煤矿用刮板输送机变频技术的应用

刘建伟

摘 要：刮板输送机是综采工作面的主要设备之一，随着国家对煤矿高产、高效、节能要求的不断提高，传统的传动方式已满足不了新的要求。近两年，越来越多的大功率刮板输送机配备了变频器传动。通过对大功率刮板输送机转矩的起动、运行特性的分析，总结出刮板机变频技术实际应用数据，并对变频器驱动优势进行了分析，提出了较为合理的变频选配方案。

关键词：刮板输送机；转矩特性；变频技术；选配方案

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.152

1 概述

目前，国内外矿用大功率刮板输送机的驱动方式为电机+减速器，一般采用机头、机尾双动力部驱动，通过链轮及其之间的链条连接，周复向机头方向运动，把采煤机切割的煤炭运送到指定地方，通过胶带机等设备最终实现煤炭的转移目的。随着驱动电机功率的不断增大，为适应其重载软起动特性通常配备液力偶合器、软起动器等。近两年随着中压变频技术在刮板输送机中的应用，一种更为适合刮板输送机的变频驱动方式逐渐替代了传统的传动方式。

2 刮板输送机机械特性分析

刮板输送机通过链条的运动将负载恒速运送至指定位置，其负载转矩的大小一定程度上决定于其负载的大小，所以其整体上属于摩擦性负载特性，但是又由于其通过链条连接，链条具备一定的弹性效能，在起动时和负载突变时具有一定的弹性负载特性。刮板输送机负载特性决定了其为恒转矩特性。

刮板输送机在整个采煤工艺设备的最前端，根据通用选配余量功率从末端到前端逐级放大原则，刮板输送机在配置上有很大的富余量。刮板输送机运行中由于片帮、刮卡等因素影响，导致负载突然变大，在采、运煤过程中经常会遇到紧急停机，从而导致频繁重载起动，为了满足以上两点要求，刮板输送机也需要很大功率的选配余量。

以某井矿选配2×1000kW刮板输送机（配置变频器）为例。凌晨正常生产时候，对其机头、机尾驱动部电机转矩进行数据记录，在大部分时间内，驱动电机在额定功率一半以下运行，从而证明了刮板输送机功率富余量很大。

输送机的配置富余量大小主要取决于其特殊的负载性质及驱动需求。由于片帮或者刮卡等因素，导致负载突然变大，这时就需要配置较大富余量的驱动部电机；另一个原因就是满足重载起动的需求。

当转矩达到其额定值的1.5倍时候起动失败。同样负载情况下双机起动成功，如果压溜煤长度再增加，起动时候负载可能会更大。基于重载起动的因素，配置电机的容量也需要很大。

3 刮板输送机变频驱动优势分析

3.1 满足重载软起动要求

传统刮板输送机驱动解决重载起动，通常采用配置富余量很大的电机、双速电机、配置液力偶合器、电气软起动器等方式。

从矿井的使用情况来看，随着功率配置的不断增大，以上起动方式虽能在一定程度上解决重载起动问题，但应用效果不理想，且造成了资源配置过大的浪费，并且以上起动方式受井下电源容量限制。采用双电机错峰起动方式，这也相当于减少了一半的起动转矩。从变频应用上来看，变频驱动很好的解决了刮板输送机重载问题，且起动时长可以人为控制，起动平滑性几乎完美。

3.2 机头机尾驱动电机功率协调

传统的刮板输送机拖动方式，很难做到功率的协调，变频驱动不管在起动过程中还是在运行中，双机很好的做到了功率的互相协调。事实证明采用功率协调可以使得头部和尾部的多台电机间随负载变化准确地分配功率，不会使得一台电机过多或者过少承担功率，功率协调能够很大程度上延长设备传动部及关键部件的寿命。据统计，通过变频驱动的刮板输送机关键部件的寿命延长为原来的1.5倍甚至更高。

3.3 节能降耗

应用变频驱动技术最大的优点就在于其节能降耗特性，主要表现在以下两个方面：

（1）提高传动效率，变频传动减少了机械传动环节，传动效率可以达到96%以上，而与之对应的液力偶合器传动，传动效率小于90%。

（2）通过变频调速运行，调整电机转矩满足负载需求，使电机始终运行在最优效能。提高了设备的功率因数，电机的额定负载功率因数可以达到95%以上，而刮板输送机配置电机正常运行时候负载不足一半，功率因数为60%以下，一定程度上造成了能量的浪费。采用变频驱动，能够根据负载的大小及时调整电机输出转矩，使电机的功率因数始终达到95%以上，从而减少无功做功，起到了节能降耗的效果。

（3）通过调速减少了设备的回转运行里程，相当于减少了设备磨损，延长了设备使用寿命，提高了设备的利用率，降低了设备成本，间接的起到了节能降耗左右。

4 刮板输送机变频选配方案

变频器在刮板输送机中的应用日趋频繁，目前井下应用的刮板输送机变频器机芯以ABB、西门子等国外品牌为主，输出3300V电压等级容量的有800kW、1000kW、1250kW、1400kW、1600kW、2200kW等。但在配套选配变频器容量时，出现了相对混乱的状态，比如1000kW拖动电机，在煤矿井下配置变频器时，出现配置1000kW、1250kW、1600kW等多种配置形式，配置过小导致了井下应用时候出现重载起动困难、压溜等问题，配置过大造成了资源的浪费及设备资金投入的过大等。

目前煤安部门没有对刮板输送机变频器容量做特殊规定，在认证时候能够达到相应的标准即可，也由于不同厂家、不同规格型号的变频器机芯其内部参数过载参数调整的不一样，统一标准相对困难。但是针对大多数变频器基本能达到零速满转矩的要求。根据以往配置井下应用经验，结合刮板输送机特殊负载性质，给出的最终配置如表1。

5 结论

刮板输送机变频拖动技术的成功应用，表明了一种新的刮板输送机拖动方式的兴起，在应用中变频拖动良好的重载软起功能、极好的功率协调功能、优越的调速性能和高可靠性低维护的特性，决定了变频拖动技术将成为刮板输送机拖动的必然趋势。

本文从刮板输送机负载特性分析入手，通过大量数据统计，结合媒矿刮板机变频拖动经验，给出了较为合理的变频选配方案，希望在以后的刮板输送机变频配置及井下应用时候具有一定的参考价值。

参考文献

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