馬樹(shù)權(quán)
(山西省同煤集團(tuán),山西 大同037000)
主斜井皮帶機(jī)是四臺(tái)礦運(yùn)煤的咽喉要害,擔(dān)負(fù)著全礦井下原煤運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù),每天此設(shè)備運(yùn)輸量大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。該皮帶機(jī)的運(yùn)行可靠與否,直接影響礦井全年產(chǎn)量和生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。該皮帶機(jī)原電控、傳動(dòng)系統(tǒng)為串電阻降流啟動(dòng)方式,啟動(dòng)電流大,啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械部分磨損嚴(yán)重,對(duì)皮帶容易引起張力變化,從而影響皮帶的使用壽命。由于主斜井強(qiáng)力皮帶是多電機(jī)啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率難以達(dá)到平衡。因此,四臺(tái)礦于2010年對(duì)主斜井皮帶機(jī)電控、傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。
四臺(tái)礦主斜井皮帶機(jī)運(yùn)輸長(zhǎng)度為864 m,皮帶機(jī)型號(hào)為DX.S6,傾角β=14.5°,帶寬B=1 400mm,帶速v=3.15m/s,電機(jī)為YR-500(3×560kW,電壓6kV),減速器為K269P,采用鋼絲繩芯膠帶提升,設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力Q=1 640t/h,啟動(dòng)形式為電機(jī)串電阻降流啟動(dòng),通過(guò)棒削聯(lián)軸器帶動(dòng)減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)主副滾筒,最后通過(guò)滾筒與膠帶間的摩擦力使用膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行。
電機(jī)為1PO8405-4PM80-Z(3×615kW,電壓660V),減速器為B3SH17A,啟動(dòng)形式為通過(guò)變頻器對(duì)皮帶機(jī)采用主從控制進(jìn)行驅(qū)動(dòng),使電機(jī)慢速啟動(dòng),帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢啟動(dòng),讓皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放,使皮帶機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中形成的張力波極小,從而在不損害皮帶的情況下啟動(dòng)運(yùn)行。
變頻器是結(jié)合了應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方式來(lái)控制交流電機(jī)的電力控制設(shè)備。其基本原理如下:首先將電源的交流電經(jīng)過(guò)整流變換為直流電,再經(jīng)過(guò)逆變器把直流電源逆變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)節(jié)的交流電源。
采用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,可通過(guò)改變電壓與頻率而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電壓頻率滿(mǎn)足以下公式:
式中,n為轉(zhuǎn)速(r/min);f 為輸入頻率(Hz);s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率;p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。
上式表明,電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作頻率成正比,通過(guò)改變電機(jī)工作頻率即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)目的。電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)可根據(jù)繞組大小變化,雙繞組電機(jī)通過(guò)切換繞組電源可實(shí)現(xiàn)速度的大范圍調(diào)整,變頻器即依據(jù)上述原理,利用半導(dǎo)體器件的通斷作用將電源工頻變換為可控制的另一頻率的控制裝置,具有技術(shù)調(diào)速范圍寬、精度高、節(jié)能效果好等顯著優(yōu)點(diǎn)。
原始參數(shù):運(yùn)量Q=1 640t/h,運(yùn)輸材料容重ρ=0.9t/m3;帶寬B=1 400 mm,帶速v=3.15 m/s,電機(jī)功率P=3×560kW,減速比i=22.24;膠帶米自重qd=60.5kg/m,運(yùn)距L=846m,傾角β=14.5°。
改造后:運(yùn)量Q=1 640t/h,運(yùn)輸材料容重ρ=0.9t/m3;帶寬B=1 400mm,帶速v=3.15m/s,電機(jī)功率P=3×615kW,減速比i=35.5;膠帶米自重qd=60.5kg/m,運(yùn)距L=846m,傾角β=14.5°。
上托輥折算到單位長(zhǎng)度質(zhì)量:
其中,lt′0=1.2m;G′=47kg(按DX 系列輸送機(jī)托輥旋轉(zhuǎn)質(zhì)量表)。
下托輥折算到單位長(zhǎng)度質(zhì)量:
其中,lt″=3m;G″=39kg(按DX 系列輸送機(jī)托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量表)。
逆止力:
FT=[q×sinβ-(q+2qd+q′t+q″t)ω×cosβ]L×g
FT=[144.6×sin14.5°-(144.6+2×60.5+39.17+13)×0.02×cos14.5°]×846×9.8≈249 155N
F′T=1.3FT=323 901.5N
以上為計(jì)算到驅(qū)動(dòng)滾筒上的逆止力。
∵制動(dòng)器、逆止器分別設(shè)在減速器輸入軸和第二傳動(dòng)軸上
3臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置輸入軸上每臺(tái)平均制動(dòng)力矩:
本次改造保持原來(lái)6 套制動(dòng)器(輸入軸上雙對(duì)輪,各一套制動(dòng)器),每套制動(dòng)力矩:
M =2×5 000N·m >M =2 767.6N·m
所以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
柱銷(xiāo)剪切強(qiáng)度τ:
柱銷(xiāo)擠壓強(qiáng)度σp:
其中,l=240mm(柱銷(xiāo)長(zhǎng)度)。
因此,高速聯(lián)軸器滿(mǎn)足使用要求。
柱銷(xiāo)剪切強(qiáng)度τ:
柱銷(xiāo)擠壓強(qiáng)度σp:
外套的剪切強(qiáng)度τ1:
其中,D=675mm(外套外徑),D3=552mm(外套內(nèi)徑)。
因此,尼龍棒采用MC尼龍6材料,低速聯(lián)軸器采用45#鋼材料,均能滿(mǎn)足使用要求。
皮帶機(jī)電機(jī)功率615kW,平均每天運(yùn)行17h左右,日運(yùn)輸煤碳1.2萬(wàn)t。原設(shè)計(jì)采用直接啟動(dòng)方式,啟動(dòng)后電機(jī)全速運(yùn)行,而井下煤倉(cāng)下煤量達(dá)不到皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力,故皮帶上煤量不足,這樣很不經(jīng)濟(jì),浪費(fèi)電能。使用變頻器對(duì)拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速后,皮帶運(yùn)輸機(jī)按實(shí)際需要功率出力,把變頻器輸出頻率設(shè)為39~49Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速比工頻速度適當(dāng)降低,就可以使皮帶運(yùn)行速度與井下煤倉(cāng)下煤量相匹配,同時(shí)降低了運(yùn)行電壓和電流,減小了電能消耗。據(jù)礦井統(tǒng)計(jì),變頻調(diào)速運(yùn)行比直接工頻運(yùn)行可節(jié)約電能10%~15%。
原設(shè)計(jì)采用電機(jī)直接啟動(dòng)方式,不能調(diào)速,啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備沖擊較大,加劇了機(jī)械設(shè)備的磨損,縮短了設(shè)備使用壽命,同時(shí)也縮短了設(shè)備維修周期,增加了停產(chǎn)檢修次數(shù)。直接啟動(dòng)也造成控制設(shè)備如真空接觸器、開(kāi)關(guān)等的頻繁更換,這都增加了維修費(fèi)用,停產(chǎn)檢修也造成了煤炭產(chǎn)量的損失。而采用變頻器后,可以實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng),對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備基本無(wú)沖擊,大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。
采用變頻器運(yùn)行穩(wěn)定可靠,除正常清潔維護(hù),沒(méi)有大量的維修工作,故不必配備許多設(shè)備維修人員。變頻器操作簡(jiǎn)單方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠,每班只需一人值班操作即可,節(jié)約了人力資源,相應(yīng)也提高了生產(chǎn)效率。
采用變頻啟動(dòng)方式,通過(guò)增大設(shè)備轉(zhuǎn)矩使皮帶勻速啟動(dòng),降低了皮帶因啟動(dòng)而產(chǎn)生的強(qiáng)大的拉力,減少了啟動(dòng)對(duì)皮帶接頭的損壞。
變頻啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、保護(hù)完善。根據(jù)皮帶電機(jī)數(shù)量可以組成2~6組的開(kāi)關(guān)組合,能輸出1~3個(gè)回路,直接同時(shí)軟啟動(dòng)皮帶1~3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī),而驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接帶動(dòng)各自減速器就可使皮帶平穩(wěn)快捷運(yùn)行,省去了耦合器及相關(guān)設(shè)備,使空間增大,給檢修和維護(hù)保養(yǎng)帶來(lái)了極大的方便。新增加的水箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)使得電機(jī)和減速器散熱更加良好、性能更加穩(wěn)定。
四臺(tái)礦主斜井強(qiáng)力皮帶變頻改造后,減少了配件的投入,也使電機(jī)啟動(dòng)速度平穩(wěn)。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻降低了啟動(dòng)電流,減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及對(duì)電機(jī)、減速機(jī)、負(fù)載的機(jī)械沖擊,解決了皮帶重載啟動(dòng)難的問(wèn)題,延長(zhǎng)了皮帶電機(jī)、減速機(jī)的使用壽命,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,大大降低了事故發(fā)生率,同時(shí)開(kāi)機(jī)率的提高不同程度上增加了煤炭產(chǎn)量,為全礦全年煤炭產(chǎn)量的完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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[2]李方園.變頻器控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.