長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置的研究

1、<p>　　長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置的研究</p><p>　　摘 要：論述了長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)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(jī) 長(zhǎng)距離 大運(yùn)量 發(fā)展 關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2014）08

2、-0330-01 </p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jī)以長(zhǎng)距離（指單機(jī)輸送長(zhǎng)度，國(guó)外最長(zhǎng)達(dá)15000m，國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)達(dá)8984m）、大運(yùn)量（高帶速和大帶寬）和大傾角輸送散裝物料，同時(shí)提出無(wú)公害環(huán)保輸送。近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的帶式輸送機(jī)整套設(shè)備及技術(shù)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造和使用長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)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(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度是國(guó)內(nèi)最大的，其輸送距離L=8 984m，功率N=4×1750kW，該機(jī)在尾部進(jìn)行水平轉(zhuǎn)彎，其半徑分別為3000m和4000m；另一臺(tái)輸煤帶式輸送機(jī)的輸送量最大，Q=8400t/h，輸送距離L=l051m。圓管帶式輸送機(jī)中，如上海梅山鋼鐵廠使用的圓管帶式輸送機(jī)的輸送距離最長(zhǎng)，L=2230m；秦皇島港礦石碼頭使用的圓管帶式輸送機(jī)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(jī)是目前國(guó)內(nèi)

4、線路布置最復(fù)雜的輸送機(jī)，沿線共跨過(guò)4個(gè)山頭和l條河，繞過(guò)2座山，穿過(guò)2個(gè)建筑群，水平面轉(zhuǎn)彎3個(gè)，垂直面轉(zhuǎn)彎6個(gè)，空間轉(zhuǎn)彎3個(gè)。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(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　目前國(guó)外最大帶速已達(dá)12m/s。國(guó)內(nèi)的最大帶速達(dá)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(guó)外

5、采用的最大帶寬是3300mm），但增加帶寬使整機(jī)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(jī)成本的30～50%，而且距離越長(zhǎng)，運(yùn)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(guó)目前所采用的最大帶寬為2200―2400mm。今后的發(fā)展趨勢(shì)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(guó)外生產(chǎn)的軸承轉(zhuǎn)速可達(dá)1000r/min。而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)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(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)啟、制動(dòng)過(guò)程的計(jì)算不能采用常規(guī)的剛體動(dòng)力學(xué)計(jì)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(zhǎng)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(jìn)行處理。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)加速度引起電機(jī)功率增加，輸送帶強(qiáng)度增加28.4%，結(jié)構(gòu)件載荷增加。突然停車時(shí)加速度過(guò)大，張力波的振蕩帶

7、來(lái)了動(dòng)態(tài)振動(dòng)，對(duì)水平帶式輸送機(jī)引起局部應(yīng)力過(guò)低，輸送帶下垂，造成輸送帶撕裂、托輥破壞及物料外泄；對(duì)傾斜帶式輸送機(jī)則引起制動(dòng)滾筒兩側(cè)高、低應(yīng)力比過(guò)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(dòng)力分析的方法加以解決。 </p><p>　　二、軟啟動(dòng)裝置的研究 </p><p>　　為了適應(yīng)長(zhǎng)距離，大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的特殊要求，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)具有良好的啟動(dòng)特性，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究

8、開發(fā)了多種形式的軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間、改善輸送機(jī)啟動(dòng)性能。液力偶合器安裝在電機(jī)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(shí)具有3%一5%的傳動(dòng)功率損失，而

9、且輸送機(jī)械大都長(zhǎng)時(shí)間工作，使偶合器發(fā)熱量大，浪費(fèi)大量的能量；（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比為1的直接傳動(dòng)運(yùn)行工況；（3）在啟動(dòng)過(guò)程中始終存在一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)，啟動(dòng)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(guò)改變定子的供電頻率以改變電動(dòng)機(jī)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(dòng)性能，能實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的

10、啟動(dòng)要求。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)地啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，是交流電機(jī)較理想的調(diào)速方法。這種技術(shù)近幾十年來(lái)隨著電子技術(shù)的進(jìn)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(guó)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(jī)使用的特殊性，大多采用高壓、

11、大容量鼠籠電機(jī)，同時(shí)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(jià)格高，可靠性差，而且需要采用特殊電機(jī)；同時(shí)變頻調(diào)速會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的信號(hào)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(chǎng)合中的應(yīng)用。 </p><p><b>　　3.CST系統(tǒng) </b></p><p>　　CST是美國(guó)Rockwell Automat

12、ion/Dodge公司研究和開發(fā)的一種采用液體粘性傳動(dòng)技術(shù)的機(jī)械可控啟動(dòng)系統(tǒng)，能較好地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)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(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行。其缺點(diǎn)是：（1）行星減速器與液粘傳動(dòng)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(duì)油的粘度與清潔度要求特別高，否則影響齒輪壽命；（4）維護(hù)復(fù)雜，費(fèi)用高；（5）摩擦片直徑大，必須依賴進(jìn)口。 </p><p>　

13、　20世紀(jì)80年代初美國(guó)研制成功了用于帶式輸送機(jī)的CST系統(tǒng)，90年代初開始在我國(guó)推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)一些大學(xué)進(jìn)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(jī)平面轉(zhuǎn)彎 </p&

14、gt;<p>　　帶式輸送機(jī)平面變向運(yùn)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(jī)，圓管帶式輸送機(jī)等；其二是讓普通帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自然變向運(yùn)行，從而擴(kuò)大普通帶式輸送機(jī)的應(yīng)用范圍。目前澳大利亞在這方面的研究處于國(guó)際領(lǐng)先地位。我國(guó)對(duì)變向運(yùn)行的推廣比較緩慢，理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算方法尚需進(jìn)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(qiáng)等諸參數(shù)之間的相互關(guān)系，并要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究環(huán)節(jié)

15、。 </p><p><b>　　2.輸送帶 </b></p><p>　　長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)長(zhǎng)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(guó)內(nèi)已可以生產(chǎn)st5400和st6300的輸送帶。各國(guó)對(duì)輸送帶安全系數(shù)的取值各不相同，最小的取n=4。一般認(rèn)為，即使采用可控軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，輸送帶的安全系

16、數(shù)目前仍不宜小于7。由于國(guó)內(nèi)對(duì)軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的使用還剛剛開始，有待于提高認(rèn)識(shí)和積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。輸送帶的接頭是其薄弱環(huán)節(jié)（接頭強(qiáng)度一般為本體的80%-90%），對(duì)接頭強(qiáng)度和可靠性仍然沒有十分的把握，應(yīng)進(jìn)一步研究開發(fā)監(jiān)視接頭狀態(tài)的在線檢測(cè)。同時(shí)要采用新材料、新工藝，不斷增強(qiáng)接頭強(qiáng)度?？v向撕裂是長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)容易發(fā)生的嚴(yán)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(qiáng)層，使其抗沖擊性好，耐撕裂性強(qiáng)。 </p><p><b>　　3.存?zhèn)}、料斗 </b></p><p>　　帶式輸送機(jī)輔助裝置的研究應(yīng)該引起重視，實(shí)踐中由于存?zhèn)}、料斗的形狀尺寸等設(shè)計(jì)不盡合理，材質(zhì)的選用不當(dāng)（特別是襯板），會(huì)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(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(chǎng)實(shí)際問題，進(jìn)一步開發(fā)完善對(duì)輸送帶的在線檢測(cè)裝置，檢測(cè)鋼繩芯輸送帶的斷繩和接頭，預(yù)報(bào)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(jī)輸送帶接頭強(qiáng)度，也是帶式輸送機(jī)的重要研究課題。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1]山東科技大學(xué)運(yùn)輸與控制技