行星软启动传动装置在大功率胶带运输机上的应用研究

摘 要：文章对比分析了国内外常用软起动技术优缺点，着重介绍了XCQ行星软起动传动装置的结构、原理、性能，由于装置具有结构紧凑、传动效率高，系统简单、控制特性好，安全可靠、投入费用低的突出优点，完全可以取代进口设备，为大型皮带机可靠运行提供强有力的技术保障，应该大力推广。

关键词：行星；软启动；传动装置；应用；研究

1 概述

矿山生产能力的不断提高，长距离、大功率带式输送机更多的投入使用，设备不断大型化，大功率电机启动电流对电网冲击和机械设备启停冲击载荷对设备寿命影响，都成为制约设备的大型化的瓶颈，为此实现大功率设备软启动是十分迫切的技术问题。

软启动技术是指机械系统在满载的工况下也能够按照人们要求的速度逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动或停车。对长距离胶带输送机而言，软启动技术不仅能有效地减小启动时电动机对机械传动系统和胶带的启动冲击，延长减速器和价格昂贵的胶带等关键部件的使用寿命，同时还能大大减小启动电流对电动机的冲击负荷以及对电网的影响。

2 目前常用软起动技术概况

2.1 滑差型偶合器

用于带式输送机控制的滑差偶合器常见为调速型液力偶合器，是一种液力传动装置，以液体作为介质传递动力给工作机械的联轴器，能协调多机驱动负荷分配与恒定传递，电动机联接输出的轴速度可以在一定范围内调节，可在电机转速不变的情况下，通过改变充液量来实现调速目的，达到输出转速的无级调节，提高电机的起动能力、减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配，属于典型滑差型调速设备。

2.2 CST可控软起动

CST是可进行微机闭环控制的机——液传动系统，主机是一个带有反应盘式湿式摩擦离合器的齿轮减速箱。工作时，电机空载起动，达到额定转速后，根据需要通过液压控制系统增加离合器反应盘油缸的压力，使其输出力矩与液压控制系统的压力成正比，通过输出轴上的速度传感器检测速度并反馈给控制系统，与设定的起动加速度相比较，其差值用于控制离合器的压力，实现稳定的加减速度。

2.3 调压型电气软起动

调压型电气软起动常采用三相交流可控硅斩波技术，将三相反并联的可控硅（SCR）分别接到三相交流电源与三相交流电动机之间，由可控硅的通断来控制调整电动机端子电压。改变端子电压就可改变电机转速，电机启动过程就是一个逐步提高端子电压过程。在电动机启动过程中，连续改变可控硅的触发导通角，使可控硅输出的电压由低向高按线性连续上升，加到电动机端子后，产生了相应启动力矩和缓慢上升的启动转速。当可控硅导通角完全开放达到180°时，电动机便达到全压运行，启动完毕。

2.4 变频调速

变频调速技术的原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。当电源的频率由小到大时，电动机转速也随之由小到大。通过控制电源频率变化范围和时间，就可使输送机按照设定的加速度曲线平稳起动。

2.5 BOSS液粘软启动系统

BOSS液粘软启动是在电机和减速器间的柔性连接，其控制方式也是通过油膜剪切的摩擦片来传递动力的，装置内部，根据负载的大小选用十几组粘贴有摩擦材料的内摩擦片和对偶摩擦片，一方通过齿轮与输入轴相连，另一方通过键轴与输出轴相连。通过控制作用于活塞上的液压油压力大小，达到控制所剪切的油膜厚度，进而实现对液粘软起动装置的输出转矩控制，达到胶带输送机软起动的目的，和CST的控制原理类似。

2.6 XCQ行星软起动传动装置

XCQ行星软起动传动装置是由减速齿轮和行星齿轮构成的一个行星减速机，具有减速功能，外部液控水冷柔性离合调速装置控制的齿轮与行星机构内齿圈啮合，对内齿圈的速度控制，电机起动后箱体内各齿轮空转，行星架由于负载作用不产生转动，内齿圈转动并带动增速齿轮及离合盘转动。液压站工作压力按设定加速度曲线逐渐调节，对内齿圈的力矩逐渐增加，达到一定值，行星架开始逐渐转动，行星架转动后，通过速度反馈与设定值比较调节液压站压力，逐渐完成起动过程，并达到软起动性能。

3 XCQ行星软起动传动装置与现有软起动装置的技术经济比较

通过上表可以看出：（1）调电压型软起动设备价格低，但由于起动力矩小，不可能用于较大功率的皮带输送机。（2）变频型软起动设备，价格高、维护量大，电动机不能空载启动，产生热量大，对外部电源有谐波污染。（3）BOSS液粘软起动设备，摩擦片极易损坏，发热量大，密封件一般寿命为0.5～1年，系统复杂，功率平衡时发热大。（4）调速型滑差偶合器工作可靠，但滑差大，效率低，调速范围小、精度低、低速力矩小。（5）CST性能优良，调节方便，但设备昂贵、摩擦片寿命短，系统复杂，维修量大，成本高。（6）XCQ行星软起动传动装置，调节原理简单，设备实用、维护量少，价格适中，有较高的性价比。

4 XCQ行星软起动传动装置结构性能

4.1 XCQ软起动装置结构

装置主要由机械本体，液压控制站，润滑冷却站组成，见图1。装置本体由前级减速齿轮和行星齿轮构成的一个行星减速机，具有减速功能。当不同的输送机有不同的速比要求时，可以靠调整前级齿轮齿数完成。外部液控盘形闸控制的齿轮与行星机构的内齿圈（内齿圈上带着外齿）啮合，实现对内齿圈的速度控制，其速度控制原理类似于内齿轮调度绞车，故可实现软起动功能。外控设备：液压站采用双回路，并与盘形闸制动器液压控制合二为一，电控系统采用自动、手动两套回路，司机即可进行转换操作。

4.2 工作过程

液压站起动，稍延时，主电机起动→液压站压力逐渐升高，渐松盘形闸，至某一压力值，开始起动软起动装置→软起动装置制动闸在给定起动速度的控制下逐渐增大压力，最终完全起动。

控制系统的压力调节由电液比例阀控制。电液比例阀的电流是由速度给定及速度反馈决定的，故通过控制压力可以实现速度和加速度的控制。

4.3 主要性能

4.3.1 减速机功能，并满足传动比要求。

4.3.2 软起动功能，电动机空载起动，能有效降低对电网冲击：负载慢速可控起动，可有效降低对负载的冲击。

4.3.3 带载起车能力强，在构件强度许可下，可满足负载任意起动能力要求。

5 XCQ行星差速及软起动原理

当负载Mf1〈Mq时（Mq为零速起动负载），电动机可直接起动Mf1；当负载Mf2〉Mq时，电动机不能直接起动Mf2，此时若空载将电动机先起动起来，电动机先运行于A点，随着负载力矩增大，A点移向B点。此时负载开始起动，故此时电动机的起动能力增强了。其最大起动能力将达到额定值的2.1～2.3倍。

9 应用效果

俄霍布拉克煤礦从2010年开始使用XCQ行星软起动传动装置，先后在5部皮带机上使用，其中2部上运皮带，角度16°，长度1300m，1部下运皮带，14.5°，长度800m，两部平巷皮带，最长达到3000m，使用情况来看，启动平稳，减少对电网冲击，传动系统故障和接头损伤事故大大减少，保证了安全生产。

10 结束语

该装置采用机电液一体化技术与PLC技术实现闭环控制，在结构上前级采用进口减速机，后级采用模块化行星齿轮减速箱，紧凑型水冷调速离合盘，原理上明显有别于国内外现有减速机和其他软启动装置，具有结构紧凑、传动效率高，控制系统简单，控制特性好，可靠性高、寿命长的突出优点，为大型皮带机长寿命运行提供了强有力的技术保障，完全可以取代进口设备，应该大力推广。

作者简介：陈国强（1972-），男，江苏金坛人，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，研究生学历，硕士学位，现为徐矿集团天山矿业公司机电副总经理，高级工程师。