楊登川

（山西長(zhǎng)治郊區(qū)三元南耀吉安煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其與工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)相匹配。隨著采煤機(jī)截割能力的不斷提升，對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力提出了更高的要求，可通過(guò)提升輸送機(jī)的帶速和帶寬提升其運(yùn)輸能力。但是，鑒于帶式輸送機(jī)使用巷道空間狹小，只能通過(guò)提升輸送機(jī)帶速來(lái)達(dá)到提升其運(yùn)輸能力的目的。與此同時(shí)，帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中由于力矩過(guò)大、啟動(dòng)電流過(guò)大導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)跳閘、磨損嚴(yán)重等問(wèn)題[1]。在上述背景下，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)勢(shì)在必行。

1 帶式輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)需求及功能分析

1.1 帶式輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)需求分析

目前，帶式輸送機(jī)將朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及高運(yùn)速的方向發(fā)展，尤其是對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高。與此同時(shí)，帶式輸送機(jī)必須具備對(duì)輸送帶縱向撕裂、打滑、跑偏等故障的保護(hù)。本文所研究帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)一覽表

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，帶式輸送機(jī)所應(yīng)用工作面的傾角為0.47°，工作面的粉塵濃度大且濕度較大。為滿足帶式輸送機(jī)在各種工況下的啟動(dòng)性能要求，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備常規(guī)啟動(dòng)性能并重點(diǎn)解決如下兩點(diǎn)問(wèn)題：

1）重點(diǎn)降低帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)加速度，并延長(zhǎng)設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間；

2）重點(diǎn)解決該帶式輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)下功率不平衡問(wèn)題。

1.2 帶式輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能分析

目前，可應(yīng)用于帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方式包括有調(diào)速液力耦合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、BOSS驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電軟啟動(dòng)控制器、CST驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)以及變頻驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。經(jīng)對(duì)比可知：調(diào)速型液力耦合器控制精度低；BOSS驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)效率較低，運(yùn)行成本高；電軟啟動(dòng)控制器存在功率損耗大、效率低的問(wèn)題；CST驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)雖然啟動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，但是其對(duì)應(yīng)的體積龐大，與工作面狹小空間不匹配，且后期運(yùn)維成本加高[2]。

變頻驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)之間的功率分配，且對(duì)應(yīng)的控制精度較高，整個(gè)控制過(guò)程的波動(dòng)較小。因此，采用變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的啟?？刂茷樽罴堰x擇。

2 帶式輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

考慮到帶式輸送機(jī)的功率大且應(yīng)用環(huán)境惡劣，結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)要求和防爆型要求，將變頻器的控制柜安裝于地面。本方案所選型變頻器的具體型號(hào)為ACS 1000。為減小帶式輸送機(jī)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，本方案選用直接轉(zhuǎn)矩控制方式。除此之外，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括有主回路斷路器、隔離變壓器以及電動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備[3]。

2.1 主回路斷路器的選型

主回路斷路器主要功能是承擔(dān)變壓器的沖擊電流，保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載狀態(tài)下仍可安全運(yùn)行。本方案所選型主回路斷路器的具體型號(hào)為VD4 12 1250，其對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)如下頁(yè)表2所示。

表2 VD4 12 1250主回路短路器關(guān)鍵參數(shù)

2.2 隔離變壓器的選型

ACS 1000變頻器需要通過(guò)隔離變壓器為其供電才能夠運(yùn)行并將線路中的電網(wǎng)側(cè)諧波控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。本方案所選型隔離變壓器的具體型號(hào)為ZBS-M-2000，其對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)如下頁(yè)表3所示。

表3 ZBS-M-2000隔離變壓器關(guān)鍵參數(shù)

3 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能試驗(yàn)研究

為驗(yàn)證變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠適應(yīng)于工業(yè)中帶式輸送機(jī)的應(yīng)用需求，本文將通過(guò)試驗(yàn)方式對(duì)不同工況下帶式輸送機(jī)的啟?？刂菩阅苓M(jìn)行研究，所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案如下：

1）對(duì)帶式輸送機(jī)在空載啟動(dòng)階段各個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)矩、速度的變化情況，分析其是否滿足系統(tǒng)軟啟動(dòng)加速時(shí)的相關(guān)要求；

2）對(duì)帶式輸送機(jī)在正常停機(jī)和緊急制動(dòng)時(shí)各個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)矩與速度的變化情況；

通過(guò)對(duì)上述兩種工況下帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)矩與速度變化趨勢(shì)的研究，分析變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否滿足工業(yè)帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)控制要求[4]。

3.1 空載啟動(dòng)階段的性能試驗(yàn)

帶式輸送機(jī)在空載啟動(dòng)過(guò)程總共分為四個(gè)階段，包括有預(yù)張緊階段、加速過(guò)渡階段、加速階段以及穩(wěn)定運(yùn)行階段。設(shè)定帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的速度V0，預(yù)張緊階段速度由0增大至10%V0；加速過(guò)渡階段為速度按照10%V0運(yùn)行；加速階段速度由10%V0增大至V0；穩(wěn)定運(yùn)行階段速度以V0運(yùn)行。經(jīng)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1）在預(yù)張緊階段，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的力矩在50 s的時(shí)間內(nèi)緩慢增大至其最大力矩的18%，在此階段不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊；對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)滾筒的速度變化按照“S”曲線增加，并且加速度呈現(xiàn)先增加后降低為0的變化趨勢(shì)；

2）在加速過(guò)渡階段，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的驅(qū)動(dòng)力矩為最大力矩的18%，驅(qū)動(dòng)速度按照10%V0穩(wěn)定運(yùn)行；

3）在加速階段，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)力矩最大力矩的18%開始緩慢增大至30%后又逐漸下降，并最終穩(wěn)定于20%，整個(gè)變化趨勢(shì)符合“S”曲線。

4）在穩(wěn)定運(yùn)行階段，驅(qū)動(dòng)滾筒的力矩穩(wěn)定于最大轉(zhuǎn)矩的22%左右，驅(qū)動(dòng)速度也穩(wěn)定于100%V0。

此外，整個(gè)控制階段帶式輸送機(jī)三個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒的變化曲線一致，說(shuō)明三電機(jī)功率平衡。

3.2 正常停車過(guò)程的性能試驗(yàn)

正常停車分為帶式輸送機(jī)停車初始階段、變頻停車階段以及慣性停車三個(gè)階段。其中，停車初始階段帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)矩從20%最大轉(zhuǎn)矩值開始減小，速度從V0開始減?。蛔冾l停車階段為設(shè)備轉(zhuǎn)矩在制動(dòng)10 s后降為0，但是速度降為55%V0；慣性停車階段為驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)矩已經(jīng)為0，速度從55%V0將為0，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)30 s。經(jīng)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1）帶式輸送機(jī)在10 s的變頻制停車段，驅(qū)動(dòng)滾筒的力矩減小為0，驅(qū)動(dòng)速度由V0降至55%V0。

2）帶式輸送機(jī)在慣性制動(dòng)階段，整個(gè)階段驅(qū)動(dòng)滾筒力矩為0，在其自身阻力情況下減速停車。

總之，在正常停車階段帶式輸送機(jī)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒力矩能夠按照相同的曲線降為0，具有同步性好、控制精度高的特點(diǎn)，且整個(gè)控制過(guò)程平穩(wěn)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，目前主要特征為大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、高運(yùn)速。為保證帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)滿足實(shí)際運(yùn)輸各種工況的要求，匹配綜采工作面的運(yùn)輸能力，選用變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行啟?？刂啤＝?jīng)試驗(yàn)表明，變頻驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)空載啟動(dòng)、正常停車的平穩(wěn)控制，且對(duì)多電機(jī)具有較好的功率平衡貢獻(xiàn)。