浅谈煤矿工作面刮板输送机的启动方式及应用

成敏 张妍

摘要： 本文主要从刮板输送机的启动现状及存在问题进行阐述，提出了目前常用的启动方式，并从技术性能、可靠性及经济性能等方面对其优缺点进行了比较研究。

Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the scraper conveyor are discussed. The commonly used starting methods are put forward and the advantages and disadvantages of the scraper conveyor are compared and analyzed from technical performance， reliability and economic performance.

关键词： 刮板输送机；软启动；阀控液力偶合器；CST可控驱动装置；变频技术

Key words： scraper conveyor；soft start；valve-operated hydraulic coupling；CST controllable drive；frequency conversion

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0140-03

0 引言

刮板输送机在煤矿井工开采工作面中，既承担着煤炭的运输，又是采煤机行走的轨道，所以有着举足轻重的作用。但实际中因受到运输皮带、巷道条件及其它协作设备等诸多因素的影响，存在设备停止运行的不确定性；且受煤粉、岩尘、水、泥的影响，造成刮板输送机的刮板链组件和中部槽中板的静摩擦力增大，且由刮板链组件拉回下链道回煤造成的空载功率占总装机功率的百分比增高；同时片帮煤需给停机的刮板输送机加载，极易产生“压溜”，造成重载启动难；再加上变压器容量和空间的限制，尤其是在爆炸性气体和煤尘较重的环境中，刮板输送机的启动更是难上加难；而重载下启动时所产生的机械冲击和大电流对电网的冲击不可小嘘，所以系统不允许直接启动。

在传统的启动方式下容易引发烧毁电机绕组及轴承、链条“永久性”塑形变形、降低链轮寿命、损坏传动零部件和电气元件等故障、从而影响了井工开采综采（放）工作面的正常运行。因此，刮板输送机的可靠性是影响工作面生产的重要因素之一，而其可靠性又与启动方式的功能和特性紧密相关。就目前刮板输送机的启动现状和存在问题进行阐述，提出了常用的启动方式，并从技术性能、可靠性及经济性能等方面对其进行了比较研究。

1 刮板输送机的启动技术存在的难点

1.1 重负荷启动困难

由于刮板输送机存在停车的不确定性，且易受环境影响和负载变化巨大，使其不可避免的在重负载条件下进行启动，由此导致的重负荷启动困难情况经常出现。而机尾电机的供电距离较远，且电机的启动电流瞬间可达到额定电流的8～10倍，在大的电流下直接启动，受变压器容量和电缆线截面的限制，线路压降较大（可下降20%～30%）。而机尾电机主要作用在刮板输送机的下刮板链，输出转矩仅为额定转矩的0.49～0.64倍，必然机头电机与机尾电机没有高度的配合，从而造成重负荷启动困难的问题。

1.2 频繁的机械冲击

一般电机从零到额定转速启动时间为（3～5）s，启动加速度可达（0.2～0.3）m/s2，而刮板输送机的传动系统为“柔性”链传动，尽管有一定的伸缩量（一般为链条节距的5%），但停机时的刮板链为松弛状态，且各个环节都有一定的间隙，再加上启动时瞬间施以电机的启动转矩，在克服间隙的过程中，会对整个传动系统造成强大的机械冲击，而几乎所有的传动件在此过程中都有可能受到极大的损伤，造成传动系统寿命降低，直至最后失效；刮板输送机即属于频繁又非周期的启动设备，所以危害就更大；对电动机来说，过大的冲击转矩往往造成电动机“鼠”笼变形、绕组损坏和定子端部绝缘磨损而造成防护等级降低，最终导致击穿烧机及存在危害人身安全，这也是造成动力部受损及链条“永久性”塑形变形等问题的重要原因。

1.3 大电流对电网的冲击

带载启动时的启动电流达到8～10倍（或更大）的额定电流，会造成电网电压下降，从而影响刮板输送机的启动及电网内部其他设备的运转，造成设备的有害跳闸；这样一来供电系统的元器件就会发热甚至损坏，从而增加了电气系统的故障，刮板输送机的频繁及非周期的启动，会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命，严重时会烧毁电机。

2 刮板输送机目前常用的启动方式

针对这些启动难、机械冲击频繁及大电流对电网的冲击等现状，用以应对煤矿工作面刮板输送机的启动问题，列举目前常用的几种启动方式，并进行比较研究。

2.1 直接启动型（双速电机+半联轴器）

特点：①简单易维护，主要用于单动力部700kW以下的刮板输送机，对大功率设备应用技术不是很成熟；②双速电动机结构复杂，供电系统需用双速开关控制造成电机的控制设备成本升高（双速开关为同规格单速开关价格的1.5倍）。③低速切换高速时不易有效控制、故障点多，经常出现启动失败；④双速电机的高低速需要两条电缆，随着综采（放）工作面的推进，要不断地移动设备和电缆，增大了其移动难度，同时电缆的故障率也会成倍增加。

此项技术主要应用于总装机功率1400 kW以下的刮板输送机，利用软启动技术已将该启动方式成功应用于宁煤集团、潞安集团等SGZ1000/1400前后部刮板输送机。

2.2 调速液力偶合器启动技术

特点：①对刮板机的链传动系统冲击及电网系统冲击较小，可使各电机之间的负载自动达到平衡，负载平衡可大大提高驱动系统部件的寿命；②对水的温度、纯净度和PH值要求较高；③调速型主要依靠进口，价格昂贵；④电磁阀的经常故障率是造成刮板机停机的主要原因；⑤限矩型液力偶合器与电动机直接连接，在高速旋转时，因偏心问题存在，会产生较大的径向负荷，同时与减速器连接采用罩筒连接，增加了动力部的长度致使力矩增大，增加易造成动力部的损坏，使用寿命缩短；⑥调速液力偶合器与电机轴紧密配合，拆装非常困难，维修更换时间及故障影响时间随之变长，特别是油封损坏问题既严重又频繁，所以调速液力偶合器的故障往往会占到刮板输送机故障的60%以上；⑦知识产权不属于中国，前沿技术应用困难；⑧对大负荷、大功率、大体积而言，配套尺寸较大，会造成刮板机布置困难，对液压支架的稳定性也会有影响。

应用方面：该技术主要应用于总装机功率为2000 kW的刮板输送机，但调速液力偶合器主要依靠进口、配件供应周期长、水质要求高、对检修人员技能要求也较高，调速液力偶合器启动技术应用于新汶集团、内蒙各大煤矿等SGZ1200/2000前后部刮板输送机。

2.3 可控启动传输装置（CST）

特点：①可确保每台驱动电机分担负荷相等；②合理的功率平衡可以有效地延长动力系统零部件的寿命；③可频繁启动，但启动的次数受冷却系统能力限制；④具有很好的启动负载特性，可真正实现电机的空载启动，但设备构成复杂、造价高，其关键部件主要依附进口，对工作介质油的性能也有一定要求；⑤较大的维护难度、较高的运行成本及狭窄的维修工作空间限制了CST在我国矿用刮板输送机上的应用；⑥CST系统需要油循环和冷却装置，系统复杂；⑦CST系统磨擦组件在减速器内部，发生故障时维修的难度及影响面无法准确估量；⑧外形尺寸造成对放顶煤工艺的配套性能差，很难实现。

由于可控启动传输装置体积较大，造成工作面三机中的过渡液压支架稳定性降低；且系统较复杂，发生故障时维修困难；同时工作面环境相当恶劣，故目前国内的刮板输送机暂时无此应用，只应用于顺槽皮带。

2.4 变频技术

特点：①启动转矩大，可长时、低速大扭矩运行；②启停平稳，系统冲击小；③调速范围广、控制精度高、节能效果佳；④多电机功率自动平衡；⑤智能自动化控制，保护功能完善，运行状态实时监测；⑥在使用高压且井下工作电源变化较大的情况下，操作尖峰电压时常出现，电源单相对地故障不可避免，易引起电网振荡；⑦变频一体机的国内技术尚不成熟，国外对此技术进行封锁，国内主要用变频器+变频电机来实现。

变频技术主要应用于总装机功率最大为4500kW的刮板输送机，该技术既可简化刮板机的传动系统、降低刮板机的故障率、又对电网冲击较小，还能达到重载启动的目的，汇能集团SGZ1000/2000前后部刮板输送机已应用。此外，以变频技术为基础，宁夏天地奔牛集团自主研发了智能刮板机系统，实现了智能调速、重载启动、专家自诊断系统、链条自动张紧、低速检修等多项功能，成功运用于宁煤集团、彬长集团、黄陵矿业等SGZ1000/1710刮板输送机。智能刮板机系统在综采（放）工作面的成功应用，标志着我国井工开采技术又上了一个新的台阶。

3 结束语

未来综采设备的发展，越来越趋向于高产、高效、智能化和自动化等多个领域，从而对启动技术的可靠性要求也不断提升，而目前煤矿工作面长度变长、链条规格加大，造成刮板机的总装机功率随之增大，为此，加快研发高可靠性及专家自诊断系统的启动技术迫在眉睫。只有这样，才能有效地适应发展现状，更好地服务于煤炭综采（放）工作面刮板输送机的运行要求。

参考文献：

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