浅析带式输送机软启动装置与应用

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带式输送机目前正向高速度、大运量、大功率及长距离的方向发展，而作为带式输送机关键技术之- 的驱动技术，对整机的性能至关重要。大型带式输送机启动时，如果直接启动，将会导致输送机难以启动，输送带打滑磨损；加大输送机系统启动张力，造成对输送机系统内部元部件的瞬时冲击，造成电机启动时的电流增大，对于电网也会造成干扰。尤其对于大型带式输送机，驱动装置应能使输送机平缓启动，旧能减少启 )动加速度，减少动张力，以延长整机和胶带寿命，稳定运行时效率高，能耗少。因此，大型带式输送机设计中必须考虑和解决启动问题。

目前国内外都是在带式输送机上采用软启动技术来解决带式输送机的启动问题，从而确保按输送机平稳启动。

2 问题分析近年来国内外对多种形式的软启动驱动装置进行了研究和应用，主要目的是要求驱动系统能够提供可调、平滑且无冲击的启动力矩以减小动张力，改善输送带及整机的受力状况，达到在多台电动机驱动情况下使各驱动装置之间能够达到功率基本平衡。要实现以上目的，须合理确定带式输送机的软启动方式以达到最佳效果，同时对各种软启动驱动装置进行分析和对比，做到安全可靠且经济合理。

2.1 带式输送机的载荷特点带式输送机的负载是-种典型的恒转矩负载，且带式输送机不可避免地要带负荷起、制动(满载起动和停车)。电动机的启动特性与负载起动要求不相适应在带式输送机上表现得比较突出：-方面为保证必要的起动力矩，电动机起动时的电流要比额定运行时的电流大好几倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧毁，电网不因大电流使电压过分降低，就要求电动机的起动过程要尽量平稳，延长启动时间，即软启动”，否则就必须加大电动机功率才能实现满载起动，适用于如小型装船机的臂架带式输送机，但对于诸如地面、煤矿长距离大型带式输送机则不适用。输送带是-种粘弹性体，大型带式输送机的起动制动)的不稳定阶段，驱动装置施加到输送带上的牵引拉力(制动拉力)及惯性拉力将以-定的波速在皮带内传播、叠加、反射，加上其他因素的影响，将在输送带内引起多变的应力，当多变应力值达到了皮带的许用应力值，将会损伤甚至拉断输送带，或过早损坏托辊与滚筒。因此，要求皮带有尽量小的起动劁动)加速度(-般加速度控制在0.10.3m/s )以降低起动制动)时的冲击。例如装船机臂架带式输送机的运行速度为3.15m/s，起动时间将长达1030s，这样长的起动时间，如果不采取有效措施会烧毁电动机。另-方面，大型带式输送机停机制动时在输送带上产生的应力变化有时比起动时还要剧烈。为解决上述问题，缓解对电动机的冲击，降低皮带内应力的剧烈变化，须采用软启动装置。

2.2 软启动装置的设计要求(1)在安全的认定范围内，寻求最经济可靠的软启动系统及参数，满足特定的带式输送机。软启动系统需要-定的力矩特性，太软的启动特性对于满载启动并不利，因为约90%的传动滚筒阻力矩用于提升带式输送机的物料，而空载阻力矩只占总阻力矩的10%左右，满载停机后，传动滚筒上存在很大的逆转力矩；如果起动力矩达不到额定力矩的90% ，就起动不了输送机。如果起动力矩从0到额定力矩的90% 时间过长，虽然对空载启动有利，但对满载起动则不利，这将造成系统堵转或打滑时间过长，产生大量热，对整个系统不利。只有当起动力矩达到额定力矩的90% 并且输送机开始运行和加速后，才能使力矩特性变软。

(2)技术和经济的合理性。过软的启动特性以及启动力矩的精确控制将会增加启动系统的投资。在满 重工与起重技术HEAVY INDUsTRIAL＆ H0ISrnNG MACHINERY足带式输送机的软启动要求的同时价格要经济合理；使用维护要简便，操作人员易于掌握。

2-3 软启动系统选用原则判断软启动装置是否满足带式输送机的要求主要从软启动装置是否保证输送机的张力和启动特性两方面考虑：(1)起动时，输送带在任意时刻的最大动张力应不大于输送带本身的许用动张力。

(2)起动过程中，起动性能在给定的安全范围内，保证输送机平稳起动，避免输送带发生纵向和横向共振及瞬间张力增大情况。

3 几种典型软启动装置为缓解对电动机的冲击，常用大型带式输送机软启动装置有绕线转子电动机、液力耦合器、变频调速装置、BOSS系统及CST系统等。

(1)绕线转子电动机调速绕线转子电动机调试有转子电路串接起动电阻调速和串级调速两种。前者是DX型带式输送机过去常用的方法。由异步电动机的机械特性可知，改变转子电阻可改变电动机的临界转差率而最大转矩不变，因此这种调速方式可用于恒转矩的带式输送机。由于是依靠增加转差率损耗来调速，损耗主要在电动机外的附加电阻上，低速运行电动机不会过热，但效率低，且调速是有级分段的，维护工作量也大，在有防爆要求的场所使用较困难。

串级调速是在绕线转子电动机的转子电路中加上-个与变化的转子电势的频率相同的外加电势，从而调整转差电压，达到改变转差率实现调速。外加电势用可控硅逆变电路实现。这种方法与前者相比，避免了在电阻中的无益损耗，效率高，但整套装置较复杂。目前国内用在带式输送机上的串级调速不多。

(2)变频调速随着变频控制理论的不断发展，变频技术在国民经济中得到了越来越广泛的应用，被认为是-种最有前途的交流调速方式。

整流器将工频交流电(50Hz或60Hz)变换成直流电，脉动的直流电压经平滑滤波后在智能控制电路的调控下，用逆变器将直流电再逆变为电压有效值和- l2-频率均可调的三相交流电源，输出到需要调速的电动机上。变频调速公式为：nno(1-s)60h/P式中：n-电动机转速；- 交流电源频率；P-电动机极数；nO-定子旋转磁场速度tJs-转子的转差率。

通过改变输入电源的频率h，来改变定子旋转磁场速度no，从而改变电动机的转速1，。只要控制频率变化范围和时间，就可使输送机按照设定的速度睦线平稳起动，实现软启动。其特点是：①真正实现带式输送机软启动。运用变频器软启动功能将电机软启动和带式输送机软启动合二为～，可将输送机起停时产生的冲击减至最校②实现带式输送机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对带式输送机驱动时-般采用-拖-控制，多电机驱动时采用主从控制，实现功率破获。

③降低胶带带强。起动时间延长大大降低对带强的要求，减少设备初期投资。实际应用中，由于降低了起动冲击，机械系统的损耗也随之降低，尤其托辊及滚筒寿命呈几倍延长。

(醉 稳的重载起动。变频器低频运转最大可输出1.5倍额定转速，最适于重载起动。

⑤自动调速。变频器配合煤流传感器可根据负载轻重自动调节胶带速度，节电的同时减少了胶带磨损。

⑥节能。采用变频器驱动后，节省了无功功率，减少了液力偶合器，系统总传递效率提高5%～l0%。

因此，建议电抗器与变频器不共用同-个箱体，且要保持安装地点通风良好，选用性能良好的保护元件，合理设置各项参数。同时，建议在地面上运距长、运量大、功率大的带式输送机上选用。

(3)液力耦合器液力耦合器是-种软联结，可以改善起动性能，对减少电动机与负载起动的冲击具有较大的作用，防止电动机过载。液力耦合器有限矩型和调速型两种。

小功率的带式输送机-般选配限矩型液力耦合器，以改善起动性能。调速型液力耦合器可控制带式输送机 重工与起重技术HEAVY INDUSrRIAL＆ HOISnNG MACHINERY的起动。

调速型液力偶合器的软启动具有以下特点：改善带式输送机的启动性能；实现多机驱动的功率平衡，提高电动机和胶带的使用寿命；减少对电网的冲击；提高带式输送机运行的可靠性。有着较高的性价比。

对于像带式输送机这样需要恒转矩的输送设备，这两种液力耦合器均有不足之处：-是液力耦合器传递的扭矩与其转速的平方成正比，低速时传递的扭矩小，二是在低速阶段不能提供稳定平滑的加速度，其传动特性是非线性的，它的控制特性不可能准确，三是效率低，在稳定运行时也有3%的功率损耗。

尽管液力耦合器有不足之处，但经过在装船机上的实际应用，其性能相对于-般的带式输送机已能满足要求而且其操作及维护简单，价格也较低，是目前小型带式输送机应用较多的驱动方式。

(4)BOSS系统BOSS即皮带最佳软启动及多点驱动系统。该系统是国外公司研制的产品，是专为重型带式输送机设计的。其主要特点：起动平稳，可频繁启动，冲击小，可实现恒扭矩输出，可匀加速起动；可靠性高，维护较为简单，和减速器匹配性强，适宜对现有带式输送系统升级改造；摩擦片组设在高速轴，相对滑差范围大，便于控制，能够实现功率平衡，保护功能齐全；与逆止器和制动器的配置灵活、方便；拆卸及装配简便，互换陛强。缺点为：在软启动过程中，发热量很大，传动效率低；不能实现无级变速；要实现多驱动功率平衡，摩擦片磨损大；对润滑油的质量要求较高，运行费用较高；传动系统中存在薄弱环节，其中摩擦片是易损件，使用寿命短，液压及控制系统复杂；离合器在高速运转时，控制系统难以准确控制。

(5)CST可控驱动系统CST即可控驱动系统，该系统也是国外公司研制的产品，是-种专用于重载带式输送机的完善驱动系统。它是集减速、离合、调速、电控、冷却、运行监控及自诊断于-体的液体粘性调速器与行星齿轮传动相结合的传动装置。其特点为：CST可用来对启动阶段加速度进行控制，使胶带动态涨紧力减至最校在空胶带或满载胶带启动时，通过控制加速度斜率可得到满意结果，使峰值暂态张紧力减到最校在大型带式输送机运用中，加速度斜率中如加入-段缓冲，还能进-步改善启动瞬间峰值张力。CST控制启动的另-个优点是带式输送机的电机可在空载状态下启动，尽可能避免冲击电流，使电机冲击电流造成的损害减到最校其缺点为：调速系统与减速器合为-体，体积大、安装不便；控制系统复杂，维护量较大，在高速轴上配置逆l匕器和制动器比较困难。

4 软启动装置在港口机械皮带机上的应用港口机械产品中的装船机、卸船机及门座起重机等设备上的皮带机多为长度较短的小型带式输送机。

根据用途又分为给料皮带机和转载皮带机两种。给料皮带机逋过变频调速，可以控制物料的给出量，所以给料皮带机采用的是变频调速驱动装置。使用变频器以后，驱动电机直连滚筒，通过设置变频器输出电流频率由0Hz到设定频率的变化时间，就可以设置带式输送机软启动的启动时间。为了尽量减少带式输送机启动时对电机及带式输送机各部件的冲击，启动时间可以设置成 10s以上。变频器的启动力矩大，尤其适合重载启动，这对带式输送机是十分有利的。

转载皮带机不需调速，很少采用变频驱动，对于驱动功率小于45kW的小型皮带机可以直接采用弹性联轴器连接电机和减速器。但对于驱动功率大于45kW的皮带机，需要采用液力耦合器的软联结方式较合理，而且价格比变频调速驱动装置低。但使用过程中存在运行油温偏高，以及漏油等问题。因此，建议在使用过程中，油箱内的油不要过多，并及时清理冷油器内的污垢，及时检查更换损坏元件。同时，建议在软启动性能要求不高的中小型带式输送机上选用。

5 结论随着带式输送机大型化的趋势，软启动已成为带式输送机是否达到技术先进的标志之-。各种软启动装置各有特点，在具体应用中，应根据现场实际情况，除满足功能要求外，同时又要考虑到实用性，达到经济、合理、通用、互换，才是最终的选择。