1、鋼繩芯膠帶輸送機(jī)概況
    鋼繩芯膠帶輸送機(jī)作為礦山的長距離運(yùn)輸設(shè)備，己越來越廣泛地應(yīng)用于水泥礦山行業(yè)。1983年由日本引進(jìn)的長達(dá)4 000m的鋼繩芯膠帶輸送機(jī)首先在冀東水泥廠投入生產(chǎn)。1988年5月，由我國自行設(shè)計(jì)、制造的長達(dá)3 647m的鋼繩芯膠帶輸送機(jī)在福建省順昌水泥廠成功投入生產(chǎn)。其后，許多大中型水泥廠相繼有長距離鋼繩芯膠帶輸送機(jī)投入使用。
    我廠石灰石礦山往廠區(qū)輸送石灰石采用鋼繩芯膠帶輸送機(jī)，由南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，沈陽礦山機(jī)械廠制造。機(jī)長3 647m，膠帶為GX2500 8800鋼繩芯膠帶，抗拉強(qiáng)度2 500N/mm，厚28mm，膠帶運(yùn)行速度2. 50m/s，設(shè)計(jì)輸送量為600t/h。
    輸送機(jī)采用三套驅(qū)動裝置，電動機(jī)為繞線式感應(yīng)電機(jī)(JR126 -6)。驅(qū)動裝置布置形式為“2+1”，即機(jī)頭2臺、機(jī)尾l臺。電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)固體電阻，以解決多機(jī)功率平衡問題。為了減少起動時(shí)的沖擊使膠帶機(jī)起動更為平穩(wěn)可靠，本機(jī)采用切換電阻起動。切換電阻由二進(jìn)制編碼程序控制，這樣可以用少量接觸器組合成多個(gè)切換級數(shù)，達(dá)到平穩(wěn)起動的目的。編碼器的起動分2級預(yù)備級、14級加速級和1級短路級共17級組成。3臺電機(jī)的電控柜內(nèi)，各裝有9只轉(zhuǎn)子接觸器，作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子電路，按二進(jìn)制編碼起動變換電阻。每臺電機(jī)選用12箱ZX - 15型鐵鉻鋁電阻作為起動電阻。起動加速時(shí)間約30~ 50s。起動電流400A以上（電流表量程為400A），電流沖擊強(qiáng)烈。
    該機(jī)因?yàn)轭^尾高差大，物料在輸送帶上具有很大的勢能。輸送機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)電流較大，負(fù)載運(yùn)行時(shí)電流變小。負(fù)載越大，電流越小。當(dāng)下坡段有物料而其他區(qū)段無物料時(shí)電流最小。相反，當(dāng)下坡段無物料而其他區(qū)段有物料時(shí)電流最大（惡劣工況）。
    原設(shè)計(jì)方案在電動機(jī)起動方面采用了二進(jìn)制編碼程序控制，但起動電阻畢竟是分級切除，每次切除就躍升一個(gè)加速度，產(chǎn)生的沖擊對膠帶壽命影響較大。經(jīng)過10年的運(yùn)行，膠帶己出現(xiàn)脫層、中間接頭斷裂現(xiàn)象，存在安全隱患，影響正常生產(chǎn)。因此1998年，我廠決定對該輸送機(jī)進(jìn)行大修，更換膠帶前對其拖動方式進(jìn)行改造，采用軟起動方式進(jìn)行起動控制。
2、方案選擇
    在選擇膠帶強(qiáng)度時(shí)，加速度的大小對它影響很大。設(shè)計(jì)計(jì)算表明（表1），如果采用軟起動，且加速度控制在0. 051TI／S2以下，原GX2500膠帶可用抗拉強(qiáng)度1 600N/mm.厚度17mm的ST1600膠帶代替，而各項(xiàng)安全指標(biāo)仍然符合設(shè)計(jì)規(guī)范，有些反而有所改善，而膠帶投資將大大減少，長距離鋼繩芯膠帶運(yùn)輸機(jī)采用軟起動的經(jīng)濟(jì)意義重大。
    軟起動要求加速度變化平穩(wěn)，在起動的全過程速度曲線呈“S”形。
    選擇能夠軟起動且加速度小于0. 051JI／S2的起動裝置是改造成功與否的關(guān)鍵。在改造前，有兩所大學(xué)、一所設(shè)計(jì)院、一所研究所向我們提供了三種方案：
    ①采用繞線感應(yīng)電動機(jī)，定子側(cè)加軟起動柜，轉(zhuǎn)子側(cè)加頻敏變阻器。
    ②采用繞線感應(yīng)電動機(jī)，加液體電阻起動柜。
    ③采用繞線感應(yīng)電動機(jī)，加變頻器起動。
    對上述方案，我們考察了有關(guān)使用單位，認(rèn)為：
    方案①能實(shí)現(xiàn)“S”形軟起動，加速度也能控制在0.05m／S2以內(nèi)。但起動電流太大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重；產(chǎn)品屬研究開發(fā)之中，未標(biāo)準(zhǔn)化，配件采購難，可靠性不理想。
    方案②能實(shí)現(xiàn)一定的軟起動，加速度也可以控制在0. 051TI／S2以內(nèi)。但膠帶速度從0~2. 5m/s的起動全過程中，只有1. 65~2.25m/s范圍內(nèi)是可控制的，其他區(qū)域不能控制。嚴(yán)格說，此方案無法實(shí)現(xiàn)“S”形軟起動。
    方案③對我廠來說是比較熟悉的。我廠已有十多年使用變頻裝置的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。變頻控制可靠性好，維修量少。而變頻器的特點(diǎn)之一是能實(shí)現(xiàn)軟起動，允許起動時(shí)間較長，加速度可控制在0. 051TI／S2以下。所以，從性能上講，方案③是最佳選擇。
    對三種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比，報(bào)價(jià)結(jié)果見表2。
    表2中，方案①、②報(bào)價(jià)未包括供電配電柜費(fèi)用。方案③所選用的ABB公司產(chǎn)品性能較好，價(jià)格較高；如選用韓國或日本產(chǎn)品，報(bào)價(jià)均在30萬元左右。所以，從經(jīng)濟(jì)上分析，方案③并不存在明顯的不足之處。
    我廠在充分研究分析上述三種方案后，認(rèn)為采用變頻起動裝置是比較理想的方案。
    1999年2月，礦山鋼繩芯輸送機(jī)安裝2臺ABB公司的ACS600 SINGLE DRIVE變頻起動系統(tǒng)，投入生產(chǎn)獲得成功。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，極大地改善了輸送機(jī)起動性能，實(shí)現(xiàn)了“S”形曲線軟起動。
3、變頻起動應(yīng)用效果
    改造采用ABB變頻器實(shí)行軟起動，對機(jī)頭原有2臺驅(qū)動裝置（電機(jī)、減速機(jī)）保留外，其他所有配電、控制和驅(qū)動裝置全部不再利用。2臺繞線式感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子線路短接，作為鼠籠電機(jī)使用。
    該變頻器屬直接轉(zhuǎn)矩控制，主要性能參數(shù)見表3，主電路控制原理如圖1所示。
    該裝置能提供可控且平穩(wěn)的最大起動轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩能達(dá)到200%額定轉(zhuǎn)矩。電機(jī)定子磁通和轉(zhuǎn)矩作為主要的控制變量。ACS600靜態(tài)速度控制精度為標(biāo)稱速度的0. 1%到0.5%；使用主／從應(yīng)用宏，提供高性能的負(fù)荷平衡能力。本系統(tǒng)每臺電機(jī)采用1臺功率為160kW的變頻器驅(qū)動，可輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩60s，其瞬時(shí)過載電流為200%。整個(gè)控制系統(tǒng)采用日本歐姆龍PLC控制，功能強(qiáng)，可靠性高；采用觸摸式液晶顯示終端作為人機(jī)界面，全中文顯示，并具有故障自診斷功能，可直觀地顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、報(bào)警信息、故障處理，操作簡單。變頻控制系統(tǒng)主要的硬件配置見表4。
    本系統(tǒng)投入生產(chǎn)20d后，由產(chǎn)品供應(yīng)單位和我廠工程技術(shù)人員共同對該系統(tǒng)各項(xiàng)性能、參數(shù)進(jìn)行了測定，達(dá)到了以下要求：
    1)能夠平穩(wěn)起動，實(shí)現(xiàn)“S”形曲線軟起動。
    2)加速度控制在0. 05m／S2以下。
    圖2、3分別為膠帶帶載起動和停機(jī)的速度變化圖。從圖中速度曲線可以看出：①該系統(tǒng)能夠平穩(wěn)起動，實(shí)現(xiàn)“S”形曲線軟起動要求；②起動時(shí)間約130s，加速度變化平穩(wěn)，平均加速度在0. 021TI／S2以下。起動過程中，電流很�。ㄒ姳�5），電機(jī)溫度變化也很小。
    改造后采用2臺電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)電流一般在200A左右（2臺合計(jì)）。改造前3臺電機(jī)電流合計(jì)一般在300A左右。改造前，機(jī)頭2臺電機(jī)電流大小相差20~ 40A左右，改造后僅為2~3A左右，說明變頻控制的2臺電機(jī)負(fù)載平衡效果非常好。
    1999年6月，我廠在起動裝置改造成功的基礎(chǔ)上，對礦山鋼繩芯膠帶輸送機(jī)進(jìn)行大修，膠帶全部更新，用ST1600 8800厚17mm膠帶代替原來的GX2500 8800厚28mm膠帶，按出廠標(biāo)價(jià)節(jié)約近259萬元，實(shí)際中標(biāo)價(jià)則節(jié)約了300萬元（見表6）。
4、結(jié)語
    對長距離鋼繩芯膠帶運(yùn)輸機(jī)采用變頻軟起動可以實(shí)現(xiàn)起動平穩(wěn)、加速度小、無沖擊力的“S”形速度曲線起動，對降低膠帶投資作用十分顯著，同時(shí)減小對膠帶接頭的沖擊，對延長膠帶壽命有利。