0、引 言
隨著現(xiàn)代化大型煤礦礦井的發(fā)展，煤礦井下用
帶式輸送機(jī)在向大功率、大運(yùn)量、長距離方向發(fā)展的同時(shí)，如何改善膠帶在啟動(dòng)及運(yùn)行過程中的狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)與自動(dòng)張緊，逐漸向智能化、自動(dòng)化、人性化方向發(fā)展，提高產(chǎn)品使用性能，是目前煤礦井下用帶式輸送機(jī)的發(fā)展方向。
1、軟啟動(dòng)
大型重載設(shè)備的軟啟動(dòng)技術(shù)，一直是煤炭行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)。所謂軟啟動(dòng)是指機(jī)械系統(tǒng)即使是在滿載的工況下也能按照比較理想的速度，逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)。就皮帶機(jī)而言，理想的啟動(dòng)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：
(1)降低電機(jī)啟動(dòng)電流和縮短啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減少對(duì)其它在網(wǎng)電器設(shè)備的影響；
(2)保證在啟動(dòng)過程中作用在機(jī)械設(shè)備上的啟動(dòng)沖擊量最小，從而延長減速器，膠帶等關(guān)鍵部件的使用壽命：
(3)多驅(qū)動(dòng)功率平衡；
(4)啟動(dòng)過程可控。
理想的啟動(dòng)速度裝置，應(yīng)使帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，且在整個(gè)啟動(dòng)過程中加速度的最大值較小，沒有加速度突變，最大限度地減小啟動(dòng)慣性力和啟動(dòng)沖擊作用。
澳大利亞專家Harrsion提出的啟動(dòng)速度曲線如圖1所示。
由于輸送機(jī)在啟動(dòng)之前，輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動(dòng)，可進(jìn)一步改善啟動(dòng)峰值張力作用。這樣，需要在啟動(dòng)開始階段加入一段時(shí)間延遲段，Dodoge最佳起動(dòng)曲線如圖3所示。延遲段的速度一般取設(shè)計(jì)帶速的10%。在延遲段內(nèi)，下垂皮帶被張緊，延遲段結(jié)束后，按最小加速度或最小沖擊的方式完成輸送機(jī)的起動(dòng)過程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)張力。
長期以來，國內(nèi)外的工程技術(shù)人員在機(jī)械、電機(jī)和電子、液力和液壓等多學(xué)科領(lǐng)域?qū)泦?dòng)技術(shù)開展了深入和廣泛的研究，開發(fā)出了多種多樣的軟啟動(dòng)裝置或設(shè)備，軟啟動(dòng)技術(shù)也較以往有了突破性的進(jìn)展，現(xiàn)將常用液力偶合器與目前先進(jìn)的軟啟動(dòng)裝置作介紹。
1.1調(diào)速型液力偶合器
目前國內(nèi)煤礦井下用帶式輸送機(jī)常用的軟啟動(dòng)裝置一般為調(diào)速型液力偶合器，液力偶合器是一種有著近百年歷史的液力傳動(dòng)裝置，主要利用液力偶合器泵輪和渦輪之間的液體動(dòng)壓將來自輸入軸的動(dòng)力傳遞到輸出軸。調(diào)速型液力偶合器可通過調(diào)節(jié)工作腔液體的充滿度來改變輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，具有一定的軟啟動(dòng)功能和調(diào)速能力，但限于其傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)，調(diào)速型液力偶合器在軟啟動(dòng)的功能和性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。
(1)其輸出與輸人轉(zhuǎn)速之比通常不能高于97%，即無法實(shí)現(xiàn)輸入與輸出軸的同步運(yùn)行，因而必然存在較大的功率損失，且發(fā)熱十分嚴(yán)重，顯著降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。
(2)機(jī)的啟動(dòng)電流仍然較大(5～8倍的額定電流）．因此電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)要受到嚴(yán)格限制，且其有效調(diào)速范圍較小，可控性也較差。
(3)其體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，并且具有高速旋轉(zhuǎn)的大直徑部件，當(dāng)其分別與電動(dòng)機(jī)和減速器聯(lián)接之后，所占空間更大，往往難以滿足對(duì)安裝空間有一定限制的應(yīng)用場(chǎng)合的安裝需求。
1.2 CST減速器
近年來，也有許多大型帶式輸送機(jī)采用進(jìn)口CST減速器來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。CST減速器是靠液壓系統(tǒng)施加在線性濕式離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力使反應(yīng)盤相互作用，其輸出力矩與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。通過控制器設(shè)置所需要的加速度曲線和起動(dòng)時(shí)間，設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測(cè)出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號(hào)將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，從而確保實(shí)際啟動(dòng)速度與設(shè)定啟動(dòng)速度曲線一致，達(dá)到軟啟動(dòng)功能。經(jīng)實(shí)踐證明，CST減速器使用效果十分理想，其特點(diǎn)：
(1)降低膠帶基本張力。與傳統(tǒng)偶合器相比，可降低膠帶基本張力30%：
(2)提高傳動(dòng)效率。與傳統(tǒng)偶合器相比，可提高傳動(dòng)效率13%;
(3)加大膠帶的安全度。采用CST．膠帶可選用較小的安全系數(shù)，并可獲得較高的安全度。但其價(jià)格相對(duì)較貴，因而多在大型的帶式輸送機(jī)上使用。
1.3變頻調(diào)速軟啟動(dòng)裝置
眾所周知，通過改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。從技術(shù)的角度來看，電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)大型機(jī)械設(shè)備軟啟動(dòng)和無級(jí)調(diào)速的比較理想的方法之一。經(jīng)過多年的發(fā)展，變頻軟啟動(dòng)在低電壓、小功率方面應(yīng)用非常成功，已被大家所接受，但在大功率、高電壓情況下由于不能解決變頻器的散熱問題和價(jià)格問題而受到限制，特別是在煤礦井下這種特殊環(huán)境下。山西晉城煤業(yè)集團(tuán)采用熱管技術(shù)成功地解決了煤礦井下用大功率變頻器的散熱與隔爆等難題，相繼開發(fā)了200 kW、400 kW變頻軟啟動(dòng)裝置。其啟動(dòng)過程可按預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)速度曲線運(yùn)行，根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化自行調(diào)整電機(jī)工作電壓和頻率，輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)功率平衡。該裝置具有工、變頻切換功能，當(dāng)變頻器啟動(dòng)運(yùn)行到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻運(yùn)行退出，切換到工頻運(yùn)行，自身脫機(jī)。這樣不僅滿足了皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)特性要求，而且延長了變頻器中重要元件的使用壽命。其價(jià)格適中，性能較穩(wěn)定，更適于國內(nèi)大型帶式輸送機(jī)使用。
2、膠帶自動(dòng)張緊裝置
帶式輸送機(jī)在啟（制）動(dòng)過程中和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于輸送帶的粘彈特性與輸送量的變化，都會(huì)使輸送帶的張力發(fā)生變化，輸送帶的撓度也跟著發(fā)生變化。當(dāng)撓度增大至一定值時(shí)，有可能喪失輸送帶與傳動(dòng)滾筒保持正常傳動(dòng)所需的張力比，導(dǎo)致輸送帶在傳動(dòng)滾筒上打滑而不能啟（制）動(dòng)與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。張緊裝置的主要作用，就是保證輸送帶有足夠的張力，防止出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。自動(dòng)張緊技術(shù)也是帶式輸送機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它可大大提高輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。自動(dòng)張緊裝置必須滿足以下技術(shù)要求：能隨著輸送帶張力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)張力與張緊行程，始終保持輸送帶所規(guī)定的撓度；響應(yīng)速度快。
目前在我國，大多數(shù)順槽帶式輸送機(jī)采用絞車張緊形式，由于固定絞車張緊裝置只能定期張緊輸送帶，其張緊裝置具有很大的局限性和弊端。因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)只是在靜態(tài)特性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各階段獨(dú)立的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，即把整個(gè)張緊過程分為四個(gè)階段：啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)和停車，在每個(gè)階段中設(shè)置固定張力的限定范圍，只有在膠帶產(chǎn)生的張力超出限定范圍時(shí)，拉緊裝置調(diào)整，而不能對(duì)膠帶變化的張力進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，有一定的不合理性，這樣會(huì)導(dǎo)致膠帶張緊過大，應(yīng)力疲勞，塑性變形，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率消耗過大等問題，造成設(shè)備一次性投入和運(yùn)行費(fèi)用的巨大浪費(fèi)和不安全因素，達(dá)不到真正的動(dòng)態(tài)張緊效果，也不能與現(xiàn)在輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)研究相匹配。而且輸送帶的張緊程度往往與操作者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)張緊過大或過小，并且直接影響輸送機(jī)啟動(dòng)的安全性，運(yùn)行的平穩(wěn)性，所以固定絞車張緊裝置對(duì)于大型的順槽帶式輸送機(jī)的安全及平穩(wěn)運(yùn)行極為不利。因此帶式輸送機(jī)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)張緊裝置提出了新的要求。
2.1液壓絞車自動(dòng)拉緊裝置
液壓絞車自動(dòng)拉緊裝置的工作原理為：由液壓系統(tǒng)油泵電機(jī)帶動(dòng)絞車卷筒旋轉(zhuǎn)，通過鋼絲繩使膠帶張緊，當(dāng)拉力達(dá)到正常啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)張力時(shí)，帶式輸送機(jī)啟動(dòng)并加速運(yùn)行，在達(dá)到等速運(yùn)行狀態(tài)后，張緊裝置使張力降低到正常運(yùn)行所需值，同時(shí)制動(dòng)液壓絞車以保持膠帶張力。如中國礦大可靠性研究所研發(fā)的液壓自動(dòng)拉緊裝置，在運(yùn)行過程中，其上裝有張力檢測(cè)裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)膠帶的張緊力，從而實(shí)現(xiàn)張力的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)張緊力小于正常張力的0.95倍時(shí)，通過電器控制柜重新啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，增大膠帶張力至正常運(yùn)行所需值。
2.2液壓自動(dòng)拉緊裝置
液壓自動(dòng)拉緊裝置主要由慢速絞車、液壓泵站、拉緊油缸、蓄能站、電控箱及附件等六大部分組成。該自動(dòng)張緊裝置通常具有以下特點(diǎn)：張緊力可根據(jù)膠帶的需要任意調(diào)節(jié)，一旦調(diào)定即可按預(yù)定程序自動(dòng)工作，以保證膠帶在理想狀態(tài)下工作；反應(yīng)快，可根據(jù)需要及時(shí)響應(yīng)；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控。當(dāng)皮帶運(yùn)行過程中發(fā)生張力變化時(shí)，由控制器來控制相應(yīng)動(dòng)作，通過油缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)來調(diào)節(jié)皮帶張力，從而適應(yīng)負(fù)載隨時(shí)變化對(duì)張力的不同需求，使膠帶始終保有最合理的張力。
3、結(jié)語
煤礦井下用帶式輸送機(jī)對(duì)現(xiàn)代化的大型礦井特別是高產(chǎn)高效礦井起著舉足輕重的作用，選擇安全、可靠、合理的軟啟動(dòng)與自動(dòng)張緊裝置，將極大地改善煤礦井下用帶式輸送機(jī)上重要元器件如膠帶、滾筒等的受力情況，提高其使用性能及使用壽命，同時(shí)使得整機(jī)的自動(dòng)化、智能化水平大大提高。
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