论文部分内容阅读
【摘要】笔者结合多年实际工程经验，对目前国内外存在的多种主流带式输送机软启动装置，包括BOSS系统，调速型液力偶合器，变频调速装置，CST系统及电软启动的结构，工作原理及特点进行分析与研究，通过比较发现国产调速型液力偶合器能够完全满足带式输送机的软启动要求，性价比优良。
【关键词】带式输送机；软启动；性价比
【 abstract 】 the author combined with years practical engineering experience, both at home and abroad, the existence of a variety of mainstream belt conveyor soft starter, including BOSS system, coupler, frequency conversion control device, CST system and electric soft start of the structure, working principle and characteristic analysis and research, by comparison domestic coupler can completely satisfy the conveyor belt soft start requirements, excellent performance to price ratio.
【 key words 】 belt conveyor; Soft start; ratio
中图分类号：TH222文献标识码：A文章编号：
一、引言
今年来随著大功率，大运量，长运距带式输送机的出现，国内外软启动装置的发展日新月异，多种型号软启动装置相继被开发出来。本文通过对国内外现存的几种典型软启动装置的工作原理，结构和特点等进行分析，对它们各自的优缺点进行研究，以期方便使用单位选择符合自身设备使用条件的带式输送机软启动装置。
二、现存带式输送机软启动装置的分析
现存带式输送机软启动装置主要包括以下几种：BOSS系统，调速型液力偶合器，变频调速装置，CST系统及电软启动。
首先是BOSS系统。该系统是由澳大利亚的NM采矿国际有限公司研制而成的，符合重型带式输送机的设计要求，适用于单机功率200~500KW的带式输送机可控系统。该系统的优点在于它可实现时恒扭矩输出，启动方式为均匀加速，启动平稳；维护比较简单，可靠性较高；较原有启动性能有较大改善；高速轴上设有摩擦片组，属层流运动，因此其相对滑差范围较大，能实现功率平衡，易于控制，保护功能比较齐全。但此种系统的缺点也是显而易见的，那就是在软启动的过程中传动效率较低，发热量过大，无法实现无极调速；只能以磨损摩擦片为代价实现多驱动功率平衡；由于油膜的间隙有限，因此真正的空载启动无法实现；对润滑油质量要求太高，运行维护费用昂贵；传动系统中的摩擦片是易损件，寿命低，是系统中固有的薄弱环节。
其次是调速型偶合器。其工作原理为：充入一定量的工作液于偶合器工作腔内，电动机为泵轮的运转提供机械能，泵轮将机械能转化为液能，以此推动涡轮旋转，液能被涡轮转化为机械能，通过轴输出，实现带动工作机工作，这个过程周而复始，从而实现了原动机与工作机之间的能量传递。调速型液力偶合器是在保持电动机转速不变的情况下，通过改变液力偶合器工作腔中的工作液充油量，实现对工作机的软启动和无极调速。当单机功率降到250KW以下时，采用自然冷却。偶合器上配备有电动操作器和电动执行器，可按用户要求配备自动测速装置，实现调速自动控制或遥控。调速型偶合器的优点是可随带式输送机主参数对启动时间进行调节，实现输送机的平稳启动，且能实现满载启动；用于多机启动时，能以平衡精度5%上下实现多机功率平衡；能通过控制输送机启动速度在0.1~0.3m/s范围内将输送带启动张力控制在合理范围内；能利用鼠笼式电动机的尖峰力矩作为启动力矩，又能实现空载启动，启动能力大大提高，极大缩短了电动机的启动时间，使电动机启动快于输送机启动；易于实现对输送机的自动和遥控控制，操作简单；减少噪音，劳动环境得到大大改善；运营费低，投资少；使用寿命长；操作维护简单，容易获得备品备件。其缺点是体积较大；发热量过大；存在滑差。
第三种是变频调速装置。这种装置主要由电抗器，控制器，GBT绝缘栅极可控晶体管组成。其工作原理为：控制器对功率器件中的绝缘栅极进行调节，改变功率器件中的交流电源频率。由于电动机转速正比于交流电源频率，因此电动机转速在交流电源频率由小变大时也随之由小到大变化。只要实现对控制频率变化时间和范围的控制，就能使输送机按设定的速度曲线实现平稳启动，进而实现软启动。该装置的优点是启动时的调速精度较高；调速范围大；可以变速运行。其缺点是不能实现电动机的空载启动；控制复杂，需要很高的维护费用，对清洁度和环境温度要求高；防爆产品需从国外进口，价格高昂；虽然在频率发生改变时，对电源有一定的污染；事故处理和备品备件的供应依赖于外国公司；使用环境是井下时，功率器件的发热问题尤为突出。目前此种装置极少用于煤矿井下。
第四种是CST系统。该系统由美国道奇公司研制而成，是一种集调速，离合，减速器于一体的与大型带式输送机相配套的驱动装置，它由控制系统，液压系统，线形离合器，湿式，多级齿轮减速器组成，线形离合器，湿式由多个静片和动片叠合，交叉而成，固定于减速箱上的轴套经内齿花键与静片组相连接，行星轮系内齿经外齿花键与动片组相连接，环形液压缸操作离合器的动作。二级齿轮减速器为平行轴式CST，第二级为行星齿轮而第一级为斜齿轮，负载（驱动滚筒）与输入轴相接，多片型离合器在电动机启动后其液压缸上停止加压，静片与动片之间存在较大间隙。一级齿轮对输入轴进行减速，使其带动行星轮系实现太阳轮旋转，由于静片与动片之间存在较大间隙，因此动片的转动不受阻碍，内齿圈可实现自由转动，行星轮因此只能自转，使得输出轴和行星架不能转动，从而实现无载启动，当系统稳定运行后，可利用环形液压缸向离合器加压，带动负载启动。平滑启动高惯性负载是CST设计的目的，对于重载带式输送机来说，CST输出力矩的改变可通过对加载离合器上的液压压力进行改变来实现。CST系统的优点是传动效率高，启动平稳；能实现功率平衡，反应时间短，保护功能齐全；输送带受力平稳。其缺点是减速器与调速系统合为一体，体积过大，安装不方便；控制系统过于复杂，维护量过大；备品备件依赖进口，价格昂贵；在高速器上配置制动器和逆止器较困难。
第五种是电软启动。电软启动控制器的开关是反并联晶闸管，采用交流调压方式限制电动机启动电流，实现电动机带动输送机向额定转速的平稳过渡。系统按预先设定好的启动加速速率在按下启动按钮时自动控制移相触发，使得触发器发生移相，导通晶闸管，输出电压，电动机启动，移相触发器在预先设定的启动时间内逐渐由180度减到0度，与此同时软启动控制器输出电压也逐渐升高到额定电压，升高的过程服从一定的斜率，从而保证电动机转速向额定转速的平滑过渡，此时旁路接触器吸合，输出输入短接，启动过程结束，系统正常运行。该系统的优点是体积小，价格低，便于操作，广泛应用于可伸缩带式输送机。其缺点是差动功率损耗大，效率低；不能实现电动机的空载启动；不具备无极调速功能和功率平衡功能；满载启动困难。
现存带式输送机软启动装置的性能比较研究
现存典型带式输送机软启动装置的性能指标主要包括：软启动特性，控制系统，功率平衡，低速运行，传动效率，可靠性，互换性，体积，运行成本，价格，验带等。依据上述指标，对几种带式输送机软启动装置的性能作如下比较：
通过比较很明显能看到，调速型液力偶合器完全能够满足带式输送机软启动的要求，技术可行，经济合理，维护和操作简单，相对其它软启动装置来说具有更高的性价比，应优先选用。
四、总结
综上所述，大功率，大运量，长运距带式输送机的软启动方法有很多种，相应的启动装置也是多种多样，但其价格，性能存在较大差异，在实际工程实践中应该根据技术可行性，性价比，是否易于操作维护等指标适当选用带式输送机软启动装置。
参考文献
[1] 李剑峰.CST装置性能特点分析[J].煤矿机械,2009,(12).
[2] 陈希玉.浅谈软启动装置在带式输送机上的应用[J].商业文化(学术版),2008,(03).
[3] 王洪波.目前国内带式输送机几种软起动装置性能的比较[J].山东煤炭科技,2009,(06).
[4] 边海波,李锋涛.变频器在带式输送机中的应用[J].经营管理者,2009,(15).
[5] 张宏伟,王新环,余发山.带式输送机可控变速装置电气控制系统的设计[J].工矿自动化,2011,(03).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】带式输送机；软启动；性价比
【 abstract 】 the author combined with years practical engineering experience, both at home and abroad, the existence of a variety of mainstream belt conveyor soft starter, including BOSS system, coupler, frequency conversion control device, CST system and electric soft start of the structure, working principle and characteristic analysis and research, by comparison domestic coupler can completely satisfy the conveyor belt soft start requirements, excellent performance to price ratio.
【 key words 】 belt conveyor; Soft start; ratio
中图分类号：TH222文献标识码：A文章编号：
一、引言
今年来随著大功率，大运量，长运距带式输送机的出现，国内外软启动装置的发展日新月异，多种型号软启动装置相继被开发出来。本文通过对国内外现存的几种典型软启动装置的工作原理，结构和特点等进行分析，对它们各自的优缺点进行研究，以期方便使用单位选择符合自身设备使用条件的带式输送机软启动装置。
二、现存带式输送机软启动装置的分析
现存带式输送机软启动装置主要包括以下几种：BOSS系统，调速型液力偶合器，变频调速装置，CST系统及电软启动。
首先是BOSS系统。该系统是由澳大利亚的NM采矿国际有限公司研制而成的，符合重型带式输送机的设计要求，适用于单机功率200~500KW的带式输送机可控系统。该系统的优点在于它可实现时恒扭矩输出，启动方式为均匀加速，启动平稳；维护比较简单，可靠性较高；较原有启动性能有较大改善；高速轴上设有摩擦片组，属层流运动，因此其相对滑差范围较大，能实现功率平衡，易于控制，保护功能比较齐全。但此种系统的缺点也是显而易见的，那就是在软启动的过程中传动效率较低，发热量过大，无法实现无极调速；只能以磨损摩擦片为代价实现多驱动功率平衡；由于油膜的间隙有限，因此真正的空载启动无法实现；对润滑油质量要求太高，运行维护费用昂贵；传动系统中的摩擦片是易损件，寿命低，是系统中固有的薄弱环节。
其次是调速型偶合器。其工作原理为：充入一定量的工作液于偶合器工作腔内，电动机为泵轮的运转提供机械能，泵轮将机械能转化为液能，以此推动涡轮旋转，液能被涡轮转化为机械能，通过轴输出，实现带动工作机工作，这个过程周而复始，从而实现了原动机与工作机之间的能量传递。调速型液力偶合器是在保持电动机转速不变的情况下，通过改变液力偶合器工作腔中的工作液充油量，实现对工作机的软启动和无极调速。当单机功率降到250KW以下时，采用自然冷却。偶合器上配备有电动操作器和电动执行器，可按用户要求配备自动测速装置，实现调速自动控制或遥控。调速型偶合器的优点是可随带式输送机主参数对启动时间进行调节，实现输送机的平稳启动，且能实现满载启动；用于多机启动时，能以平衡精度5%上下实现多机功率平衡；能通过控制输送机启动速度在0.1~0.3m/s范围内将输送带启动张力控制在合理范围内；能利用鼠笼式电动机的尖峰力矩作为启动力矩，又能实现空载启动，启动能力大大提高，极大缩短了电动机的启动时间，使电动机启动快于输送机启动；易于实现对输送机的自动和遥控控制，操作简单；减少噪音，劳动环境得到大大改善；运营费低，投资少；使用寿命长；操作维护简单，容易获得备品备件。其缺点是体积较大；发热量过大；存在滑差。
第三种是变频调速装置。这种装置主要由电抗器，控制器，GBT绝缘栅极可控晶体管组成。其工作原理为：控制器对功率器件中的绝缘栅极进行调节，改变功率器件中的交流电源频率。由于电动机转速正比于交流电源频率，因此电动机转速在交流电源频率由小变大时也随之由小到大变化。只要实现对控制频率变化时间和范围的控制，就能使输送机按设定的速度曲线实现平稳启动，进而实现软启动。该装置的优点是启动时的调速精度较高；调速范围大；可以变速运行。其缺点是不能实现电动机的空载启动；控制复杂，需要很高的维护费用，对清洁度和环境温度要求高；防爆产品需从国外进口，价格高昂；虽然在频率发生改变时，对电源有一定的污染；事故处理和备品备件的供应依赖于外国公司；使用环境是井下时，功率器件的发热问题尤为突出。目前此种装置极少用于煤矿井下。
第四种是CST系统。该系统由美国道奇公司研制而成，是一种集调速，离合，减速器于一体的与大型带式输送机相配套的驱动装置，它由控制系统，液压系统，线形离合器，湿式，多级齿轮减速器组成，线形离合器，湿式由多个静片和动片叠合，交叉而成，固定于减速箱上的轴套经内齿花键与静片组相连接，行星轮系内齿经外齿花键与动片组相连接，环形液压缸操作离合器的动作。二级齿轮减速器为平行轴式CST，第二级为行星齿轮而第一级为斜齿轮，负载（驱动滚筒）与输入轴相接，多片型离合器在电动机启动后其液压缸上停止加压，静片与动片之间存在较大间隙。一级齿轮对输入轴进行减速，使其带动行星轮系实现太阳轮旋转，由于静片与动片之间存在较大间隙，因此动片的转动不受阻碍，内齿圈可实现自由转动，行星轮因此只能自转，使得输出轴和行星架不能转动，从而实现无载启动，当系统稳定运行后，可利用环形液压缸向离合器加压，带动负载启动。平滑启动高惯性负载是CST设计的目的，对于重载带式输送机来说，CST输出力矩的改变可通过对加载离合器上的液压压力进行改变来实现。CST系统的优点是传动效率高，启动平稳；能实现功率平衡，反应时间短，保护功能齐全；输送带受力平稳。其缺点是减速器与调速系统合为一体，体积过大，安装不方便；控制系统过于复杂，维护量过大；备品备件依赖进口，价格昂贵；在高速器上配置制动器和逆止器较困难。
第五种是电软启动。电软启动控制器的开关是反并联晶闸管，采用交流调压方式限制电动机启动电流，实现电动机带动输送机向额定转速的平稳过渡。系统按预先设定好的启动加速速率在按下启动按钮时自动控制移相触发，使得触发器发生移相，导通晶闸管，输出电压，电动机启动，移相触发器在预先设定的启动时间内逐渐由180度减到0度，与此同时软启动控制器输出电压也逐渐升高到额定电压，升高的过程服从一定的斜率，从而保证电动机转速向额定转速的平滑过渡，此时旁路接触器吸合，输出输入短接，启动过程结束，系统正常运行。该系统的优点是体积小，价格低，便于操作，广泛应用于可伸缩带式输送机。其缺点是差动功率损耗大，效率低；不能实现电动机的空载启动；不具备无极调速功能和功率平衡功能；满载启动困难。
现存带式输送机软启动装置的性能比较研究
现存典型带式输送机软启动装置的性能指标主要包括：软启动特性，控制系统，功率平衡，低速运行，传动效率，可靠性，互换性，体积，运行成本，价格，验带等。依据上述指标，对几种带式输送机软启动装置的性能作如下比较：
通过比较很明显能看到，调速型液力偶合器完全能够满足带式输送机软启动的要求，技术可行，经济合理，维护和操作简单，相对其它软启动装置来说具有更高的性价比，应优先选用。
四、总结
综上所述，大功率，大运量，长运距带式输送机的软启动方法有很多种，相应的启动装置也是多种多样，但其价格，性能存在较大差异，在实际工程实践中应该根据技术可行性，性价比，是否易于操作维护等指标适当选用带式输送机软启动装置。
参考文献
[1] 李剑峰.CST装置性能特点分析[J].煤矿机械,2009,(12).
[2] 陈希玉.浅谈软启动装置在带式输送机上的应用[J].商业文化(学术版),2008,(03).
[3] 王洪波.目前国内带式输送机几种软起动装置性能的比较[J].山东煤炭科技,2009,(06).
[4] 边海波,李锋涛.变频器在带式输送机中的应用[J].经营管理者,2009,(15).
[5] 张宏伟,王新环,余发山.带式输送机可控变速装置电气控制系统的设计[J].工矿自动化,2011,(03).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。