劉大陽　王博　劉曉旭

摘要 ：長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離散料運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，電控系統(tǒng)的合理設(shè)計，對于降低生產(chǎn)和維護(hù)成本、提高整機(jī)運(yùn)行效率及技術(shù)含量具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞 ：帶式輸送機(jī) 軟起動 動態(tài)特性分析 啟動加速度

1、電控系統(tǒng)的技術(shù)要求與指標(biāo)

長距離大功率帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)如下預(yù)期目標(biāo)：

（1） 設(shè)備運(yùn)行的所有工藝流程應(yīng)編入PLC程序，PLC控制所有信號并根據(jù)工藝要求做出判斷；（2） 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)應(yīng)及時做出反應(yīng)，并在報警文本中明確顯示；（3） 清晰完整的顯示設(shè)備運(yùn)行狀況、及某些重要參數(shù)（例如電機(jī)電流、溫度等）；（4） 選用常規(guī)保護(hù)開關(guān)，進(jìn)行單點(diǎn)現(xiàn)場采集，顯示故障和報警點(diǎn)的具體位置，以便及時排除故障；（5） 上下級皮帶的啟動運(yùn)行連鎖；（6） 采用PLC控制，具有現(xiàn)場可編程功能；（7） 具有輸送機(jī)可控啟動、停車等功能；（8） 具有輸送機(jī)前后設(shè)備聯(lián)鎖功能；（9） 具有輸送機(jī)一級跑偏保護(hù)、二級跑偏保護(hù)、速度檢測、膠帶打滑保護(hù)、膠帶縱向撕裂保護(hù)、超速打滑保護(hù)、沿線急停閉鎖和故障位置檢測等完善的檢測保護(hù)功能；（10） 輸送機(jī)控制系統(tǒng)具有自動運(yùn)行、手動運(yùn)行工作方式；（11） 控制系統(tǒng)配置（控制器容量、電源容量、控制柜的空間和導(dǎo)軌等）具有足夠的輸入輸出端口；（12） 所有模擬量信號均應(yīng)為4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號；（13） 所有開關(guān)量信號均應(yīng)為無源常開接點(diǎn)信號，每個信號不少于2個橋接點(diǎn)，接點(diǎn)容量大于5A，220VAC或DC110V；（14） 滿足遠(yuǎn)程控制方式的要求，輸送機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置必要的控制、監(jiān)視信號通過以太網(wǎng)通訊方式送中控室計算機(jī)系統(tǒng)。為保障設(shè)備安全，應(yīng)設(shè)置保護(hù)信號及輸送機(jī)高壓電機(jī)進(jìn)行硬連鎖保護(hù)。（15） 遠(yuǎn)程I/O站有通風(fēng)散熱功能，同時具備防雨功能，遠(yuǎn)程I/O控制箱防護(hù)等級達(dá)到IP64，并在安裝時要考慮到防曬措施。

2、長距離大功率帶式輸送機(jī)的軟啟動特性

帶式輸送機(jī)的啟動屬于重載啟動，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，需要克服皮帶上的物料向下的壓力形成的阻力，和皮帶與托輥組之間的靜摩擦力形成的阻力，過大的啟動轉(zhuǎn)矩對帶式輸送機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)形成巨大的沖擊，為了減小對帶式輸送機(jī)及輸送帶本身的沖擊力，電控系統(tǒng)對啟動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，長距離大功率帶式輸送機(jī)實(shí)行軟啟動，“軟啟動”是指輸送機(jī)在重載工況下可控制地局部克服整個系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動。軟啟動系統(tǒng)的力矩特性并非越“軟”越好，太軟的啟動特性對滿載啟動并不利。滿載停車后，傳動滾筒上將存在很大的逆轉(zhuǎn)力矩，如果啟動力矩達(dá)不到額定力矩的90%，輸送帶不會動。另一種情況如果啟動力矩太軟，帶式輸送機(jī)在空載下可以正常啟動，但一旦滿載時停車，再啟動則十分困難，傳動系統(tǒng)會打滑，產(chǎn)生大量的熱量，容易損傷膠帶和滾筒外皮，原因是軟啟動系統(tǒng)的啟動力矩的增大十分緩慢，額定力矩由零增大至90%的時間過長，只有當(dāng)啟動力矩達(dá)到90%的額定力矩并且輸送帶開始運(yùn)行和加速后，才能使力矩特性變軟，使輸送帶的慣性力降低，減少對輸送帶和其它機(jī)械部件的沖擊。

3、長距離大功率帶式輸送機(jī)的動態(tài)特性分析

長距離大功率帶式輸送機(jī)一般采用大功率、高壓電動機(jī)驅(qū)動，并配置高壓變頻器對其進(jìn)行變頻調(diào)速，對于電控系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足其軟啟動特性和對多機(jī)分散布置驅(qū)動功率平衡的控制等特點(diǎn)，因而對于大型帶式輸送機(jī)驅(qū)動裝置及控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足如下要求：

（1） 多電動機(jī)分散驅(qū)動時，均勻分配各驅(qū)動單元的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對功率平衡的控制。（2） 節(jié)能環(huán)保，盡可能減小電動機(jī)起動時大電流對電網(wǎng)的沖擊；（3） 電控系統(tǒng)對驅(qū)動裝置的控制，應(yīng)實(shí)現(xiàn)較好的軟起動性能，使帶式輸送機(jī)能夠在額定負(fù)載下具有較大的啟動力矩，并順利起動；（4） 控制起動加速度，避免各部分零件在啟動過程中受到的較大的沖擊，保護(hù)承載件不受損傷；（5） 電控系統(tǒng)具有可靠的過載保護(hù)能力；（6） 變頻驅(qū)動裝置應(yīng)具有良好的可控性和變頻調(diào)速性能，能夠接受來自PLC的信號，對電機(jī)實(shí)現(xiàn)加速、減速運(yùn)行，使設(shè)備正常的啟動和制動；（7） 具有驗(yàn)帶功能，在調(diào)試階段可以進(jìn)行慢速試車；（8） 長時間無故障運(yùn)行；（9） 帶式輸送機(jī)應(yīng)實(shí)時處于集中控制系統(tǒng)下，并能接受來自上游和下游設(shè)備的信號，對于一般故障及突發(fā)事故，控制系統(tǒng)應(yīng)該反應(yīng)迅速，做出報警或緊急停車動作，在設(shè)備的沿線應(yīng)配備監(jiān)控裝置，實(shí)時觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

帶式輸送機(jī)在起動過程中除了受靜張力作用外，還受附加動張力的作用。動張力與靜張力疊加，引起輸送帶張力的重新分配，并可能導(dǎo)致輸送機(jī)的不平穩(wěn)運(yùn)行甚至引發(fā)輸送帶接頭的失效及滾筒、托輥軸承及其它部件的損壞，從而破壞輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計大型輸送機(jī)系統(tǒng)時，應(yīng)采用動態(tài)分析方法，分析帶式輸送機(jī)的動態(tài)特性方程，以建立合理的起動方案。

從帶式輸送機(jī)的連續(xù)模型出發(fā)，分析帶式輸送機(jī)的動態(tài)特性，對輸送帶做如下假設(shè)：（1） 輸送帶沿縱向的力學(xué)性能相同；（2） 物料均勻的分布在輸送帶上；（3） 托輥支撐膠帶均勻地布置，其阻力系數(shù)與帶速無關(guān)；（4） 輸送帶視作沿輸送機(jī)長度方向的一維桿件；（5） 改向滾筒是剛性的；（6） 起制動時，輸送帶的橫向振動對縱向振動影響很小，可忽略不計。

4、起動加速度的分析與計算

—承載分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg/m）；—回空分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg/m）；—輸送帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）； —輸送物料單位長度的質(zhì)量（kg/m）； n—驅(qū)動單元數(shù)；—驅(qū)動單元第i個旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；—驅(qū)動單元第i個旋轉(zhuǎn)部件的傳動比；r —傳動滾筒半徑（m）；—第i個滾筒的轉(zhuǎn)動慣量（kg·）；—第i個滾筒的半徑（m）；T—拉緊裝置的1/2重錘質(zhì)量（kg）；C—修正系數(shù)；f—摩擦系數(shù)；g—重力加速度（m/）；H—輸送機(jī)卸料段和裝料段間的高差（m）；—特種阻力（N）； —附加阻力（N）；設(shè)，帶入式（2.7 ）可得帶式輸送機(jī)的起動加速度計算式為：

式中 —起動系數(shù)；

在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，帶式輸送機(jī)是一種給定起動力矩的輸送設(shè)備，其驅(qū)動力和加速度是不可控的，設(shè)計值為：

（1） 采用電機(jī)直接起動方式，設(shè)計起動系數(shù)= 2.0 ；（2） 配置液力偶合器啟動方式，設(shè)計起動系數(shù)=1.3--1.7；（3） 而采用變頻調(diào)速的驅(qū)動方案時，其驅(qū)動力和加速度是可控的，我們可以設(shè)計最優(yōu)的加速度控制曲線，通過對變頻器參數(shù)的設(shè)置，可以給定一些加速度參數(shù)，設(shè)計起動系數(shù)可取為1.05。

綜上所述，設(shè)計電控時采用軟起動方案對帶式輸送機(jī)的啟動是有利的，不僅可以大大降低輸送帶的強(qiáng)度，同時增加了輸送帶的安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王斌全.帶式輸送機(jī)啟動控制策略的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013，04，01.

[2] 趙玉文，李云海.帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機(jī)械，2004，04，05.