閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用

閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

目前,國內(nèi)外皮帶輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段,大批先進(jìn)的高技術(shù)含量的皮帶輸送機(jī)已經(jīng)研究開發(fā)成功,極大地提高了皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸距離、運(yùn)載量以及運(yùn)輸速度.本文立足煤礦主提升設(shè)備維護(hù)需求,對(duì)帶式輸送機(jī)采用永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、變頻技術(shù)、自動(dòng)裝料技術(shù)等技術(shù)進(jìn)行研究、探索,取得了較好的研究成果和應(yīng)用成果.

永磁;節(jié)能;雙速雙向

1 開展永磁雙速雙向倒料皮帶機(jī)研發(fā)的必要性

柴里煤礦主采煤層為3層煤,3上、3下煤實(shí)行分層開采,開采3下煤時(shí)必須采用架棚支護(hù),支護(hù)材料運(yùn)輸成為制約綜掘效率的瓶頸,由于綜掘沿底板掘進(jìn),巷道起伏變化大,采用軌道運(yùn)輸困難多、效率低、安全管理難度大.為了解決運(yùn)料難的問題,從2005年開始研制應(yīng)用了雙向倒料皮帶機(jī),把80皮帶機(jī)加裝了上下料平臺(tái),利用上皮帶運(yùn)煤,下皮帶運(yùn)輸支護(hù)材料,一定程度上提高了掘進(jìn)工效,但在運(yùn)料安全上仍然存在一些問題,那就是80雙向倒料皮帶為恒定的2m/s速度,倒料過程中經(jīng)常出現(xiàn)物料竄出皮帶、卡料損壞皮帶等現(xiàn)象.為了從根本上解決上述問題,我們成立了技術(shù)攻關(guān)小組,著手研發(fā)永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶機(jī).

2 設(shè)備性能的改進(jìn)及研究

2.1 配套了永磁同步電動(dòng)機(jī)專用變頻器,變頻器內(nèi)置濾波器、電抗器,實(shí)現(xiàn)了一體化控制

兩臺(tái)變頻器采用主從控制,參數(shù)設(shè)置方便,操作簡單,控制性能好.

2.2 設(shè)置了雙速運(yùn)行模式

在運(yùn)煤時(shí)采用2m/s的速度快速運(yùn)行;在運(yùn)輸支護(hù)材料時(shí)采用1m/s的速度慢速運(yùn)行,有效解決了倒料過程中的安全問題.變頻控制設(shè)有現(xiàn)場控制和集控模式,可以簡便的接入工作面集控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備、皮帶機(jī)、刮板輸送機(jī)的集中控制.

2.3 在驅(qū)動(dòng)裝置上,采用了分離式底盤,運(yùn)輸和安裝非常方便

兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒分別獨(dú)立,滾筒、電動(dòng)機(jī)在一個(gè)獨(dú)立底盤上,在生產(chǎn)廠家直接裝配好,外形尺寸滿足在地面運(yùn)輸和下井運(yùn)輸?shù)臈l件,安裝時(shí)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒可以直接下井,在現(xiàn)場兩個(gè)滾筒驅(qū)動(dòng)裝置直接用螺栓連接即可.滾筒直徑從500mm改進(jìn)為 630mm,確保了皮帶圍包角,保證了摩擦接觸面積,提升了驅(qū)動(dòng)力.采用箱體式結(jié)構(gòu),內(nèi)嵌插齒式聯(lián)軸器,縮短了驅(qū)動(dòng)裝置寬度,為現(xiàn)場安裝提供了便利條件,更加適用于綜掘工作面,不需要專門擴(kuò)打皮帶驅(qū)動(dòng)裝置峒室.

3 永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶應(yīng)用前景

3.1 安全方面

一是安裝上料平臺(tái),設(shè)置了氣動(dòng)自動(dòng)裝料裝置,實(shí)現(xiàn)皮帶雙向運(yùn)輸,在上皮帶正向運(yùn)輸煤,在下皮帶反向運(yùn)輸支護(hù)材料等物料,保證了安全運(yùn)輸.二是采用變頻控制,設(shè)置了雙速運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)了雙速運(yùn)行,在運(yùn)煤時(shí)采用高速運(yùn)行,運(yùn)煤效率高;在運(yùn)輸支護(hù)材料時(shí)采用慢速運(yùn)行,確保了運(yùn)輸物料的安全.三是永磁電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低,有效改善了職工工作環(huán)境.

3.2 節(jié)能方面

一是電機(jī)效率高,能力指標(biāo)好.永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子上嵌了永磁體后,由永磁體來建立轉(zhuǎn)子磁場,在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運(yùn)行,轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗,可提高電機(jī)效率約10%.二是電機(jī)升溫低,使用壽命長.異步電機(jī)工作時(shí),轉(zhuǎn)子繞組有電流流動(dòng),而這個(gè)電流完全以熱能的形勢(shì)消耗掉,所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生大量的熱量,使電機(jī)的溫度升高,影響了電機(jī)的使用壽命.而永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流,使電機(jī)溫升低,延長了電機(jī)的使用壽命.三是電能利用高,節(jié)電效果好.由于異步電機(jī)的效率低,要滿足輸出功率的需求,勢(shì)必要從電網(wǎng)多吸收電能,進(jìn)一步增加了電能量的損失,加重了電網(wǎng)負(fù)荷.而永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流,電機(jī)的功率因數(shù)高,可吸收網(wǎng)上無功的負(fù)擔(dān),減輕用戶供電系統(tǒng)原有無功補(bǔ)償裝置.經(jīng)過相似23605運(yùn)輸巷安裝的普通150皮帶機(jī),運(yùn)輸長度基本相同,9月份掘進(jìn)進(jìn)尺基本相同情況下用電量對(duì)比,永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶綜合節(jié)能可以比同類皮帶機(jī)節(jié)約16%~18%.四是設(shè)備環(huán)節(jié)少,運(yùn)行質(zhì)量高.永磁電動(dòng)機(jī)的使用可去掉減速箱、液力聯(lián)軸節(jié),消除減速箱和液力聯(lián)軸節(jié)的效率損耗,減少礦井的設(shè)備投入和設(shè)備運(yùn)行環(huán)節(jié)的故障幾率,大大提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性,如表1所示.

表1

3.3 安裝調(diào)試方面

一是兩個(gè)滾筒裝置設(shè)計(jì)為獨(dú)立模式,每個(gè)滾筒裝置可以整體運(yùn)輸下井,安裝不用調(diào)整,兩個(gè)滾筒裝置直接連接就完成了驅(qū)動(dòng)裝置的安裝,簡化了安裝過程和調(diào)整同心度的困難.二是變頻控制提前設(shè)置好雙速運(yùn)行模式,主副機(jī)主控從控模式,正常情況下現(xiàn)場不需要調(diào)整相關(guān)參數(shù),控制方便可靠.三是提前在貝斯特按照2016年版安全規(guī)程規(guī)定,將皮帶8大保護(hù)安裝完畢,達(dá)到符合安全規(guī)程的規(guī)定,不需要在現(xiàn)場再配套安裝調(diào)試保護(hù)裝置.四是進(jìn)行了宜人性設(shè)計(jì),便于人員施工,方便了安裝、調(diào)試和應(yīng)急問題處理.

4 永磁直驅(qū)式雙速雙向倒料皮帶在應(yīng)用中的不足及改進(jìn)方法

(1)電動(dòng)機(jī)和滾筒之間采用齒套聯(lián)軸器,在電動(dòng)機(jī)側(cè)聯(lián)軸器采用了漲套連接,雖然現(xiàn)場安裝方便,但是由于摩擦力不足,容易出現(xiàn)漲套和軸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致燒傷軸和漲套現(xiàn)象.建議電動(dòng)機(jī)直接加工成銷齒或采用鍵連接方式安裝聯(lián)軸器.同時(shí)在啟動(dòng)和停止時(shí),應(yīng)采用緩慢起動(dòng)和停止的方式,盡量避免皮帶緊急停車,增大電動(dòng)機(jī)和滾筒之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.由于沒有液力耦合器的緩沖,永磁同步電動(dòng)機(jī)不像異步電動(dòng)機(jī)一樣可以有滑差.緊急停車時(shí),皮帶滿載的力量無法釋放,因?yàn)槭菨L筒和電動(dòng)機(jī)直聯(lián)就作用在電動(dòng)機(jī)上.建議在驅(qū)動(dòng)滾筒上安裝制動(dòng)裝置,消除在緊急情況下,皮帶停止時(shí)皮帶張力對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響.

(2)膠帶輸送機(jī)采用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)特性,轉(zhuǎn)矩與功率比值大.所以在膠帶輸送機(jī)選型上我們一直采用功率驗(yàn)算的方式進(jìn)行,只要功率滿足,轉(zhuǎn)矩就一定滿足要求.但是永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率比值偏小,其特性為軟特性,只校驗(yàn)功率就會(huì)出現(xiàn)偏差,會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足,滿載啟動(dòng)困難.永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率存在正比例關(guān)系,在低速運(yùn)行時(shí)功率低于額定功率,存在低速拖動(dòng)功率不足,出現(xiàn)滿載啟動(dòng)困難的現(xiàn)象.因此在選用永磁同步電動(dòng)機(jī)時(shí)必須同時(shí)校驗(yàn)功率和轉(zhuǎn)矩,且選用功率要考慮大于計(jì)算功率,留出一定余量.

(3)在超過6度的傾斜井巷運(yùn)輸,需根據(jù)上運(yùn)或者下運(yùn)條件,按照安全規(guī)程規(guī)定,可以在皮帶滾筒側(cè)相應(yīng)安裝制動(dòng)裝置和逆止裝置.我們?cè)?3306安裝的永磁直驅(qū)式雙速雙向電動(dòng)機(jī)由于運(yùn)輸基本為平巷沒有安裝制動(dòng)和逆止裝置.

[1]許赟莉,朱殿瑞.永磁直驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2014.

[2]李文濤.變頻調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)在皮帶機(jī)上的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2014.

TD63+4 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào):

文章編號(hào):1671-0711(2017)11(上)-0165-03