胶带机启动方式比较分析

摘 要：胶帶机的启动方式对胶带机会产生多方面的影响，通过启动方式的选择可以提高工作效率，降低运行成本，取得良好的经济效益。胶带机启动方式的对比分析，主要从技术和经济层面上来取舍，本文结合胶带机所采用的不同启动方式，对目前神东煤炭集团使用较多的液力偶合器、变频调速装置及可控起动传动装置CST这三种启动方式进行了比较，并根据比较结果和实际的应用情况给出了合理化建议，以供相关研究、设计及使用单位参考，并作共同探讨。

关键词：胶带机；启动方式；比较分析；变频；CST；液力偶合器

胶带机是现代化煤矿及配套设施高产高效的主要运输设备，胶带机的驱动形式多种多样，启动方式对于胶带机的影响非常明显，其基本要求是：控制简单，工作安全可靠，维护量小；启动平稳可靠，启动转矩大，调速性能好；节能且价格适中。结合实际经验我们可以知道，恰当的启动方式既可以减少或者避免胶带机故障的发生，还可以有效降低胶带机设备的初装费用和维修费用，大大提高经济效益。相反，如果胶带机的启动方式不当，不仅会影响胶带机的使用，还会造成不必要的经济损失。下面对目前神东煤炭集团使用较多的几种胶带机启动方式进行简要的分析比较。

1、液力偶合器

1.1限矩型液力偶合器的工作原理

限矩型液力偶合器是通过控制工作腔内工作流液量，来传递电动机能量并改变输出转速的，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样可以通过控制工作腔内参与能量传递的工作油多少来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。因此液力偶合器可以通过改变液力偶合器内工作腔中流液量，在电动机转速不变的情况下，实现负载转速无级调节与软启动。当带式输送机单元驱动功率较小， 该装置是软启动的最佳选择。

1.2 限矩型液力偶合器的主要特点

限矩型液力偶合器具有以下主要优点：可以提高电机的起动性能，降低起动电流、缩短起动时间；过载保护，当负荷过载时能保护电机不会因闷车而烧毁；降低装机容量，能充分利用电机的最大扭矩来起动大惯量工作机；可以吸收和隔离动力机和工作机的扭振，缓和冲击保护设备和传动部件，有效防止机械磨损，延长设备使用寿命；在多机驱动系统中，能自动调节各原动机的负荷均匀分配，便于多机启动减小启动电流；结构简单、可靠，无机械磨损，无需特殊维护。

限矩型液力偶合器的主要缺点：启动电流仍比较大；其内部液压控制系统复杂；制造和维护成本比较高。

1.3调速型液力偶合器的工作原理

调速型液力偶合器主要工作原理为：调速型液力偶合器是以液体为介质传递动力并实现无级调速的液力传动装置，液力偶合器主要由与输入轴相联的泵轮，与输出轴联接的涡轮以及把涡轮包容在其中的转动外壳组成。在调速型液力偶合器密封的空腔中充满工作油，泵轮和涡轮对称布置，它们的流道几何形状相同。工作轮叶片为经向布置的直叶片，当原动机驱动泵轮旋转时，工作油在泵轮叶片的作用下由叶片内侧向外缘流动，形成离心水泵出口处的高速高压液流，该液流进入涡轮，冲击涡轮叶片，带动涡轮与泵轮同向旋转，工作油在涡轮中由外缘向内侧流动过程中减速减压，然后再流回泵轮进口，这里传递能量的介质是工作油，泵轮的作用就是把原动机的机械能传给被驱动机械。

1.4调速型液力偶合器的主要特点

调速型液力偶合器具有以下主要优点：可以在原动机转速不变的情况下连续无级调节被驱动机械的转速；确保输送机起动加速速度值在0. 1～0. 3m/s2 范围内，使输送带起动张力控制在允许范围；调速型液力偶合器能使电机空载启动，不必选择过大功率余量能力的电动机等原动机，并且可以减少电网负荷的波动；调速型液力偶合器具有过载保护的性能；隔离振动，减缓冲击；调速型液力偶合器的传动部件间无直接机械接触、使用寿命长；调速型液力偶合器在额定负载下有较高的传动效率；调速型液力偶合器具有液力控制调速装置和两个半轴，易于实现远距离自动操作。

调速型液力偶合器的主要缺点：软启动性能较液粘方式稍差；有滑差，效率损失2 %左右；体积较大，发热量大；调速精度和传动效率不及变频调速和CST ，而且电机启动电流仍然较大；单机功率较大时，工作性能仍然不能满足输送机工况要求。

2、变频调速装置

2.1 变频调速装置工作原理：

该装置主要由功率器件—IGBT 绝缘栅极可控制晶体管、控制器与电抗器组成。其工作原理是：交流电通过外部的接触器进入整流单元进行整流，然后经过滤波电容进入功率模块的输入端，通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极， 使直流重新逆变为适当频率、相位和电压的交流电供给电动机， 通过改变输入电源的频率来改变定子旋转磁场速度从而改变电机的转速 。只要控制频率变化范围和时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，实现软启动。采用变频调速时，起动的全过程可控，起动点和爬坡时间可设置。并且在皮带机不满载的时候可以降速运行，还可以达到节能的目的。缺点为使用变频器的投资成高于其它起动方式的设备投资。

在多台电机启动的情况下，变频器的使用就可以由主控制器给定信号，主驱动接受为反馈信号。主传动速度输出将跟随给定曲线上升，主传动输出电流控制信号给从驱动，实现电流调节和功率平衡。可延长输送机的寿命并增加输送系统的安全可靠性。

2.2 变频调速装置的特点

变频调速装置的主要优点：软启动、软制动性能良好；不存在漏油的问题；可以实现多台电机的功率平衡；可以变速运行，调速范围大、精度高。

变频调速装置的的主要缺点：控制复杂，对使用维护、环境温度及清洁要求高；对电源频率有一定的污染；在矿井下使用时，散热问题较难解决；价格也比较贵。

3. CST（Controlled Start Transmission） 可控起动传动装置

该系统是由美国道奇公司研制开发的一种专为大型带式输送机配套的带有电液反馈控制及齿轮减速器、在低速轴端装有线性、湿性离合器的机电一体化软启动系统。可用于大惯性负载平滑启动。

3.1 CST工作原理

CST的主要结构包括减速齿轮箱、滑油冷却系统、液压系统和基于可编程控制器（PLc）的控制装置。该装置通过比例阀及控制系统，实现软启动与功率平衡，是集减速、离合、调速于一体的传动装置。该系统主要由机械传动系统、电气控制系统、风冷热交换器、油泵系统及冷却控制系统等五部分组成。在传动稳定阶段，CST 与液力偶合器不同，CST 的反应盘像液压制动器一样安全锁住，不会产生滑差，没有效率损失。CST 是唯一能保证在紧急停车或突然断电时提供可控停车的驱动系统。基于PLc的控制系统可对每台CST装置进行监视、控制和操作，并提供用户接口。CST可在起动过程加速阶段降低张力作用对皮带机带来不利影响，通过控制起动上升曲线，可减小皮带机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力，从而得到一个满意的动态结果。在一些超长的带式输送机应用中，通过在上升曲线中增加一段缓冲特性束提升起动性能。缓冲特性确保皮带机在起动初始阶段逐渐的张紧。皮带机各部分单元在正常加速之前处于低速低起动力矩的运行状态，这降低了皮带机的应力作用。

3.2、CST主要特点

CST 具有以下主要优点：主电机可以在空载状态起动，从而减小了起动冲击电流并缩短了起动时间，同时允许操作员更灵活的对带式输送机进行起停操作，而无需反复起停主电机；另一方面，也提高了CST控制的可操作性，这意味着多驱动并行系统中，在不影响其它CST正常运行的情况下可临时离线处理（停止）某台CST的运行；CST实现功率平稳，平衡精度±2 % ，反应时间50～100ms ； CST保护功能齐全；能提高传动系统的效率，可达99 %；可降低胶带的安全系数，且安全度不变；由于离合片之间的流动为层流流动，粘制力和离合器片间的距离关系为线性关系，故可精确控制输送机的运行状态，可调带速为10 %～99 %。

CST 的主要缺点：调速系统与减速器合为一体，体积大，安装不方便；控制系统复杂，维护量较大； 油路复杂，冷却慢，出现故障难以查找；高速轴上配置逆止器和制动器较困难；价格昂贵，备品备件要进口。

4、三种启动方式的经济分析

结合煤矿的实际情况来看，在综合对液力偶合器、变频器及CST这三种启动方式进行经济对比后发现，一般来说单台电机设备功率较大的胶带机选配偶合器驱动的总价高于选配变频器驱动、CST驱动的总价，而单台电机设备功率较小的胶带机选配液力偶合器驱动的总价低于选配变频器驱动、CST驱动的总价。从经济层面上来进行分析发现，单台电机设备功率较小的胶带机应采用液力偶合器直接启动，但变频器在一年之中故障出现很少且基本免维护，而CST在维护费用上花费较大，具体包括，更换工作油和滤网，且CST用油较贵。CST运行的若干年中，整体养护费用较高，若出现了离合器片损坏，实际的维修费用更高。同时变频驱动装置在初装费用上也要比CST驱动少，从液力偶合器、变频器及CST这三种启动方式的综合分析上来看，单台电机设备功率较大胶带机采用变频器启动经济效果要更为优秀，更能取得良好的经济效益，功率较小的胶带机采用液力偶合器直接启动，较为合理。

5、使用情況及建议

本文综合分析对比了液力偶合器、变频调速装置及CST这三种胶带机启动方式特点，并根据综合分析后的结果对三种启动方式的应用提出了建议，以供相关单位参考。启动方式对于胶带机的影响非常关键，相信通过合理的启动方式的选取，可以让胶带机发挥更大的工作效率，从另一个侧面为企业带来更大的效益。另外，根据现场条件，考虑启动性好、操作方便、价格便宜、可靠运行的诸多因素，综合选择合适的启动装置，同时也能实现较好的节电目标。

软启动装置多种多样，在当前胶带输送机上应用，因为距离远功率大，应优先考虑使用带变频技术的软启动装置，一方面能节约用电；另一方面能减少对周围电气设备的影响，实现平稳、安全运行；再者，应用该软启动装置也是顺应煤矿电气控制技术发展的方向，也更能适应神东煤炭集团数字化矿上建设。

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作者简介：陈祯（1986-4-15），民族：汉，性别：男，籍贯：河北省张家口市，

工作单位：鄂尔多斯市神东工程设计有限公司，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：煤矿及选煤厂机械相关专业设计工作。