李東林

摘 要：本文所研究的帶式輸送機(jī)慢速啟動及多機(jī)驅(qū)動功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用調(diào)速型液力偶合器配上閉環(huán)調(diào)節(jié)電控系統(tǒng)的方案，經(jīng)過實驗室試驗，即可實現(xiàn)慢速啟動又能自動調(diào)節(jié)各電機(jī)的負(fù)荷使之趨于平衡，其調(diào)節(jié)精度達(dá)到5%，滿足了生產(chǎn)上的要求?，F(xiàn)對此系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)、試驗結(jié)果以及推廣應(yīng)用作扼要的論述。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 慢速啟動 多機(jī)驅(qū)動 功率平衡

中圖分類號：TD634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0171-02

帶式輸送機(jī)大多采用交流鼠籠式電機(jī)驅(qū)動。如果直接啟動，由于加速度較大，使傳動元件及膠帶承受較大的動負(fù)荷，影響其使用壽命。大傾角上運(yùn)輸送機(jī)啟動時，物料所受的慣性力與重力的傾斜分力同向，加速度過大會引起物料下滑或滾料?？缮炜s帶式輸送機(jī)的儲帶倉中各層膠帶之間的間距較小，如啟動加速度過大，張緊裝置不能及時張緊，造成下膠帶撓度過大，相鄰膠帶相碰，速度方向相反，形成打帶現(xiàn)象，導(dǎo)致膠帶磨損快，壽命短，傳動不平穩(wěn)，可靠性差。因此，需要實現(xiàn)慢速啟動，可以解決上述的問題。

大功率帶式輸送機(jī)通常采用多滾筒，等功率多電機(jī)驅(qū)動，它有利于系列化，便于制造、搬運(yùn)、維修等優(yōu)點(diǎn)。而且由于圍包角大，可使膠帶最大張力減小，但是采用多電機(jī)驅(qū)動需解決各電機(jī)負(fù)荷均衡的問題，以充分發(fā)揮輸送機(jī)的工作能力，避免偏載燒電機(jī)事故。

本文所研究的帶式輸送機(jī)慢速啟動及多機(jī)驅(qū)動功率平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用調(diào)速型液力偶合器配上閉環(huán)調(diào)節(jié)電控系統(tǒng)的方案，經(jīng)實驗室試驗，既可實現(xiàn)慢速啟動又能自動調(diào)節(jié)各電機(jī)的負(fù)荷使之趨于平衡。其調(diào)節(jié)精度達(dá)到5%，滿足了生產(chǎn)上的要求。本文對此系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)以及試驗結(jié)果作扼要的論述。

1 影響功率平衡的幾個主要因素

1.1 各驅(qū)動電機(jī)外特性曲線的差異

根據(jù)“中小型電機(jī)技木條件”規(guī)定，電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率的允差為±20%，按此，可計算出額定轉(zhuǎn)速下兩電機(jī)負(fù)載力矩的極限差值，兩者功率差可達(dá)41.7%。

1.2 驅(qū)動滾筒直徑的差別

由于制造誤差及使用過程中受力大小不同等原因使磨損量不同（采用包膠滾筒時，磨損量差別較大），兩驅(qū)動滾筒的直徑就有差別。如圖1所示，如果滾筒I的直徑較大，在帶速相同時其轉(zhuǎn)速必較小，因而驅(qū)動此滾筒的電機(jī)承受較大的負(fù)載力矩。反之，驅(qū)動滾筒直徑較小者，其轉(zhuǎn)速必較高，電機(jī)的負(fù)載力矩則較小。

1.3 各驅(qū)動滾筒處膠帶受力大小不同使膠帶彈性伸長率不同

如圖1所示，滾筒Ⅱ處的膠帶張力比滾筒I處大，膠帶由大張力處繞至小張力處，由于彈性變形減少而收縮，因而在穩(wěn)定運(yùn)行時滾筒I的轉(zhuǎn)速較低，其電機(jī)的負(fù)載力矩較大。

以上幾個因素如疊加在一起，即處于較小張力處的驅(qū)動滾筒，直徑較大且上特性較硬的電機(jī)，其負(fù)載必然較大甚至導(dǎo)致偏載燒電機(jī)的事故。此外，還有其他偶然因素，如驅(qū)動滾筒粘上雜物等也導(dǎo)致功率不平衡。

2 本系統(tǒng)的工作過程及特點(diǎn)

慢速啟動的工作過程如下。

輸送機(jī)的負(fù)載確定后，啟動前偶合器不充油，啟動時供油泵才開始供油，通過電氣調(diào)節(jié)裝置操縱杓管外移，使充油量逐漸增大，耦合器的輸出力矩也相應(yīng)增大，適當(dāng)控制勺管外移速度，即可調(diào)節(jié)輸送機(jī)啟動角加速度的大小，使輸送機(jī)的啟動加速度限制在0.1～0.3 m/s2范圍內(nèi)。

由于泵輪可超前于渦輪快速啟動，所以電機(jī)啟動時大電流持續(xù)時間很短，發(fā)熱量不大，對電網(wǎng)的沖擊也不大。渦輪啟動時間較長，此時偶合器在效率低的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)熱量大，但是由于調(diào)速型液力偶合器采用了外循環(huán)冷卻裝置，仍能保證油溫不超過限定值。

圖2為多電機(jī)驅(qū)動功率平衡控制系統(tǒng)框圖，其工作原理如下。

電機(jī)l和電機(jī)2分別通過偶合器1和偶合器2共同驅(qū)動一臺膠帶機(jī)，如果電機(jī)l的功率大于電機(jī)2的功率，則電流信號電壓Ul>U2，因信號電壓平均值UP=（Ul+U2）/2，所以U3=U1-UP>0，通過l號比較放大器及觸發(fā)器操縱l號伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，使勺管改變立置，減少偶合器1的充油量，把輸出力矩減小，從而使電機(jī)1的功率下降。同時，由于U4=U2-UP<0，通過2號比較放大器及觸發(fā)器操縱2號伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使勺管反向移動，增大偶合器2的充油量，把輸出力矩增大，從而使電機(jī)2的功率上升，這樣就可使兩臺電動機(jī)的功率趨于平衡。達(dá)到平衡狀態(tài)時兩臺伺服電機(jī)均停止轉(zhuǎn)動。假如出現(xiàn)U2>U1時，則動作情況與上述相反。

本系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

（1）各電機(jī)可順序分別空載啟動，對電網(wǎng)沖擊不大。

（2）調(diào)節(jié)勺管外移速度，可使啟動加速度限制在預(yù)定范圍內(nèi)，確保啟動的平穩(wěn)性。

（3）由于在輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不斷地進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，所以能克服固定因素及偶然因素引起的功率不平衡。保證在各種工況下的功率平衡精度。

3 試驗結(jié)果

為了測定電機(jī)外特性的差異及傳動滾筒直徑的差別對功率平衡的影響，測定本系統(tǒng)所能達(dá)到的功率平衡精度，在試驗臺進(jìn)行了對比試驗。

3.1 測定由于外特性不同引起的功率不平衡

試驗結(jié)果為同樣的電機(jī)在額定輸出扭矩下，不接液力耦合器電氣調(diào)節(jié)裝置時，轉(zhuǎn)差值較大的電機(jī)負(fù)載較小，輸出功率較小，轉(zhuǎn)差值較小的電機(jī)負(fù)載較大，輸送功率也較大，功率不平衡系數(shù)最大可達(dá)26.7%；同樣的電機(jī)在額定輸出扭矩下，連接液力耦合器電氣調(diào)節(jié)裝置時，電機(jī)的輸送功率大小相當(dāng)，功率不平衡系數(shù)最大僅為4.4%。

3.2 測定由于傳動輪直徑不同所引起的功率不平衡

試驗結(jié)果為外特性相同的兩電機(jī)，驅(qū)動較大傳動輪的電機(jī)負(fù)載較大，輸出功率較大；驅(qū)動較小傳動輪的電機(jī)負(fù)載較小，輸出功率也較小。在傳動輪直徑相差5 mm（一個是φ600；另一個是φ605）的情況下，不接電氣調(diào)節(jié)裝置時，功率不平衡系數(shù)最大可達(dá)27.7%，連接電氣調(diào)節(jié)裝置后，功率不平衡系數(shù)最大僅為1.68%。

3.3 測定由于傳動輪直徑不同與外特性不同兩者疊加所引起的功率不平衡

多機(jī)驅(qū)動中傳動輪直徑較大者負(fù)載較大，外特性較硬者負(fù)載較大，兩個因素疊加將引起更大的功率不平衡。試驗結(jié)果為在相同情況下，不接電氣調(diào)節(jié)裝置時不平衡系數(shù)的最大值為41.15%，接上電氣調(diào)節(jié)裝置則下降到6.25%，在額定功率附近，不平衡系數(shù)值僅為1.75%～4%。

根據(jù)以上的測試結(jié)果可以得出如下結(jié)論：多機(jī)驅(qū)動時，電機(jī)外特性有差異，傳動輪直徑有差別是引起功率不平衡的主要因素，當(dāng)外特性差異達(dá)到允許的最大值40%，而且傳動輪直徑相差5 mm（一個是φ600，另一個是φ605）的情況下，如不接電氣自動調(diào)節(jié)裝置，兩電機(jī)的功率不平衡系數(shù)可高達(dá)41.15%，在同樣條件下，如接上電氣自動調(diào)節(jié)裝置，可保證在額定功率時兩電機(jī)的功率不平衡系數(shù)在4%以下。由此可見，應(yīng)用本系統(tǒng)能充分發(fā)揮各電機(jī)的能力，防止偏載燒電機(jī)事故。本系統(tǒng)能在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自動調(diào)節(jié)多機(jī)驅(qū)動的功率平衡，因此，無論是固定因素或者是偶然因素引起的功率不平衡均可隨時得到調(diào)節(jié)，以保證一定的功率平衡精度，比只適用于調(diào)節(jié)固定因素的方法（如調(diào)節(jié)繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻值或限矩型液力偶合器的充油量等），精度高且安全可靠。

此外，在試驗臺的傳動系統(tǒng)中，加上飛輪來代替帶式輸送機(jī)的慣量，進(jìn)行過慢速啟動試驗，改變勺管外移速度，可改變啟動加速度的大小，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 推廣應(yīng)用的現(xiàn)況及前景

本系統(tǒng)的主要部件，XGB-I型電機(jī)功率平衡自動控制器（隔爆型），DKJ型防爆電動執(zhí)行器、YKD型應(yīng)力調(diào)速裝置，可滿足單機(jī)功率300 kW以下的兩臺4極電機(jī)功率平衡的需要，如膠帶輸送機(jī)為3～4臺電機(jī)驅(qū)動時，可使用兩臺控制器，以這些電機(jī)的電流平均值作為比較基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)其功率平衡。

本系統(tǒng)已應(yīng)用于驅(qū)動功率達(dá)4×200=800 kW的長距離帶式輸送機(jī)及2×220=440 kW的大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)中解決慢速啟動及功率平衡問題。

本系統(tǒng)如應(yīng)用于鋼纜膠帶輸送機(jī)，可以取代差動包，其依據(jù)是對陽泉四礦銅纜膠帶輸送機(jī)進(jìn)行過工業(yè)性試驗測定，差動包調(diào)節(jié)精度為5%，本系統(tǒng)也能達(dá)到此精度。省掉差動包，就簡化了傳動系統(tǒng)，縮小體積，減輕重量，便于制造，為推廣交流拖動的鋼纜膠帶輸送機(jī)排除了一個主要障礙。交流傳動比直流傳動投資少，可靠性高，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

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