带式输送机目前正朝着大功率、长距离、大运量、高速度方向发展，单机总功率达到5000 kW、输送长度达到10km以上、运量超过5000t/h、运行速度超过5-6m/s的带式输送机已经在煤矿得到实际应用。对于大型带式输送机，除了要求合理确定驱动功率、数量与布置形式外，还必须解决输送机的启动问题。启动过程是一个加速过程，其加速度由零增加到最大又下降到零，输送带发生黏弹性变形，处于不稳定状态而产生动张力。带速越高、启动时间越短，动张力也就越大，造成的瞬时冲击也越大，严重时将会损坏输送带与其他原部件。如果有足够长的启动时间，并对启动速度加以控制，使动张力降至最低，就可消除瞬时冲击。如何合理地选择大型带式输送机的软启动方式，成为煤炭技术人员面临的实际问题。
1、大型带式输送机软启动的技术关键
传统的电动机直接起动方式、电动机与简易的限矩型偶合器联合起动方式已经远远不能满足大型带式输送机的使用要求。如采用传统的直接起动方式用于大功率、长距离、大运量、高速度带式输送机时，由于起动时间为1-3s，起动加速度大于0.3 mls2，会产生如下问题：
(1)起动时打滑问题 由于大型带式输送机的长度和功率较大，如起动时间过短，易出现打滑现象。为了消除打滑现象保证有效起动，增大输送带与滚筒间的摩擦力，必须提高张紧装置的初张力，由此相关连接部件的受力加大，对强度和刚度要求增加，提高了整机的初期投资。
(2)瞬态冲击大的问题起动时产生的动态初张力达到数于与正常运行的稳态张力，经常出现的动态初张力降低了输送带的使用寿命，剧烈增加的动态初张力可能发生断带事故。为了保证输送带运行可靠，必须提高输送带的强度等级，相应加大了输送带的初级投资。同时，提高输送带的强度等级，还必须相应加大滚筒的直径，以满足输送带最小弯曲半径的要求，从而加大了机械加工件的初期投资。
(3)电动机功率增加问题 由于起动时间过短，起动力矩大，容易发生烧毁电机的事故，考虑电动机的选型时要相应提高安全系数，增加了正常使用的能耗；此外，大功率电动机在较短的时间起动运行，对周边环境电网的冲击大，其负面影响更是无法容忍。根据国家有关标准的规定，起动加速度不得大于0.3 m/s2，当带式输送机的起动加速度不大于0.3m/s2时，可有效减少整机的动载荷和瞬时冲击，避免对输送带和其他元部件的损坏。
由此可见，启动问题对带式输送机尤其是大型带式输送机来说，是一个关键的技术，它不仅对启动性能产生直接影响，而且还可以降低输送机的成本，因此必须对启动加以控制。针对大型带式输送机的实际工况要求，理想的驱动装置应满足以下技术要求：
(1)起动时间可在一定的范围内调整，使带式输送机按照如图1所示的速度曲线图平稳起动，并可实现满载起动；
(2)起动加速度控制在一定的范围内，可有效降低起动时输送带的动态初张力，降低整机输送带的选用安全系数，有效地降低输送带的初期投资；
(3)在多机起动或多点中间起动时，可以实现多机的功率平衡；
(4>电动机空载起动，降低对电网的冲击；
(5)具有过载保护功能；
(6)带式输送机瞬时停车时，可以实现不停电动机，提高电动机使用寿命；
(7)带式输送机低速验带运行时，系统不会严重发热导致停车故障，确保正常检修工作。
2、软启动方式的合理选择
目前已经获得应用的有：液力调速装置、差动轮系液黏调速装置(简称CST)，变频调速装置、串电阻调速等方式。
(1)液力调速装置主要由液力耦合器、电动执行器、稀油润滑系统与油箱等组成。其工作原理是：利用液体介质来传递动力，通过调节液力耦合器工作腔内充液量的多少来控制耦合器的输出转速。起动开始时，由电动机带动泵轮空转，然后由电动执行器控制勺杆移动加入液体介质，进人工作腔的液体介质逐渐增多，在高速旋转的泵轮叶片带动下，传动介质形成高压高速液流，冲向涡轮叶片，带动液力耦合器输出轴逐渐转动起来直至达到额定转速。通过控制勺杆移动速度，实现带式输送机的软起动控制。
(2)差动轮系液黏调速装置（简称CST主要由行星齿轮减速器和控制行星轮系内齿轮转速的控制机构两大部分组成，行星轮系中太阳轮与输入轴连接，行星轮架与输出轴连接，控制机构控制的内齿轮是浮动的，控制机构由离合器和控制动、静摩擦片间隙的电液控制元件组成。动摩擦片和内齿轮固定在一起，可与内齿轮一起转动，静摩擦片安装在机架上，可做轴向运动，动、静摩擦片间充满冷却油。当动、静摩擦片间的油膜厚度和滑差速度不同时，形成作用于内齿轮大小不同的剪切力，通过控制内齿轮的旋转速度，调节行星轮架与输出轴的转速。其工作原理是：当离合器静摩擦片不受压力时，动、静摩擦片间隙较大，通过油膜形成的剪切力几乎为零；行星轮带动自由浮动的内齿轮转动，但行星轮架与输出轴不转动。当对离合器静摩擦片施加压力时，动、静摩擦片间隙减小，动、静摩擦片间隙通过油膜形成的剪切力逐渐阻止内齿轮转动，当压力达到额定值时，油膜间形成的剪切力使内齿轮停止转动，行星轮架与输出轴逐渐转动达到额定值。通过控制动、静摩擦片间的油膜厚度和压力大小，使输送机按照设定的速度曲线平稳起动。
(3)变频调速装置随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。
变频调速技术为节能降耗、改善控制性能等发挥了重大作用。变频调速装置不仅具备了类似直流电机调速的优异性能，而且随着调速的控制理论发展，完全可以满足恒转矩负载的软起动和调速的需求，软起动性能非常理想。该装置主要由IGBT、整流二极管、变频器控制、散热器、PLC控制器、触摸屏等组成。其中变频器的构成：整流器、逆变器、中间直流环节、控制电路、保护电路。
3、优缺点及经济技术性能比较
(1)液力调速装置优点：结构简单，操作维护方便，制造维护成本低，基本达到起动时变速运行。缺点：调速型液力耦合器本身的机械特性是非线性的，调速范围小，在低速长期运行时由于液体介质处于紊乱状态，因而它的控制特性精度较差，传递效率低，发热较明显，需要稀油冷却润滑系统与较大的油箱散热空间。常用的液力调速装置功率范围大多在200 - 500 kW，国产设备投资10～20万元，进口或合资生产的设备投资30～60万元，此类型产品适合对控制精度要求较低、技术力量较差、资金较少的用户。
(2)差动轮系液黏调速装置优点是：①改善起动性能，实现慢速起动，实现多机驱动的功率平衡；采用CST的驱动装置在微机系统控制下能满足起动时带式输送机对加速度的要求，实现软起动，减小输送带的动态张力。在电动机空载起动后，通过控制CST液黏离合器的压力来控制CST的输出扭矩来实现带式输送机满载慢速起动，减小输送带的动态张力。起动过程平稳，启动时间长，起动时间随带式输送机主参数在一定范围内可以任意调节，其形状为S形；确保输送带起动加速度值≤0.3m/s2，使输送带起动张力控制在允许范围内；在多台电动机驱动时，由于电动机的特性差异和传动滚筒由于制造质量、表面磨损等原因使滚筒直径不相等等因素，会使各电动机的负载不平衡。如果电机容量选择没有富裕的话，会使某些电机超负荷运行。采用CST可以调节电动机的功率平衡，使电机的功率平衡达到98%。②降低对主电机的技术要求。主电机的每一次起动，都要经历一个过程，它包括温度升高、湿度排除、经受离心负载、绝缘化学物质的损害等诸多因素。电机起动的时间愈长，起动时的峰值电流存在的时间愈长，则电机的温升也愈大，这会使电机绝缘材料的热老化程度加剧，导致绝缘性能和机械强度下降。CST可以实现电机空载起动，缩短起动时间，这就大大降低了对主电机的技术要求，提高了电机的使用寿命。③降低对电源系统的要求。假如一台大型带式输送机的多台电机同时起动，会造成电源系统电压的严重下降，这不仅影响电机的正常起动，而且会直接影响在同一电网上的其他用户的正常工作。带有CST的驱动装置不仅能使电机空载起动、减小冲击电流的作用时间和电能损失，而且还能实现带式输送机的多台电机分时空载起动，大大减小起动电流对电网的冲击，降低对电源系统的技术要求。④可调验带速度为10%～99%。由于CST是通过液体黏膜传递扭矩，之间并无刚性传动，故具有过载保护功能，而且在输送机短时停车时，具有可以不停电动机的功能。但其缺点是不能在低速长时间运行，由于其加工精度要求较高，结构较复杂，初期投资和维护成本高。常用的差动轮系液黏调速装置功率范围大多在500 -2 000 kW，该类型国产设备尚未成熟使用，主要依靠进口厂商美国道奇CST提供，仅设备初期投资90 - 200万元，此类型产品适合对控制精度要求较高、技术维护力量较强、资金较多的用户。
(3)变频调速装置采用变频软启动方式，具有如下技术上的优点：①对于如此大功率的恒转矩负载的调速来讲，高压变频器设备成熟，控制可靠；②完全可调节启动速度斜率，调速范围广，可最大程度满足用户的调速要求；③高压变频器在软启动、软制动方面性能良好；④采用高压变频器节能效果明显，无运行功率损耗；⑤可以实现多台驱动电机之间的功率平衡，精度较高；⑥可长时间保持在以低于额定带速下的较低的速度运行，可以满足长运距带式输送机的验带要求。缺点是：①散热问题：由于功率器件散热约占整个变频器所有散热量的一半，大功率器件的发热也是要解决的重要问题，它直接影响了变频器的寿命。②防爆问题：由于煤矿生产环境的特殊条件限制，许多变频器不具备防爆条件，在一个密闭的防爆腔里如何迅速地将热量传递出去并散发掉，既要兼顾到散热问题的解决，同时还要兼顾到电磁兼容问题以及防爆结构的需要。③价格昂贵，控制复杂，使用维护要求高。瑞士ABB变频器、德国西门子变频器的价格与CST的价格相当。
4、结语
煤科总院上海分院近年来在大型带式输送机软启动技术应用上取得了一系列成功可靠的业绩，其中采用液力调速装置为软启动的应用业绩较多，在甘肃、安徽、陕西、内蒙古等地区有上百个应用事例，获得了用户的较好评价，其产生的直接经济效益和间接经济效益也十分显著。
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1、皮带输送机
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