带式输送机驱动方案设计及对比分析

武鹏程

（汾西矿业南关煤业，山西 灵石 031300）

引言

带式输送机是采掘作业面开采的原煤主要运输设备，带式输送机运输系统能否可靠运行直接影响到矿井产能[1-2]。山西某矿井运输系统由10 台带式输送机搭接组成，受采购、安装及使用时间等因素差异影响，运输系统中各台带式输送机驱动方式各不相同，主要驱动方式有CST、液力耦合器、变频器+减速器、永磁电机+变频器等。随着矿井技改工作推进，煤炭产能由原有的240 万t/年增至480 万t/年，同时随着矿井采掘范围的不断增加，带式输送机铺设不断延伸，运输系统压力增大，普遍面临超负载运行情况。带式输送机在高负载下驱动系统故障频发，从而给矿井原煤运输带来较大制约。

1 山西某矿工程概况

山西某矿经技改后产能增加至480 万t/年，可采煤层包括2、3、4 号和5 号等煤层。根据矿井开拓及回采巷道掘进设计，矿井运输巷道主要集中在煤层中并通过煤仓、带式输送机实现煤炭转运，具体井下带式输送机运输系统布置情况如图1 所示。

图1 原煤运输系统结构图

矿井原煤运输系统由10 台带式输送机搭接而成，其中2 台输送机通过液力耦合器+减速器+电机驱动、3 台输送机通过CTS+减速器+电机驱动、2 台采用变频器+减速器+永磁电机驱动、3 台输送机采用变频永磁电机+联轴器驱动。受到原煤运输任务繁重、运输距离长等因素影响，原煤运输系统中带式输送机驱动装置不同程度存在故障率高、能耗大及机械冲击等问题，已不能满足煤炭高效运输需要。为此，本文依据矿井运输需要对驱动方案进行设计分析，以期提高矿井原煤运输系统工作效率。

2 带式输送机驱动方案设计及比对分析

2.1 带式输送机驱动方案设计

为提高矿井带式输送机运输系统工作效率，本文提出下述三种驱动方案，具体如下[3-5]：

1）将带式输送机驱动系统统一改造为CTS+减速器+电机驱动方式。

2）将驱动系统统一更换为永磁电机+变频器驱动方式。

3）将驱动系统统一更换为变频永磁电机直驱方式。

2.1.1 CTS+减速器+电机驱动方案

采用此种驱动方案时，需要改造7 台带式输送机，虽然CTS+减速器+电机驱动方案可满足带式输送机软启动及重载运输需要，但是面临驱动系统结构复杂、传动效率低及能耗高等问题。

2.1.2 永磁电机+变频器驱动方案

采用此种驱动方案时，需要对7 台带式输送机驱动系统进行改造，具体驱动系统结构采用变频器+联轴器+永磁电机+驱动滚筒连接方式，具体驱动系统拓扑结构如图2 所示。在具体改造时需要在带式输送机上增设驱动装置支架，更换原有的联轴器并新增硐室放置变频器。

图2 永磁电机+变频器驱动方案拓扑结构图

2.1.3 变频永磁电机直驱方案

采用此方案时，需要将井下7 台带式带式输送机驱动系统统一更改为变频永磁电机直驱，具体驱动系统连接方式为变频永磁电机+联轴器+驱动滚筒，具体驱动系统拓扑连接方案如图3 所示。选用此种方案时，需给驱动系统增设新的支架及冷却装置，取消原驱动系统中的减速器、高速联轴器，同时需要对驱动结构地基进行重新改造。

图3 变频永磁电机直驱驱动方案拓扑结构图

2.2 驱动方案对比分析

CTS+减速器+电机驱动方案具有改造成本低的优点，但是面临技术不先进、故障发生率高、传动效率低及能耗高等问题；永磁电机+变频器驱动方案具有驱动系统运行可靠性强、故障发生率低、后期维护工作量小等优点，但是由于永磁电机、变频器相互独立，需要有单独的空间放置变频器，设备占用空间大；变频永磁电机直驱方案具有后期维护工作量小、传动效率高、能耗低、占用空间小等优势，但是存在设备价格昂贵等问题。具体不同驱动方案对比见表1[6]。

表1 驱动方案对比

综合考虑改造成本、带式输送机全寿命周期能耗及后期矿井智能化建设方面，最终选择使用变频永磁直驱方案对矿井带式输送机驱动方案进行改造。具体采用的变频永磁直驱方案技术特点如下：

1）故障发生率低、后续维护简单：由于变频永磁直驱系统通过变频永磁电机、联轴器直接与转动滚筒连接，系统内部无减速机、液力耦合器等，系统结构更为简单，故障点以及故障发生率降低。

2）调速范围更宽：变频永磁电动较异步电机调速范围更宽，可实现高转矩、超低速运行速度在0.5 m/s以内运行，最高2 倍额定转矩软启动。

3）实现多机功率平衡：变频永磁直驱系统采用主从控制方式，可有效避免多机驱动时由于功率不平衡导致电机损坏问题，实现功率平衡。同时通过内置的各种传感器实现电机过热、过压、过流以及欠压等保护，提高运输系统运输稳定性。

4）环境适应性强：真空灌封后变频永磁直驱电机绕组在耐电晕、导热性、机械强度方面均有所提升，并在防尘、防水及防污染方面效果明显。

5）冷却方式好：永磁直驱电机外壳为双层设计，外壳中间有蛇形散热通道，冷却效果好，在有水环境中即可采用水冷方式降温，冷却水要求为：流量＞2.8 t/h，水压0.3～0.8 MPa。井下压水管路即可满足冷却水需求。

3 结论

本文结合山西某矿带式输送机运输系统现状，提出CTS+减速器+电机、变频器+永磁电机、变频永磁直驱系统三种驱动系统改造方案，并对不同驱动方案进行比对分析。综合矿井后续运输需要、经济性等方面，最终选择采用技术先进、能耗低的变频永磁直驱系统。现场改造完成后，带式输送机工作效率得以提升，同时由于井下10 台带式输送机驱动系统均改造为变频永磁直驱系统，后续可通过构建监控系统实现各台设备的智能化控制，进一步提升运输系统可靠性及工作效率。