長距離大運量帶式輸送機軟啟動裝置的研究

1、<p>　　長距離大運量帶式輸送機軟啟動裝置的研究</p><p>　　摘 要：論述了長距離、大運量帶式輸送機軟啟動裝置、水平轉(zhuǎn)彎、存?zhèn)}、料斗、輸送帶及其接頭的監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：帶式輸送機 長距離 大運量 發(fā)展 關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　中圖分類號：TH222 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2014）08

2、-0330-01 </p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，礦山、建材、化工、港口、糧食、電力、煤炭等部門要求帶式輸送機以長距離（指單機輸送長度，國外最長達15000m，國內(nèi)最長達8984m）、大運量（高帶速和大帶寬）和大傾角輸送散裝物料，同時提出無公害環(huán)保輸送。近年來，通過引進國外先進國家的帶式輸送機整套設(shè)備及技術(shù)，國內(nèi)設(shè)計、制造和使用長距離、大運量帶式輸送機的水平大大提高。天津港散貨物流中心到南疆煤碼頭的

3、輸煤帶式輸送機的單機長度是國內(nèi)最大的，其輸送距離L=8 984m，功率N=4×1750kW，該機在尾部進行水平轉(zhuǎn)彎，其半徑分別為3000m和4000m；另一臺輸煤帶式輸送機的輸送量最大，Q=8400t/h，輸送距離L=l051m。圓管帶式輸送機中，如上海梅山鋼鐵廠使用的圓管帶式輸送機的輸送距離最長，L=2230m；秦皇島港礦石碼頭使用的圓管帶式輸送機的輸送量最大，p=4500t/h；而貴州甕福肥廠使用的圓管帶式輸送機是目前國內(nèi)

4、線路布置最復(fù)雜的輸送機，沿線共跨過4個山頭和l條河，繞過2座山，穿過2個建筑群，水平面轉(zhuǎn)彎3個，垂直面轉(zhuǎn)彎6個，空間轉(zhuǎn)彎3個。但是一些關(guān)鍵技術(shù)尚需引起重視并加以深入研究和開發(fā)。 </p><p>　　一、長距離、大運量帶式輸送機發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　目前國外最大帶速已達12m/s。國內(nèi)的最大帶速達5.8m/s，最大輸送量8400t/h。當(dāng)然，增加輸送帶的寬度也可以提高輸送量（國外

5、采用的最大帶寬是3300mm），但增加帶寬使整機所有相關(guān)尺寸增大，增加了設(shè)備的總投資。特別是輸送帶的成本要占整機成本的30～50%，而且距離越長，運量越大，占的比例就越大。大帶寬需要相應(yīng)的硫化設(shè)備用于輸送帶和輸送帶接頭的硫化。因此，我國目前所采用的最大帶寬為2200―2400mm。今后的發(fā)展趨勢是提高帶速以提高輸送量。當(dāng)然，提高帶速受到托輥轉(zhuǎn)速（主要是軸承轉(zhuǎn)速）的限制，國外生產(chǎn)的軸承轉(zhuǎn)速可達1000r/min。而國內(nèi)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定不大于

6、600r/min。如何生產(chǎn)出與托輥配套的高質(zhì)量軸承也是軸承行業(yè)需要深入探討的課題。 </p><p>　　長距離、大運量帶式輸送機啟、制動過程的計算不能采用常規(guī)的剛體動力學(xué)計算方法，而必須考慮到輸送帶的特性參數(shù)（質(zhì)量、彈性、阻尼等）是長度的函數(shù)，在空間離散化的條件下，可以使用有限元的方法進行處理。帶式輸送機啟動時加速度引起電機功率增加，輸送帶強度增加28.4%，結(jié)構(gòu)件載荷增加。突然停車時加速度過大，張力波的振蕩帶

7、來了動態(tài)振動，對水平帶式輸送機引起局部應(yīng)力過低，輸送帶下垂，造成輸送帶撕裂、托輥破壞及物料外泄；對傾斜帶式輸送機則引起制動滾筒兩側(cè)高、低應(yīng)力比過大，而造成輸送帶打滑，導(dǎo)致輸送帶逆轉(zhuǎn)并沿斜面下滑。上述問題需要采用動力分析的方法加以解決。 </p><p>　　二、軟啟動裝置的研究 </p><p>　　為了適應(yīng)長距離，大運量帶式輸送機的特殊要求，驅(qū)動裝置應(yīng)具有良好的啟動特性，近年來國內(nèi)外研究

8、開發(fā)了多種形式的軟啟動驅(qū)動裝置（或系統(tǒng)），并在不同工況條件下得到應(yīng)用。 </p><p>　　1.調(diào)速型液力偶合器 </p><p>　　調(diào)速型液力偶合器可以延長啟動時間、改善輸送機啟動性能。液力偶合器安裝在電機和減速器之間，其布置形式如圖1所示。 </p><p>　　調(diào)速型液力偶合器存在的問題是：（1）一般有3%-5%的滑差，此時具有3%一5%的傳動功率損失，而

9、且輸送機械大都長時間工作，使偶合器發(fā)熱量大，浪費大量的能量；（2）無法實現(xiàn)傳動比為1的直接傳動運行工況；（3）在啟動過程中始終存在一個不穩(wěn)定的過渡區(qū)，啟動性能不夠理想。 </p><p><b>　　2.變頻調(diào)速 </b></p><p>　　變頻調(diào)速通過改變定子的供電頻率以改變電動機的同步轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速功率較大、調(diào)速范圍寬、精度高，有較好的軟啟動性能，能實現(xiàn)輸送機的

10、啟動要求。當(dāng)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)地啟動，實現(xiàn)輸送機的軟啟動，是交流電機較理想的調(diào)速方法。這種技術(shù)近幾十年來隨著電子技術(shù)的進一步發(fā)展和可控硅生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟而開始應(yīng)用。目前國內(nèi)外正在加緊研制高性能、高壓、大容量、可滿足防爆要求的變頻器。 </p><p>　　由于帶式輸送機使用的特殊性，大多采用高壓、

11、大容量鼠籠電機，同時要解決電氣的一系列相關(guān)問題，從而使其線路復(fù)雜，在這種情況下，采用高壓變頻器投資大，價格高，可靠性差，而且需要采用特殊電機；同時變頻調(diào)速會產(chǎn)生強大的信號干擾，影響其他電氣控制設(shè)備的正常工作。這些都限制了變頻調(diào)速在某些場合中的應(yīng)用。 </p><p><b>　　3.CST系統(tǒng) </b></p><p>　　CST是美國Rockwell Automat

12、ion/Dodge公司研究和開發(fā)的一種采用液體粘性傳動技術(shù)的機械可控啟動系統(tǒng)，能較好地實現(xiàn)軟啟動要求，使輸送帶、滾筒、托輥等的可靠性及壽命大大提高。該裝置的優(yōu)點是啟動時調(diào)速精度高，可以變速運行。其缺點是：（1）行星減速器與液粘傳動裝置結(jié)合，相互影響；（2）制造難度大，安裝調(diào)試復(fù)雜；（3）對油的粘度與清潔度要求特別高，否則影響齒輪壽命；（4）維護復(fù)雜，費用高；（5）摩擦片直徑大，必須依賴進口。 </p><p>　

13、　20世紀(jì)80年代初美國研制成功了用于帶式輸送機的CST系統(tǒng)，90年代初開始在我國推廣應(yīng)用。國內(nèi)一些大學(xué)進行了相關(guān)的技術(shù)研究并開發(fā)了油膜離合器、液體粘性調(diào)速裝置等，在煤礦、建材等行業(yè)得到應(yīng)用，并取得良好的效果，其設(shè)備投資比采用CST減少20%～30%。 </p><p><b>　　三、其他關(guān)鍵技術(shù) </b></p><p>　　1.帶式輸送機平面轉(zhuǎn)彎 </p&

14、gt;<p>　　帶式輸送機平面變向運行有2種方法，其一是采用特殊結(jié)構(gòu)的輸送帶，如吊掛帶式輸送機，圓管帶式輸送機等；其二是讓普通帶式輸送機實現(xiàn)自然變向運行，從而擴大普通帶式輸送機的應(yīng)用范圍。目前澳大利亞在這方面的研究處于國際領(lǐng)先地位。我國對變向運行的推廣比較緩慢，理論分析與設(shè)計計算方法尚需進一步深入研究，合理確定在不同情況下，支撐角、槽角、內(nèi)曲線抬高角、轉(zhuǎn)彎曲率半徑及其阻力和帶強等諸參數(shù)之間的相互關(guān)系，并要加強實驗研究環(huán)節(jié)

15、。 </p><p><b>　　2.輸送帶 </b></p><p>　　長距離、大運量帶式輸送機長度在l km以內(nèi)的，一般可選織物芯帶；1～2km以內(nèi)的可選用織物芯帶或者鋼繩芯帶；大于2km應(yīng)選用鋼繩芯帶。目前，國內(nèi)已可以生產(chǎn)st5400和st6300的輸送帶。各國對輸送帶安全系數(shù)的取值各不相同，最小的取n=4。一般認為，即使采用可控軟啟動驅(qū)動裝置，輸送帶的安全系

16、數(shù)目前仍不宜小于7。由于國內(nèi)對軟啟動驅(qū)動裝置的使用還剛剛開始，有待于提高認識和積累實踐經(jīng)驗。輸送帶的接頭是其薄弱環(huán)節(jié)（接頭強度一般為本體的80%-90%），對接頭強度和可靠性仍然沒有十分的把握，應(yīng)進一步研究開發(fā)監(jiān)視接頭狀態(tài)的在線檢測。同時要采用新材料、新工藝，不斷增強接頭強度。縱向撕裂是長距離、大運量帶式輸送機容易發(fā)生的嚴重事故，一般應(yīng)選用防撕裂輸送帶。防撕裂輸送帶是在垂直于縱向鋼絲繩的方向，在一面或兩面均勻鋪設(shè)鋼絲繩、鋼絲簾線、纖維織

17、物等增強層，使其抗沖擊性好，耐撕裂性強。 </p><p><b>　　3.存?zhèn)}、料斗 </b></p><p>　　帶式輸送機輔助裝置的研究應(yīng)該引起重視，實踐中由于存?zhèn)}、料斗的形狀尺寸等設(shè)計不盡合理，材質(zhì)的選用不當(dāng)（特別是襯板），會產(chǎn)生堵塞、起拱、加料不均和偏載等現(xiàn)象，從而影響了整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。 </p><p>　　4.輸送帶及其接頭的

18、監(jiān)控 </p><p>　　立足于投資少而又能解決現(xiàn)場實際問題，進一步開發(fā)完善對輸送帶的在線檢測裝置，檢測鋼繩芯輸送帶的斷繩和接頭，預(yù)報可能發(fā)生的損壞，并深入研究輸送帶防縱向撕裂的措施。提高帶式輸送機輸送帶接頭強度，也是帶式輸送機的重要研究課題。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　1]山東科技大學(xué)運輸與控制技