能優(yōu)良外，還必須要求其經(jīng)濟合理性，只有這樣，才能為國家產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。進入九十年代后，我國加速推進了煤礦生產(chǎn)集中化，出現(xiàn)了一批高產(chǎn)高效礦井，并有逐年增長的趨勢。93年建成12個高產(chǎn)高效礦井，94年建成21個，95年建成56個，96年建成70個。高產(chǎn)高效礦井的運煤系統(tǒng)全是帶式輸送機輸送，而且大多數(shù)為大型帶式輸送機。這表明近年來我國煤礦用帶式輸送機正在向長運踞、高帶速、大運量、大功率方向發(fā)展。啟動問題是帶式輸送機，尤其是大型帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)，此關(guān)鍵技術(shù)不僅關(guān)系到輸送機的啟動性能，而且還直接影響輸送機的經(jīng)濟效益。因此在帶式輸送機設(shè)計中，必須考慮與解決啟動問題。目前國內(nèi)外都是采用軟啟動技術(shù)來解決帶式輸送機的啟動問題。
1、采用軟啟動的必要性
    帶式輸送機軟啟動就是在設(shè)定的啟動時間內(nèi)，通過控制輸送帶啟動加速度值，來確保輸送機按所要求的速度曲線（見圖一）平穩(wěn)啟動，并達到額定運行速度；同時使電動機的啟動電流與輸送帶的啟動動張力控制在允許范圍內(nèi)。
    一個好的帶式輸送機設(shè)計，不僅要達到技術(shù)先進，而且還要有良好的經(jīng)濟性——降低費用（制造成本、日常維護費用）和提高產(chǎn)量。在設(shè)計中，首先碰到的是各主參數(shù)之間的匹配，要求經(jīng)濟合理。從圖二可知，在運輸量相同條件下，當輸送距離大于1公里的帶式輸送機的制造成本，以帶寬窄與帶速高相匹配較為經(jīng)濟合理，可以降低制造成本。從圖中的A、B兩點可知，單位長度的制造成本分別為200美元／米與400美元／米，相差約一倍。其次在相同的輸送距離內(nèi)，應(yīng)力求增大輸送機單機長度。這樣可以減少轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，也就是可以省去轉(zhuǎn)載點的維護人員與避免轉(zhuǎn)載點的事故發(fā)生（即提高開機率），降低了日常維護費用與提高產(chǎn)量。另外，輸送機越長，輸送帶在單位時間內(nèi)往返循環(huán)次數(shù)越少，輸送帶及其接頭損壞程度也隨之降低，延長了輸送帶與接頭的使用壽命。輸送帶費用一般要占到整機費用的40%左右，可見加大輸送機單機長度，其經(jīng)濟效益是相當顯著的。雖然高帶速、長運距可以獲得較大的經(jīng)濟效益，但使啟動時的二個技術(shù)難題更為突出：(1)啟動困難；(2)啟動時瞬時沖擊。對于帶式輸送機，尤其是大型帶式輸送機，如果不采用軟啟動，而是直接啟動（即硬啟動），將會給帶式輸送機造成相當大的危害：①輸送帶打滑，不能啟動，更不能滿載啟動；②加大輸送帶啟動時的動張力，造成對元部件的瞬時沖擊：③加大電動機的啟動電流，造成外界電源電壓的下降。這些危害將直接造成輸送機的停車事故，降低開機率。煤礦用帶式輸送機，由于井下工況的特殊要求，經(jīng)常需要滿載啟動，再加上大型帶式輸送機在煤礦使用量越來越多。因而，在帶式輸送機，尤其在大型帶式輸送機設(shè)計中，必須要考慮與解決啟動的關(guān)鍵技術(shù)。在帶式輸送機上采用軟啟動，就可消除硬啟動所產(chǎn)生的危害，并具有以下優(yōu)點：
    (1)確保啟動平穩(wěn)性，實現(xiàn)滿載啟動：
    (2)減少啟動時輸送帶動張力，可以降低輸送帶安全系數(shù)與對元部件的機械強度要求：
    (3)減少對外界電源的電流與電壓的沖擊；
    (4)降低帶式輸送機制造成本與日常維護費用。
    由此可見，軟啟動技術(shù)不僅可提高帶式輸送機的啟動性能，而且還為用戶帶來明顯的經(jīng)濟效益，已成為帶式輸送機是否達到技術(shù)先進的標志之一。
2、技術(shù)經(jīng)濟比較
    帶式輸送機的軟啟動是通過軟啟動裝置來實現(xiàn)的，所以選擇何種軟啟動裝置是至關(guān)重要的．應(yīng)從以下三個方面來考慮與選擇軟啟動裝置：(1)必須滿足帶式輸送機軟啟動要求；(2)價格要經(jīng)濟合理；(3)使用維護要簡便，工人易于掌握，
    根據(jù)帶式輸送機在煤礦井下的使用工況，帶式輸送機對軟啟動裝置有以下的技術(shù)要求：
    (1)啟動時間隨帶式輸送機主參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)，使輸送機按照圖一所示的速度曲線平穩(wěn)啟動，并能實現(xiàn)滿載啟動；
    (2)確保輸送帶啟動加速度值≤0.3m/s2，使輸送帶啟動動張力控制在允許范圍內(nèi)；
    (3)在多機驅(qū)動時，還應(yīng)具有功率平衡的功能：
    (4)電動機應(yīng)能空載啟動，在多機驅(qū)動時，還應(yīng)具有能使電動機錯開啟動時間的功能；
    (5)具有過載保護功能；
    (6)啟動時，必須降低對外界電源的電流與電壓的沖擊，并盡量避免對外界電源產(chǎn)生污染：
    (7)在輸送機短時停車時，還應(yīng)具有可以不停電動機的功能：
    (8)操作維護要簡便，工人易于掌握。
    帶式輸送機軟啟動裝置有好多種，目前國內(nèi)外帶式輸送機較常用的軟啟動裝置有三種：(1)差動輪系液粘調(diào)速裝置(CST)；(2)變頻調(diào)速裝置；(3)液力調(diào)速裝置。
2.1_差動輪系液粘調(diào)速裝置
    差動輪系液粘調(diào)速裝置，由行星齒輪減速器與可控液粘離合器組成，見圖三。其工作原理：通過調(diào)節(jié)離合器中的油壓、利用摩擦片間所形成的油膜的動力粘性來傳遞動力，并控制減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達到輸送機的軟啟動。電動機轉(zhuǎn)速通過行星齒輪減速器的輸入軸、中間齒輪，傳遞給太陽輪，太陽輪使三個行星輪旋轉(zhuǎn)。與離合器中的動摩擦片相連接的內(nèi)齒圈是浮動的，可作自由轉(zhuǎn)動。當離合器中無油壓時，行星輪使自由浮動的內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，從而使行星輪托架不轉(zhuǎn)動，減速器輸出軸就靜止不轉(zhuǎn)。當對離合器逐漸施加油壓時，兩摩擦片間油膜所產(chǎn)生的粘性剪切力矩，使內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速逐漸下降，直至停止轉(zhuǎn)動。此時行星輪托架就逐漸加大轉(zhuǎn)速，直至達到額定轉(zhuǎn)速。通過控制離合器中的油壓與油壓施加時間，就可使輸送機按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動。該裝置優(yōu)點是啟動時調(diào)速精度高，可以變速運行。缺點是產(chǎn)品依賴進口，價格昂貴；使用維護要求高，對油的粘度與清潔度要求特高；使用過程中的備品備件必須進口，事故處理也依賴外國公司。
2.2變頻調(diào)速裝置
    變頻調(diào)速裝置主要由功率器件- IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理：通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。根據(jù)公式一所示（n為電動機轉(zhuǎn)速、f為交流電源頻率、P為電動機極對數(shù)），電動機轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系。當交流電源的頻率由小到大變化時，電動機轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的時間，就可使輸送機按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動，達到輸送機的軟啟動。該裝置優(yōu)點是啟動時調(diào)速精度高，可以變速運行，調(diào)速范圍大。缺點是電動機不能空載啟動；防爆產(chǎn)品依賴進口、價格昂貴：控制復(fù)雜、使用維護要求高，對環(huán)境溫度與清潔度要求高；使用過程中的備品備件必須進口，事故處理也依賴外國公司。雖然電抗器可以減少對外界電源的污染，但頻率改變，還是對電源有一定程度的污染。如果是在井下使用，功率器件的發(fā)熱問題也是必須要解決的一個技術(shù)難關(guān)。
2.3液力調(diào)速裝置
    液力調(diào)速裝置主要由液力偶合器、電動執(zhí)行器、稀油潤滑裝置與油箱等組成，見圖四。其工作原理：是利用傳動介質(zhì)來傳遞動力，通過調(diào)節(jié)偶合器工作腔內(nèi)充液量的多少，來控制偶合器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達到輸送機的軟啟動。先由電動機帶動偶合器的泵輪空運轉(zhuǎn)，然后向偶合器工作腔中注入傳動介質(zhì)液。當導(dǎo)流管處于最里邊位置時，進入工作腔中的傳動介質(zhì)液全部由導(dǎo)流管流回油箱，此時渦輪與輸出軸不轉(zhuǎn)動。當電動執(zhí)行器帶動導(dǎo)流管緩慢向外移動時，進入導(dǎo)流管流回油箱的傳動介質(zhì)液逐漸減少，而進入工作腔中的傳動介質(zhì)液逐漸增多。在高速旋轉(zhuǎn)的泵輪葉片帶動下，傳動介質(zhì)液形成高壓高速液流，沖向渦輪葉片，使渦輪與輸出軸逐轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動起來。隨著工作腔內(nèi)傳動介質(zhì)液的不斷增多，渦輪與輸出軸的轉(zhuǎn)速也就逐漸增加，直至達到額定轉(zhuǎn)速。只要控制導(dǎo)流管向外移動速度，就可使輸送機按照設(shè)定速度曲線平穩(wěn)啟動。該裝置優(yōu)點：啟動時調(diào)速精度較高，也可變速運行，運行可靠，結(jié)構(gòu)簡單．操作維護方便，價格低廉，國內(nèi)有成熟產(chǎn)品可供貨。缺點：調(diào)速范圍小，在低速運行時效率低。
    除了上述三種軟啟動裝置外，最近國內(nèi)煤礦還出現(xiàn)一種電的軟啟動裝置。從原理上來分析，實際上是一種降壓啟動。過去曾在帶式輸送機上使用過，后因這種啟動方式由于存在下列缺陷，目前已較少使用。(1)由于降壓啟動，在低轉(zhuǎn)速時，電動機輸出轉(zhuǎn)矩不大，滿載時有可能啟動不起來。(2)降壓后會產(chǎn)生諧波，對外界電源有相當大的污染。(3)在多電機啟動時，電動機不能順序錯開啟動，只能是幾臺同時啟動，原因是最先啟動的這臺電動機由于轉(zhuǎn)矩小而發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。(4)在啟動過程中，高爆高壓開關(guān)經(jīng)常會跳閘。(5)沒有功率平衡的功能，也不能空載啟動。目前這種電的軟啟動裝置雖然比降壓啟動有了一些改進，但上述缺陷還是解決不了。因此這種啟動裝置一般用于轉(zhuǎn)載機或小型帶式輸送機上，而且只能是單電機驅(qū)動。
    上述三種軟啟動裝置各有優(yōu)缺點，但都能滿足帶式輸送機的軟啟動要求。對于運送一般物料的帶式輸送機來說只有軟啟動的要求，而無變速運行的要求。帶式輸送機在常用機械設(shè)備中屬于不太精密的設(shè)備，對啟動時的調(diào)速精度和運行要求都不是很高，即使啟動加速度值有些波動，也不太會影響帶式輸送機的軟啟動性能。．但這三種軟啟動裝置的價格相差懸殊，差動輪系液粘調(diào)速裝置價格最高，其次是防爆變頻調(diào)速裝置，最低的為液力調(diào)速裝置。液力調(diào)速裝置與前二種相比價格至少相差8～10倍以上。從日常維護費用來看，液力調(diào)速裝置也是最低的，因為前二種調(diào)速裝置的備品備件是進口的。
    通過上述對三種軟啟動裝置的技術(shù)經(jīng)濟分析比較，可以看出，液力調(diào)速裝置運行可靠，操作維護簡使，價格低廉，又能全部滿足帶式輸送機軟啟動要求，產(chǎn)品國內(nèi)可以解決。因而選擇液力調(diào)速裝置作為帶式輸送機的軟啟動裝置不僅是技術(shù)可行，而且也經(jīng)濟合理。調(diào)速精度太高的軟啟動裝置對帶式輸送機來說，技術(shù)上沒有必要，經(jīng)濟上也是一種浪費。需要經(jīng)常變速運行或?qū)�啟動加速度精度有特殊精度要求的設(shè)備，如船舶航行、門式起重機行走以及電梯運行等，采用差動輪系液粘調(diào)速裝置與變頻調(diào)速裝置是合適的，才能最大限度地發(fā)揮這二種裝置的優(yōu)勢。德國專家把這二種調(diào)速裝置與液力調(diào)速裝置形象地比喻為本茨車與大眾車，大人上班用本茨車，學(xué)生上學(xué)用大眾車就夠了．在我國目前煤礦的管理水平、技術(shù)水平、資金狀況以及人員素質(zhì)都較低的情況下，采用差動輪系液粘調(diào)速裝置與變頻調(diào)速裝置是有相當大的困難，而采用液力調(diào)速裝置作為帶式輸送機的軟啟動裝置是合適的，也是符合我國國情的，
    煤科總院上海分院是我國首家將液力調(diào)速裝置用作帶式輸送機的軟啟動，已是一個成熟的技術(shù)與產(chǎn)品。上海分院研制成功的液力調(diào)速裝置榮獲煤炭部科技進步一等獎、國家“七五”重大科研成果獎。目前國內(nèi)煤礦用帶式輸送機軟啟動裝置絕大多數(shù)為液力調(diào)速裝置，光是上海分院制造的液力調(diào)速裝置就有100多套。差動輪系液粘調(diào)速裝置引進之后，真正在國內(nèi)煤礦帶式輸送機上實際使用的僅為幾套。變頻調(diào)速裝置在國內(nèi)煤礦帶式輸送機上使用，僅為一套是引進的，而且是非防爆的，后因控制復(fù)雜、工人不易掌握等原因，對控制部分進行了改造。這二種軟啟動裝置為什么在國內(nèi)不能普遍使用，主要原因是價格太貴，操作維護復(fù)雜，工人不易掌握，備品備件依賴進口。
    國外帶式輸送機的軟啟動大多數(shù)也是采用液力調(diào)速裝置。即使在美國，在帶式輸送機上使用差動輪系液粘調(diào)速裝置也是少數(shù)。97年兒月上海分院與西山礦務(wù)局聯(lián)合組團赴澳大利亞技術(shù)考察，在所考察的六個煤礦的八條大型帶式輸送機的軟啟功，全部是采用液力調(diào)速裝置，其中GTEGORY煤礦帶式輸送機長度為10km。澳大利亞PROK公司為馬來西亞設(shè)計的6.5km、SEDGMAN公司為印度尼西亞設(shè)計的37km超特大型帶式輸送機軟啟動也是采用液力調(diào)速裝置。國外帶式輸送機大多采用液力調(diào)速裝置為軟啟動裝置，主要原因是液力調(diào)速裝置足以滿足帶式輸送機軟啟動要求，而且價格低廉，運行可靠，操作維護簡便。
3、結(jié)論
    3.1啟動是帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)，軟啟動已成為帶式輸送機是否達到技術(shù)先進的標志之一，在帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機設(shè)計時，必須配置軟啟動裝置．
    3.2選擇軟啟動裝置的準則：(1)必須滿足帶式輸送機軟啟動要求：(2)價格要經(jīng)濟合理；(3)使用維護要簡便，工人易于掌握。
    3.3國內(nèi)外帶式輸送機，大多數(shù)是采用液力調(diào)速裝置作為軟啟動裝置。經(jīng)實際使用證明，液力調(diào)速裝置是目前最常用和理想的軟啟動裝置。
    3.4在目前我國煤礦的管理水平、技術(shù)水平、資金狀況與人員素質(zhì)都較差的情況下，采用差動輪系液粘調(diào)速裝置與變頻調(diào)速裝置是有相當大的困難。而液力調(diào)速裝置是國內(nèi)一個成熟的技術(shù)與產(chǎn)品，采用液力調(diào)速裝置作為帶式輸送機軟啟動裝置不但技術(shù)上可行，而且也是符合我國國情的，應(yīng)給予大力推廣使用。

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