2013年10月29日星期二
輸送機-帶式輸送機軟起動的理論分析及應用
帶式輸送機的軟起動是指在驅動電機鋁擠型工作桌起動後，通過一些裝置或設置，使帶式輸送機的運轉速 度由零可控平緩過渡到理論運轉速度的一種起動方式。常見的軟起動方式有：電機+限矩型 液力偶合器+減速機的柔性連接方式；電機+調速型液力偶合器+減速機的柔性連接方式；CST (美國Rockwell Dodge生産)可控起動方式。
平朔安家嶺露天煤礦選煤廠是年入洗能力1500萬t的特大型選煤廠，采用的帶式輸送機數 量較多，運輸量大，運輸距離長，寬度最大可達到2200mm，運輸量最大達到5000t/h，對于 這樣的帶式輸送機，以前遇到較少，必須從理論上對帶式輸送機的運行狀態、受力狀況等做 詳細的分析，才能保證其運行的穩定性、可靠性、經濟性。
1 帶式輸送機起動和停車的狀態描述
帶式輸送機起動和停車時，如果要保證物料在膠帶上不打滑，起動時物料與膠帶的磨擦力F 2與物料沿膠帶方向的重力分力F１之差應大于等于帶式輸送機啓動時動負荷ma１的要 求，停車時物料與膠帶的磨擦力F２與物料沿膠帶方向的重力分力F１之和應大于等于 起動時動負荷ma２的要求，即滿足：
ma１≤F２-Ｆ１ ①
ma2≤F２+Ｆ１ ②
式中： Ｆ１＝mgsinα；
Ｆ2＝mgu1cosα；
Ｆ2-Ｆ１＝m(a1a2)；
α——帶式輸送機的傾角；
U1——物料與膠帶間磨擦系數；
a1、a2——起動和停車時的加速度。
由式①、②可以得出：
α≤sin１ u/(1+U１２)１／２ -si n１ a１/g(1+U１２)１／２ ③
α≤sin１ u/(1+U１２)１／２ - sin１ a2/g(1+U１２)１／２ ④
對于運輸不同的物料，帶式輸送機所允許的輸送傾角是不同的。由式③、④可以得出這樣的 結論：(1)在起、制動過程中，如果降低起、制動時的加速度a1、a2，即采用軟起 動的方式，就能增大帶式輸送機在剛性起、制動條件下所允許的最大傾角，這一點在帶式輸 送機設計中有很重要的價值，可以在相同的提升高度情況下，減少帶式輸送機的水平運輸距 離。(2)以較低的加速度起、制動，帶式輸送機就能達到較高的帶速而不打滑，同樣的帶式 輸送機會有更大的輸送能力。
2 剛性起動條件下帶式輸送機張力分析
在帶式輸送機的運行過程中，圓周驅動力Fu通過磨擦傳遞到輸送帶上，爲了保證輸送帶工 作時不打滑，需在回程膠帶上保持最小張力F２min。
Ｆ2min≥Ｆumax/(eu-1) ⑤
式中：Ｆ2min——負荷起動最大圓周驅動力；
——傳動滾筒的圍包角；
eu——尤拉系數；
u——傳動滾筒與膠帶間磨擦系數。
Ｆumax=Ｆu＋Ｆa ⑥
Ｆu——穩定運行工況圓周驅動力；
Ｆa——負荷起動時由加速度而産生的動負荷。
Ｆa=(m1+m2)a1
m1——直線運動部分的質量；
m2——旋轉部件的運動慣量轉換爲傳動滾筒上直線運動的質量。
式⑥可簡化爲：
Ｆumax=Ka•Fu ⑦
Ka——起動系數
剛性起動條件下，Ka取22，用液力偶合器的柔性連接Ka取13～17，用CST可 控起動方式Ka取105。
由上述分析可以得出，采用軟起動的連接方式後，最大圓周驅動力可大幅度降低。
(1)改善了皮帶起動和停車時對減速機、滾筒及其他轉動部件的張力 沖擊，使日常維修費用減少，提高工作效率和延長使用壽命。(2)大大降低了對膠帶強 度的要求。在安全系數不變的情況下，對于棉帆布帶、尼龍 帆布帶、聚酯帆布帶，均可以減少膠帶的層數，對于鋼絲繩膠帶，可以降低其縱向拉伸強度 ；在不改變膠帶的情況下，提高了膠帶的安全系數。(3)沒有滑動損失，減少了膠帶的損 傷和各傳動部 分的磨損。(4)解決了長距離帶式輸送機慣量大，起動困難的問題，又可以使傳動滾筒的圍 包角大幅減小，變雙驅動方式爲單驅動方式成爲可能。
3 剛性制動條件下帶式輸送機受力分析
按照動力學的分析方法，帶式輸送機是一個彈性體，我們可以把它模擬爲一個質量——彈簧 系 統。我們假設一種狀況：一條運輸距離較長、帶負荷的帶式輸送機，當驅動系統突然制動時 ，我們對它的受力狀況進行分析。傳動滾筒的速度迅速降低，在這段時間內，滾筒的線位 移較滾筒附近上遊膠帶位移要小，從而使上遊附近膠帶變形減小，應力減小，而下遊鄰近處 膠帶變形則增加，應力增加，隨著這種不平衡區域的逐漸擴大，這種應力波在帶式輸送機中 傳播，應力增加的波在回程膠帶中傳播，而應力減少的波在幅度小于某一區域的穩態應力時 ，膠帶應力降低，皮帶下垂增加，這樣就會使膠帶在這一區域陷入托輥，使輸送物料撒落在 膠帶周圍及托輥中，對托輥造成損傷，有可能撕裂膠帶，再次起動帶式輸送機時須清理周圍 的物料。在應力減少的波進入回程膠帶時，會使拉緊裝置突然拉長，所産生的巨大拉力對膠 帶、逆止器、滾筒、驅動裝置造成損害，如果要使這種狀況得到好轉，最有效的辦法是使拉 緊裝置後移到靠近頭部滾筒，從皮帶的受力狀況分析可知，拉緊裝置靠近頭部滾筒附近受力 量小，也就是說需要拉緊膠帶所用配重量少，是比較合理的位置。即使如此處理，也不能解 決帶式輸送機儲存量快速釋放對其部件造成的嚴重損害。把起動時能量儲存減到最小，把停 車時的能量釋放盡可能的放慢，是我們使用軟起動所要達到的目的。
4 帶式輸送機使用軟起動後其它特性
(1)解決過載保護問題。當帶式輸送機運輸量某一段時間內過載時，無論是液力偶合器的柔 性方式還是CST可控起動方式，均可以不通過電氣保護而自身達到過載保護的功能。
(2)解決多極驅動的順序起動、均衡負荷、同步傳動問題。首先由于液力偶合器具有柔性傳 動、自動適應和過載保護功能，故可以利用液力偶合器對多極驅動進行順序起動，降低起動 電流對電網的沖擊。其次，可以通過調整液力偶合器的充液量和利用液力偶合器的自適應性 ，使多台偶合器的輸出轉速一致，同步驅動，避免因電機輸出功率、轉速不一致而造成的損 失。
(3)采用軟起動的方式，可以降低帶式輸送機的功率，解決長距離帶式輸送機動負荷大、起 動困難的問題，用較小容量的電機在接近額定工況下工作，提高電機的功率因數，降低起動 電流和對電網的沖擊。
5 帶式輸送機幾種軟起動方式的比較
我們對三種軟起動方式進行比較，他們之間的共同特點是：起動力矩小，起動平穩，膠帶張 力降低，具有過載保護功能等。其不同點表現爲以下幾個方面：
(1)多極驅動方面，CST比液力偶合器響應快，平衡功率之間分配精度生產線設備高。
(2)在傳動效率方面，CST比液力偶合器效率高。
(3)在起動穩定性方面，CST可控起動的加速度最低可以達005m/s２，而液力 偶合器柔性起動的加速度一般控制在01～03m/s２，也就是說，CST[HJ]
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