程瑞鵬

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西西安 710300

因 煤礦地質(zhì)條件、采區(qū)布置和煤矸石運輸方向等因素的影響，下運帶式輸送機被廣泛應(yīng)用于煤礦運輸系統(tǒng)中，不僅可以縮短工期、減少工作量，而且能縮短運輸距離、節(jié)約費用[1]。但下運帶式輸送機存在易跑偏、打滑、斷帶以及飛車等隱患[2]，其中，跑偏、打滑、斷帶等故障已經(jīng)有了相對準(zhǔn)確的判斷依據(jù)及保護(hù)措施，但飛車故障還沒有可以量化的判斷依據(jù)。研究分析飛車故障的發(fā)生機理和輸送機的狀態(tài)特征，找到飛車故障的判斷依據(jù)，對保障下運帶式輸送機安全運行具有十分重要的意義。

1 驅(qū)動電動機工作狀態(tài)研究

在運輸過程中，驅(qū)動電動機主要有以下 3 種工況。

(1)工況 1 在輸送機空載或帶料較少時，物料重力沿輸送帶運行方向的分力不足以克服整個帶式輸送機的運行阻力[3]，此時電動機為下運帶式輸送機提供動力。

(2)工況 2 當(dāng)輸送帶上的物料重力足以克服整個帶式輸送機的運行阻力時，輸送帶加速運行并帶動驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，此時驅(qū)動電動機為下運帶式輸送機提供制動力。處于發(fā)電工況下的驅(qū)動電動機產(chǎn)生的力矩與負(fù)載力矩平衡，帶式輸送機以穩(wěn)定的速度下行。當(dāng)帶式輸送機嚴(yán)重超載時，驅(qū)動電動機產(chǎn)生的力矩不足以平衡負(fù)載力矩，下運帶式輸送機將會發(fā)生飛車事故[4]。

(3)工況 3 當(dāng)驅(qū)動電動機處于發(fā)電工況時，突然斷電，電動機的力矩消失，制動失效，也會發(fā)生飛車事故[5]。

2 飛車故障原因分析

帶式輸送機下行時，處于超載運輸工況。結(jié)合圖 1 所示的異步電動機的機械特性曲線分析，當(dāng)驅(qū)動電動機處于發(fā)電工況時，電動機轉(zhuǎn)速超過其最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速后，其轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)速的升高而降低。故飛車事故產(chǎn)生的原因是輸送機在超載運行時，物料與輸送帶重力沿運動方向上的合力大于驅(qū)動電動機所能產(chǎn)生的最大電磁反力矩，使驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)速越來越高，驅(qū)動電動機失去對輸送機帶速的控制能力，從而發(fā)生飛車事故。

圖1 異步電動機的機械特性曲線

3 飛車故障的判斷依據(jù)

通過分析飛車故障原因可知，判斷帶式輸送機發(fā)生飛車的依據(jù)是驅(qū)動電動機所產(chǎn)生的電磁反力矩能否平衡物料向下的重力；確定飛車依據(jù)的閾值是驅(qū)動電動機在發(fā)電狀況下最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

電動機的最大轉(zhuǎn)矩稱為臨界轉(zhuǎn)矩，臨界轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率。要確定飛車判斷依據(jù)的理論計算公式，首先要微分電動機轉(zhuǎn)矩計算公式，得到其臨界轉(zhuǎn)差率即可。

異步電動機轉(zhuǎn)矩

式中：m1為定子繞組相數(shù)；P為極對數(shù)；U1為相電壓；r2′為等效轉(zhuǎn)子電阻；S為轉(zhuǎn)差率；f1為磁場旋轉(zhuǎn)頻率；r1為定子電阻；X1為定子繞組阻抗；X2′為等效轉(zhuǎn)子阻抗。

式(1)表示電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)(電壓、頻率)、電動機參數(shù)(定轉(zhuǎn)子測電阻、電抗)和轉(zhuǎn)差率的直接關(guān)系。電網(wǎng)電壓、頻率不變，且電動機參數(shù)不變的情況下，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩僅與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。由可得臨界轉(zhuǎn)差率

當(dāng)轉(zhuǎn)差率為 -Sm時，處于發(fā)電工況下的電動機轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。

臨界轉(zhuǎn)差率的另一個計算公式如下[6]：

式中：λ為電動機過載倍數(shù)；SN為額定轉(zhuǎn)差率；n0為電動機同步轉(zhuǎn)速，r/min。

由式(3)、(4)可知，當(dāng)發(fā)生飛車事故時，下運帶式輸送機的驅(qū)動電動機所對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速

式中：nN為電動機額定轉(zhuǎn)速，r/min。

4 數(shù)據(jù)分析與驗證

筆者選取某礦的下運帶式輸送機作為研究對象，其驅(qū)動電動機型號為 Y355L3-4。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速超過 1 560 r/min 時，現(xiàn)場操作人員即判斷輸送機發(fā)生飛車事故。

驅(qū)動電動機的額定轉(zhuǎn)速為 1 488 r/min，同步轉(zhuǎn)速為 1 500 r/min，異步電動機的過載系數(shù)為 1.8～2.5，此處取 2.5，代入式(5)可得

n臨界=1 557 (r/min)。

該臨界轉(zhuǎn)速與實際發(fā)生飛車事故時操作人員的經(jīng)驗判據(jù)很接近，可見，飛車事故的判斷依據(jù)較為準(zhǔn)確。

5 結(jié)語

通過對飛車事故發(fā)生機理和驅(qū)動電動機運行工況的分析，得出當(dāng)下運帶式輸送機發(fā)生飛車事故時其驅(qū)動電動機所對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速計算公式，為正確判斷提供了依據(jù)。在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)單位可根據(jù)其采用驅(qū)動電動機參數(shù)確定對應(yīng)下運帶式輸送機發(fā)生飛車故障時的電動機臨界轉(zhuǎn)速，為觸發(fā)保護(hù)裝置提供了準(zhǔn)確依據(jù)，保證下運帶式輸送機安全、穩(wěn)定運行。