变频调速装置和液压盘式制动系统在下运带式输送机中的应用

摘要:对下运带式输送机的各种阻力、功率、驱动装置选型参数进行了计算，结合发电、电动4种工况，对主要阻力和圆周驱动力进行了比较和校核。分析了下运带式输送机的特点。浅析了配备变频调速装置实现软启动/软停车。为了保障下运带式输送机安全可靠的运行，合理选择制动系统。对下运带式输送机的设计选型布置具有重要的指导意义。

关键词: 下运带式输送机 变频调速 软启动 液压盘式制动

中图分类号： TH222 文献标识码： A 文章编号：

由于受地形条件、采场布置、变坡位置等因素的影响，下运带式输送机广泛应用在井下、巷道中。已成为煤矿开采的重要输送设备之一。下运带式输送机使得整个系统结构紧凑、设备集中。大大的减少了基建工程，经济性能显著提高。

下运带式输送机在启动时有较严重的动态效应，因此必须采用具有良好启动特性的驱动装置。变频调速装置具有很好的可控启动和可控制动特性，控制输送机按照理想的启制动曲线启动和制动，以减小输送带及承载部件的动态载荷，避免出现振荡。还能大幅度降低电机起动时电流对电网的冲击及对电机寿命的影响。变频调速装置还具有自动跟踪、过载保护、多机平衡和低速验带功能。

当下运带式输送机处于发电状态时，运行中胶带和物料向下运行力大于电机功率，胶带加速运动，速度失控，造成“飞车”。或由于电机突然断电，胶带和物料在重力和惯性的作用下，继续向下运行，逐渐加速，也能导致“飞车”和头部堆料等安全事故，以及洒料、卸料滚筒处胶带脱离滚筒的叠带现象。

因此，下运胶带输送机的制动问题成为输送机能否可靠运行的关键。为了消除输送机因制动系统故障引起的飞车事故，在尾部驱动滚筒处选配液压盘式制动器、液压站。

下运带式输送机设计计算

已知下运带式输送机原始技术参数，首先由带宽、带速验算输送能力，接着计算棍子载荷以选用托辊，通过计算各种阻力，求得圆周驱动力和所需电机功率，确定主要点张力值，校核胶带强度，如不满足条件，重复上述步骤计算，最后进行驱动装置的选型。现把下运带式输送机设计计算的主要步骤介绍如下：

图1.下运带式输送机布置简图

技术数据

输送物料：石灰石

水平机长：L=2336米

提升高度：H=-163米

输送量：Q=1650t/h

带宽：B=1200mm

带速：v=3.15m/s

倾角：

输送带型号：St1600

上托辊间距：

下托辊间距：

上托辊槽角：

1.1阻力计算

(1)主要阻力

上分支主要阻力：

下分支主要阻力：

(2)附加阻力

惯性阻力及摩擦阻力

加速段物料和导料挡板间的摩擦阻力

传动滚筒

改向滚筒

(3)特种阻力

特种主要阻力

上前倾阻力

下前倾阻力

导料槽摩擦阻力

特种附加阻力

清扫器阻力

(4)倾斜阻力

表2.物料提升阻力和胶带提升阻力

此处值得注意的是，只需计算承载段物料提升阻力，无须计算回程段。胶带提升阻力在计算阻力时，上下分支抵消。在计算逐点张力时，才有效。

表3.四种工况计算下，上下分支主要阻力、主要阻力和圆周驱动力

上表中所述工况1计算电机功率，工况2校核电机过载能力，工况3校核电机启动能力，工况4校核电机过载和启动能力。

按照负值圆周力绝对值最大的工况进行功率计算。

1.2圆周驱动力及功率计算

圆周驱动力

上分支阻力和

下分支阻力和

传动滚筒轴功率

驱动电机轴功率

电机功率是负值，表明电机处于发电工况，与工况2吻合。

选配变频调速电机，功率560KW。强迫通风冷却，防护等级IP54，绝缘等级F。

交流变频系统有三绕组变压器，四象限变频器，三相异步电动机及相关选件等组成。其控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善。

变频调速具有效率高，范围宽和精度高的调速性能，是交流电动机较理想的调速方法。低速运行时输出扭矩大，功率平衡性能好。

变频调速电机调频性能好、节能、起动转矩性能好、噪声低、振动小、启动电流小，运行安全可靠、外形美观。既能保证电机在高频时的过载能力，又能在低频运行时保持恒转矩输出。还可实现多驱动之间的功率平衡，并提供低速可调验带速度。

变频调速电机能够实现软启动/软停车，从而解决了直接启动/快速停车过程中对胶带和设备的冲击问题，避免撒料和叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波造成的危害，延长输送机使用寿命。

现在高性能的变频调速系统由于采用了“矢量控制”技术使得交流调速性能已经达到了直流传动的水平，变频拖动电控系统具有以下优点：

交流变频拖动电控系统简单，接线少，故障率低，可靠性及生产效率高；可获得无级调速，调速范围宽；动力制动能实现电能回馈，节约能源； 变频器计算及逻辑核心为处理器，保证了响应的快速性和计算的准确性，系统动态性能好，保证了控制的精度；变频器及PLC通过通讯保证了给定的一致和响应的快速性；能实现功率平衡，能实现可控起动，可控停车，起停匀可按设定的S曲线加减速，起停车更加平稳，有效防止起动时的打滑现象，减小了机械冲击与电机容量；变频器编程的可视化，修改参数更加简单方便，大大缩短了调试时间；通过通讯网络的扩展，能与上一级集中监控主站进行通讯。

1.3制动力的计算及制动器的选择

制动力

制动器力矩

选配液压盘式制动器，弹簧上闸，液压松闸。以及液压站(含电控箱，UPS电源，软制动模块，PLC)。以实现软制动的目的。液压制动系统也可用于辅助启动和过载保护。

盘式制动器靠摩擦副之间的摩擦力的作用吸收运动能量进行制动。制动力有弹簧的回复力提供。盘式制动器作用在摩擦副上的垂直作用力是弹簧力与油压作用力的差值，其制动力的大小随油压变化。制动力矩时靠闸瓦沿轴向制动盘产生的。盘式制动器需要成组布置，在设置多组制动器时，应该布置在相对制动盘对称位置。

盘式制动器具有制动力矩大且可调，动作灵敏，散热性能好，结构紧凑，使用和维修方便；既可以在高速轴也可以在低速轴上安装等优点。盘式制动器可靠性高，系成组制动闸并联结构，若某一制动闸出现故障，其他制动闸仍然不会失效。与电控系统配套使用能使停车减速度控制在以内。

液压盘式制动器具有瓦块退距均等、制动衬垫磨损自动补偿等先进功能，匹配先进技术制造的推动器，使用安全可靠，免维护，同时还可以通过增设各种限位开关，给主机提供所需的联锁保护信号。

2.结论

通过对下运带式输送机功率和张力的计算和分析总结出以下结论：

(1)鉴于电动机处于发电或电动状态，按照四种工况计算主要阻力和圆周驱动力，进而计算所需功率。

(2)配备变频调速装置，实现软启动/软停车，从而解决了启动过程中对胶带和设备的冲击问题。

(3)合理的选用制动装置，能提高皮带机系统的经济性和可靠性。解决了下运带式输送机运行过程中速度失控的问题，实现平稳启动，正常运行，安全停车。

参考文献：

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[5] 包继华，于岩，周满山，下运带式输送机盘式制动系统的研究[M]，煤矿自动化，2000