变频调速和CST在煤矿大型带式输送机的应用分析.pdf

l 萋 r囊 8 2 。 ’ 一 一 论文编号 1 0 0 1 3 9 5 4 2 0 0 6 0 9 0 0 8 2 0 8 5 变频调速和 C S T在煤矿大型 带式输送机的应用分析 胡登恩 河南东联机械制造有限责任公司 河南平顶山4 6 7 0 2 1 来 随着 高产 高 效 工 作 面 的发 展 以及 采 掘 设 生产 能 力 的 大 幅度 提 高和 降 低散 料 运 输 成 带 式 输送 机 正迅 速朝 着 长距 离 、大运 量 、 高速 度 、大 功率 和 高性 能方 向发 展 ，大型 带式输 送 机 在 煤矿 的应 用也 越 来越 广 泛 。人 们对 大型 带式 输 送机 的核心 部 分 控 制传 动 系统 的 性 能要 求 也越 来 越 高。 目前 ，在世 界 范 围 内 ，应 用较 多 、性能 较 好的 是 CS T 机械 调 速 可控 传动 系统 。 但随 着 变 频 技 术 的发 展 ，变 频调 速可 控 传 动 系统 正 迅 速得 到推 广 。下面 就 两 者 在煤 矿 大 型 带式 输 送 机 的应 用 作 比较 分析 。 1 C S T的主要结构和工作原理 C S T 由减速 器 、离合器 、电液 控制 组件 、热 交换 器 、油 泵 、冷 却控 制 器等 构 成 。其 传动 原 理如 图 1 。 电机 带 动轴 1转 动 ，经齿 轮 2、3传到 行星 轮 系 上接 第 8 I页波 沿胶 带 纵 向传播 ，导致 胶带 的张 力 急 剧 增 大 。胶 带 的 运 行 速 度 越 高 ，这 种 影 响就 越 严 重 。因此 ，必须 考虑 这 方面 的影 响 ，以提 高设 备的 使 用 安全 性和 可靠 性 。解 决 办法就 是研 究 启 动和 制动 阶 段速 度 的合 理变 化规 律 ，来 指导 和 改进 电控 系统 ，使 这 两个 阶段胶 带 的运 行 速度 按照 合理 的 速度 变化 趋 势 来 进 行 。 在 考 虑 胶 带 的动 态特 性 时 ，得 出胶 带 的最 佳 启 动 、制动 速 度 变化 公式 v r ， 7 【 『 ] ’’ 一 l ‘ _ c o 了l ≤t ≤ T L J d f ≥ T 式 中V 胶 带 的运 行速 度 7 1 启动 、制动 时间 依 据 上 函 数 表 达 式 ，可 以绘 制 出 胶 带 启 动 和 制 动 阶 段 的理 想速 度变化 曲线 见 图 1 ，这 个 曲线 对 于 合 理 科 学 地 设 计 带 式 输 送 机 具 有 十 分 重 要 的 指 导意 义 。 2 ． 2 动态无共振校核 图 1 启动 、制动胶 带最小张 力 速度特性 曲线 正确 设计 托辊 间 距可 以消除 由于胶 带 的 自振 频 率 和托 辊 的强迫 振 动频 率 相 同而造 成 的共 振现 象 ，延 长 胶 带 和托辊 的使 用寿 命 。影 响它 们共 振 的 因素很 多 ， 主要 有胶带 的运 行速 度 、胶带 的挠 度 、托辊 的 直径 以 及托 辊 间的距 离 。 由于 托辊 属于 标 准件 ，因此 ，最 好 的办 法是 计算 出 合理 的托 辊 问距 ，来 设 计带 式输 送 机 的机 架 ，但 同时 必须 核 实胶 带的 承载 和 回程 段 的最 大 挠度 是 否符 合规 定 要 求 。 对于 低 刚度 、易 弯 曲的 平胶 带 ，可 以把胶 带 认 为 是张 紧的弹 性 绳 ，则胶 带 的 自振频 率 为 专 式 中， 托 辊 的 间距 S 胶 带 的 张力 托辊 的强 迫 振 动频 率为 dr 当 d 时 ，胶带 发生 共振 现 象 ，共 振 时托辊 间 距 为 因此 应 当使 托辊 的实 际 I 距 避 开 共 振 问距 。 3 结束语 传统 的静 态 设计 方法 具 有简 单 、方 便 的优 点 ，但 忽略 了带 式输 送 机运 行 、启 动和 制 动三 阶段 的动态 凶 素 ，也就 是 说 静 态 设 计 方 法 的 简 化 设 计 忽 略 了 动 载 荷 、振动 等动 态 因素 对 设备 的影 响 。而 单纯 采用动 态 设计 需要 专 用软 件 ，同时考 虑到 带 式输 送 机绝 大 多数 的零 部件 都 已经 标 准化 和 系列化 ，进 行 精 细选 择 的余 地 不 大 。采 用静 动态 相结 合 的设 汁模 式 可 以充 分发 挥 它 们 各 自的长 处 ，提 高设计 效果 ，尤其 对 指 导 电控 系 统 的 设 计 有 十 分 重 要 的 意 义 。如 采 用 直 流 电动 机 驱 动 ，非常 容 易满 足启 动和 制 动的 速 度要 求 。 因为直 流 电动 机具 有 良好 的可 编 程能 力 ，易实行 自动化 控制 。 直 流 电动 机还 具 有优 良的调速 性 能 和 力矩 变化 能 力 。 这 种驱 动 方式 可 以实 现 无级 连续 调 整 ，保 证胶 带平 稳 可 靠 地启 动 和停 车 。光 滑的 启动 和 停车 曲线 ，使带 式 输 送 机启 动 时无 冲击 载 荷 ，保证 启 动 时不 发 生打 滑现 象 ，无振 动 。启 动 和 停 车 时 间 可 根 据 设 计 需要 来 延 长 ，从而 可使 输 送 机 的 加 、减 速 度 取 的很 小 。 参考文献 1 孙 町文著．带式运输机的传动理论与设计计算北京煤炭二 c 业 出版社，1 9 9 1 ． 2 程居山主编 ．矿山机械徐州中国矿业大学出版社，1 9 9 7 ． 口 收稿 日期 2 0 0 6 0 4 1 1 1 一 年 备 近 一 0_ 一 一 lll女 一 。 一 薯 ≯ 蘧 一 一 囊 。 曩 0 棼 麓≈_ _ 。 ≯_ 一 一 一 ， ， ，V ～⋯ ． _ l 1 lll 。 ． _ 一 一 一 维普资讯 变频调速和 C S T在煤矿大型带式输送机的应用分析 碧搿 l g 嚣 搿 耩罐 骚镪 搿 鳐 麟瓣糍 。 惴 的太 阳 轮l 1后 ，出 丁 输 出 轴 7和行 星 架 6相连 接 ，『 J 齿 幽 4 与离 合 器 的转 动 片 5 相连 ，静 止 片8 与 活 塞 连 接 ， 当离 合 器 分 离 时 ，输 出 轴 7上 有 负 载 ，所 以 内齿 幽 嚣4空 转 ． 当 电机 达 刮 全 速 机 械 第 34 2006 9 期 譬 统、 逆 变 电 路 、CPU 及 附 件 等 组 成 其 原理 如 图 4。 整 流 单 元 1 高压电源2 断路 器 3 变压 器 4 整流单 将 工 频 交 流 电 元5滤波器 6逆变器7异步电动机 M i n i n g P r o c e s s i n g E q u i p me n t 连 续 输 送 维普资讯 护 十分 方便 ，工 作环 境 好 ，无机 械 磨损 和 漏油 问题 。 7 工 作 损耗 低 ，传 动效 率 高 ，线 性 度 好 ，驱 动 过 程 ／ ．／ - E。 8 属 无 级调 速 ，调速 范 围 广 ，调 速运 行 稳 定 ， 可有效避免机械共振 ，最大限度减小 各承载部件 的动 载 荷 。 9 可 靠性 高 ，在 非正 常情 况 下 可 实现 工 频 旁路 运 行 ，且 有 过 流 、过 压 、欠 压 及 过 载 等 多 种 保 护 功 能 。 1 0 如果 采用制 动单 元和 制 动 电阻 ，对可 能 出现 的 负 力矩 实施 可 靠 的 安全 制 动 。 1 1 目前 ，大功 率 系列 尚没 有 定型 防爆 产 品 。 4 电机功率及胶带安全系数选用 4 ． 1 电机功率计算 CS T 综 合传 动 效 率 町 町 1 d o ． 9 60 ． 9 0 ． 9 8≈ ． 8 5 2 式 中叩 一 一减速 器 效 率 考一 一电压 降系 数 考 一功 率不 平衡 系 数 电机 功 率 计 算 P K P／q 1～ 1 ． 2 P／ 0． 8 5 1 ． 2 ～1 ． 4 P 3 式 中P ， 电机 计算 功率 一 功 率 备 用 系数 P一 一传 动 滚筒 轴功 率 对 于 变频 调速 系统 ，其功 率 不平 衡 系数可 以达 到 0 ． 9 9～0 ． 9 8，综 合传 动 效率 高于 8 5 ％，因此 电机 功 率 也 可 以按 1 ． 2～1 ． 4 P 计算 。 4 ． 2 胶带安全系数选用 根据 DI N2 2 1 3 1规 定 ，钢绳 芯胶 带 的可用 安全 系 数 为 6 ． 7，如 不 考虑 动 态 载荷 ，胶 带 的可 用安全 系数 为 4 ． 8 。选 用 C S T后 ，动载 荷 系数 K 1 ． 0 5 ，基本 上 没有 动 载荷 冲击 ，几 乎可 以不 考 虑动 态 载荷 ，因此 采 用 CS T后胶 带 安全 系数储 备约 为 6 ． 74 ． 81 ． 9 。 根 据M T／T4 67 煤 矿 用 带 式 输 送 机 没 计 计 算 ，胶 带 强 度 应 满 足 m ≥ 【 m l ml l C ／t 7 l l 3． o1． 05 1 ． 8／ ． 8 56． 67 4 式 中m 胶 带安 全 系数 I ml 胶 带 许用安 全 系数 m 钢绳芯胶 带基 本安全 系数 ，取 2 ． 8～3 ． 2 ， 动 载 荷 系数 ，取 1 ． 0 5 C 胶 带 附加 弯 曲伸 长折 算 系数 ，取 1 ． 8 叼 输 送 带接 头 效率 ，≥7 5 ％ 对 于 变 频 调 速 系 统 ，其 动 载 荷 系 数 基 本 小 于 1 ． 0 5 ，因此 胶 带动 安 全 系数 大 于 6 ． 6 7可 满足 使 用要 求 5 应用实例设计方案经济对比分析 以我公 司 2 0 O 5年 为 贵州林 华 矿 主斜 井 带式 输送 机 设计 为例 ，在 选择 方 案 时对 CS T 和 变 频调 速 传动 两 种 系统 进 行 了 对 比 分析 。 5 ． 1 带式输送机主要技术参数 该 带式 输 送机 主要 参 数如 表 1 。 表1 带宽 m m l 运量 t ／ h 倾角 。 机 长 m l 带速 m ／ s I 功 率 k w] l 2 0 0 I 7 5 0 I 一 2 4 3 ． 1 5 l l 1 0 0 I 2 8 5 ． 2 主要部件设计选型对比 主 要部 件 设 计选 型 对 比见 表 2 。 表2 方案一 方案二 项 目 分类 电动机 C S T 电动机 减速 可控启动 器 变频传动 最大张力 k N 5 9 5 5 9 5 胶带 运行安全系数 7 ．0 5 7 0 5 带强 N ／ mm S T3 5 0 0 S T3 5 0 0 总价 万元1 4 2 4 2 1 轴功率 k W 1 1 8 0 1 1 8 0 电机功率 k W1 28 0 0 28 0 0 服务系数 1 ．3 6 1 3 6 电动机 电机型号 Y B 6 3 0 M】 一 4 Y B 6 3 0 S - 4 电源 电压 V 1 0 0 0 0 3 3 0 0 总价 万元 9 1 5 1 型号 C S T 1 1 2 0 K ML 3 P S F I 2 0 变速 AC S 1 0 0 0 变频器 部分 速比 3 4 ．9 4 0 ． 5 冷却方式 强制空冷 空冷 总价 万元 4 4 0 型号 KZ P 一 2 3 0 0 K Z P 2 3 0 0 制动力矩 N I1 3 、 3 9 0 3 9 制动器 数量 2 2 总价 万元 5 6 ．5 6 型号 1 1 6 5 N R T l l 6 5 NR T 数量 l l 逆止器 逆止力矩 N m 4 6 8 8 3 4 6 8 8 3 总价 万元 7 6 7 6 电控 供电类别 高压 中压 部分 总价 万元 6 0 2 0 总估价 总价 万元 1 1 4 3 l 2 鹏 投资比 总价 比 l 1 l 0 5 表3 项 目 C S T 变频 调速 技术先进性 较先进 先进 使用可靠性 较 高 高 调速 范围 1 0 ％～l I 1 ％ 大于 l 1 0 0 一 调速性能 较 高 品 功率平衡精度 2 ％ ≤2 ％ 系统效 率 8 S ％ 高 维护量 较 高 低 维护 成本 较 高 较低 影响环境 污染 大 对电 有 定睹波影响 占地面积 大 小 投资成本 较高 高 使用业绩 较多 少 从表 2可 以看 出 ，虽 然采 用 变频调 速 传动 比 采用 CS T 总估 价 要 高 6 0 万元 ，但 考 虑 到 CS T 后 期维 护 费用 较高 如每 年至 少一 次要换 掉 全部 下转 第 8 5页 及 靠 l 麓 ≯t 一 。 一 一 l l l 一⋯ _ l l 一 l l 一 ． 。 一。√ 一 一 维普资讯 1 铸石刮板输送机的工作原理 铸 石 刮板 输送 机 主 要 由铸 石槽 箱 、传 动装 置 、机 头轮 组 、机 尾 轮组 和 刮板 链 构 成 见 图 1 。槽 箱一 般 由预 制 混凝 土 浇灌 或 钢板 焊 接而 成 ，然 后铺 垫 光 滑 的 铸石 板 。刮板 链 则是 由 圆环 链和 连 接环 将 刮钢 按标 准 1 ． 铸石槽箱2 ． 上链道3 ． 刮铜4 ．圆环链5 传动装置 6 机 头链 轮 图 1 刮板输送机正常运行时状态 作者简介陈 宇，男，1 9 6 5 年生，重庆綦江人，机电高 级工程 师 ，1 9 8 5年于重庆煤炭 工业学校机 电专业毕 业，现任金 鸡岩洗选厂机电副总工程师，从事机电技术与管理工作。 刮 板输 送 机在 运 行 中最 常 见 的故 障 现象 是 跳链 。 从 跳链 的 部位 看 ，有 机 头跳 和 机 尾跳 两 种 。而 引起 跳 链 的 原 因 又 比 较 复 杂 ，如 槽 箱 内衬 新 铺 的 铸 石 板 不 平 ，或 是 局部 铸 石板 脱 落 、链 道 有缺 口等 ，均 会 造 成 刮 板链 运 行不 平 稳而 产 生跳 链 ；随着 长 时 间运 行 ，机 头 轮齿 磨 损或 机 尾轮 槽 磨损 以及 两 条牵 引 圆环 链 磨 损 不 一 致 ，形 成 一 边 长 一 边 短 ，这 些 因素 也 易 引起 跳 链 ；运 送有 一 定 硬度 的 颗粒 状 物 料 时 ，较 大粒 度 的 物 料 随 圆环 链 被 带 入 链 轮 的 啮 和 点 之 间 ，也 会 造 成 跳 链 。根 据 多年 现 场观 察 ，刮板 机 发生 跳 链 故障 时 ，起 初 都是 单边 链 条跳 脱 链 轮啮 合 点 ，使 两 边链 条 错 位一 个 L 值 ，形 成 “ 错 链 ”，刮 钢 与 链 条处 于倾 斜 状 态 运 行 见 图 2 。 止 匕 时 女 Ⅱ 果 台 黾 及 时停 车 处 理 ， 短 时 间 就 可 恢 复 设 备 正 常 运 行 。 但 是 如 果 操 作 司机 不 能 及 时 发 现 并 停 车 ，“ 错 链 ” 的 L 值 越 来 越 图2 刮板机跳链时运行状态 上接 第 8 4页专用 润滑 液 、备 品备件 价 格 昂贵 、存 在易 漏 油隐 患 、占地 面 积 大等 缺 点 ，而 变频 调速 具 有 智能运 行 、节能 、维 护 费 用低 、备件 通 用 易获得 、接 【 __ l 标 准化 程度 高 、具有 旁路 功 能等 优 点 ，最 终 用 户选 用 了 变 频 调 速 传 动 。 6 C S T与变频调速传动性能对比 下 面就 cS T 和 变 频调 速 传 动性 能 作 简单 比较 ， 如 表 3。 7 结束语 CS T和 变频 调速 传 动是 目前煤 矿 大型 带式 输 送机 可 控 传动 性 能最 优 的 传动 系 统 ，它 们 各 自具 有 不 同的 特 点 ，在选 型 时 要系统 考 虑 资 金 、场 地 、使 用 和维 护 等 综 合 因素 ，选 择 经 济 、适 用的传 动 方 式 ，更 好 地满 足使 用 要求 。 参考文献 1 宋伟刚．散状物料带式输送机没计．沈阳 东北大学出版社 2 0 0 0 ． 口 收稿 日期2 0 0 6 0 3 2 1 f 一 强 曩 l誊 | i 朋 哆 。 一 。 |l ％g } -≈ 女 豳 _ 连 续 输 送 维普资讯