王傳奇

（國能珠海港務(wù)有限公司，珠海 519040）

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于礦井、火力發(fā)電廠、散貨碼頭等場所的輸送皮帶機(jī)系統(tǒng)上。隨著技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)在速度、長度、輸送量、安全性與穩(wěn)定性等方面都得到了大幅提升。驅(qū)動系統(tǒng)作為輸送皮帶機(jī)的核心裝置，其技術(shù)發(fā)展尤為重要，目前驅(qū)動系統(tǒng)正逐步向著簡單、可靠、操作方便的方向發(fā)展，更多的新技術(shù)在該領(lǐng)域得到應(yīng)用，為相關(guān)行業(yè)運(yùn)輸效率的提高提供了可能。

1 帶式輸送機(jī)典型驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 CST驅(qū)動系統(tǒng)

可控起動傳輸（Controlled Start Transmission，CST） 驅(qū)動系統(tǒng)由電動機(jī)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和滾筒組成，是一個可進(jìn)行微機(jī)閉環(huán)控制的機(jī)-液傳動系統(tǒng)，在老式皮帶輸送機(jī)上應(yīng)用十分廣泛，屬于傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)。在電機(jī)施加負(fù)載之前，該系統(tǒng)會保持電機(jī)空載驅(qū)動。同時(shí)，在電機(jī)行星齒輪傳動的內(nèi)圈內(nèi)設(shè)置有粘液離合器，設(shè)備空載時(shí)輸出轉(zhuǎn)軸不工作。在電機(jī)逐漸達(dá)到額定功率時(shí)，利用油膜剪切力傳遞扭矩，可以快速實(shí)現(xiàn)CST控制輸出功率與力矩等功能，驅(qū)動系統(tǒng)的離合器對控制系統(tǒng)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)與控制，并逐漸啟動，使得CST驅(qū)動系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作[1]。該系統(tǒng)的電動機(jī)空載啟動對設(shè)備沖擊比較小，能提供可調(diào)平滑無沖擊的啟動力矩，帶速調(diào)整范圍為10%～90%，有完善的控制及監(jiān)控系統(tǒng)，輸出的功率也比較高。但是，該系統(tǒng)占用空間大，部件組成多，液壓系統(tǒng)復(fù)雜，液壓系統(tǒng)維護(hù)難度大，跑冒滴漏問題多，且對維護(hù)人員技術(shù)要求較高。

1.2 異步電機(jī)帶液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)

液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)由電動機(jī)、液力耦合器、減速機(jī)、滾筒和控制系統(tǒng)組成。異步電機(jī)帶液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)在當(dāng)前輸送皮帶機(jī)中使用占比最高。該系統(tǒng)工作時(shí)，先由異步電機(jī)將動力傳遞給液力耦合器，再經(jīng)液力耦合器動力緩沖，利用液力耦合器渦輪間的液體壓強(qiáng)差將動力傳遞給減速機(jī)，經(jīng)減速機(jī)減速后實(shí)現(xiàn)低速高扭力轉(zhuǎn)動，最后動力傳遞給驅(qū)動滾筒，再由驅(qū)動滾筒帶動輸送皮帶輸送物料，驅(qū)動系統(tǒng)圖見圖1。液力耦合器驅(qū)動系統(tǒng)的啟動靈活，操作簡便，具有一定的抗沖擊荷載能力。但是，液力耦合器是一種機(jī)械調(diào)速裝置，工作時(shí)功率損失較大，油壓溫度容易過高，易造成液力耦合器損壞，系統(tǒng)占用空間大，液力耦合器及減速機(jī)密封點(diǎn)較多，易發(fā)生漏油現(xiàn)象，從而給日常維護(hù)增加工作量，且減速機(jī)更換油封及整機(jī)維保檢修周期長，會影響流程作業(yè)效率[2]。

1.3 變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)

變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)由電動機(jī)、變頻控制器、聯(lián)軸器、減速機(jī)和滾筒組成，是近5年應(yīng)用比較先進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)，其核心在于高壓變頻器。該系統(tǒng)可以靈活控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，其變頻調(diào)速主要分為“交流電—直流電—交流電”與“交流電—交流電”兩種類型，且在不同的驅(qū)動裝置上具有不同的功能。該系統(tǒng)的變頻功能首先是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后再用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，具有功率因數(shù)高、電路諧波電流小等優(yōu)勢，且不需要諧波吸收裝置。在電機(jī)啟動時(shí)，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，且驅(qū)動裝置的調(diào)速頻段較廣，可以實(shí)現(xiàn)無極變速，因此在帶式輸送機(jī)負(fù)載較大時(shí)也可以穩(wěn)定啟動，但其體積較大，需要占用較大的空間進(jìn)行安置?！敖涣麟姟涣麟姟钡闹饕δ苁菍㈩~定頻率恒壓轉(zhuǎn)換為變頻電壓，驅(qū)動設(shè)備運(yùn)行比較穩(wěn)定，但該驅(qū)動裝置的功率因數(shù)不高，對驅(qū)動裝置的局部網(wǎng)絡(luò)電流電壓影響比較大[3]。其技術(shù)特性為：軟啟動性能好，啟停速度曲線可控，可靠性高。但是，整套系統(tǒng)價(jià)格昂貴，機(jī)械及電控設(shè)備占地空間大，電控系統(tǒng)較復(fù)雜，減速機(jī)密封點(diǎn)較多，易發(fā)生漏油現(xiàn)象，且日常維護(hù)工作量大，減速機(jī)檢修周期長，會影響流程作業(yè)效率。

1.4 電動滾筒驅(qū)動系統(tǒng)

電動滾筒驅(qū)動系統(tǒng)由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和滾筒組成，該裝置主要是將傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)安置在滾筒內(nèi)腔而形成的一種電動滾筒式的驅(qū)動系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定性較高。該系統(tǒng)中的內(nèi)置傳動機(jī)構(gòu)尤為重要，根據(jù)不同工作場合和環(huán)境，傳動機(jī)構(gòu)有漸開線齒輪平行軸定軸傳動、漸開線行星齒輪傳動、差動輪系傳動、擺線針輪行星傳動、諧波齒輪傳動和變速軸承傳動等形式。這種結(jié)構(gòu)方式使電動滾筒占用的空間體積更小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，輸出功率更加穩(wěn)定，而且具有啟動及運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、操作比較簡便、機(jī)械噪聲較小、運(yùn)輸速度快的特點(diǎn)。但是，電動滾筒驅(qū)動技術(shù)因受到轉(zhuǎn)速與功率的限制，會影響帶式輸送機(jī)的輸送能力，電動滾筒只適用于帶式輸送機(jī)功率較小、運(yùn)輸距離較短的場合。該系統(tǒng)的電動滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、傳動效率高、噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和安裝方便的特點(diǎn)，但內(nèi)置設(shè)備運(yùn)行狀況不易被檢查和監(jiān)測，設(shè)備損壞維修不方便，不適合長距離大運(yùn)量輸送場合，所以不符合帶式驅(qū)動機(jī)的發(fā)展趨勢。

2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

2.1 永磁滾筒驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理

作為一項(xiàng)新技術(shù)，永磁滾筒驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。同時(shí)，作為帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，它主要由智能變頻器、永磁電動滾筒以及冷卻裝置組成。永磁滾筒采用外轉(zhuǎn)子永磁技術(shù)，工作時(shí)永磁直驅(qū)滾筒軸固定不動，相當(dāng)于電機(jī)的定子部分，定子鐵芯由硅鋼片疊加固定在軸上，其中嵌入定子繞組，當(dāng)定子繞組有三相對稱交流電流過時(shí)即可產(chǎn)生恒定的旋轉(zhuǎn)磁場。滾筒筒面相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊加固定于筒的內(nèi)表面上，內(nèi)部嵌入釹鐵硼永磁體，將產(chǎn)生永久的靜止磁場，通入對稱三相交流電后電機(jī)工作，即滾筒工作。滾筒包膠采用陶瓷材料制作而成，在使用過程中摩擦力大，能夠防止皮帶打滑，而且陶瓷更加耐磨，滾筒使用壽命更長，從而確保皮帶輸送機(jī)長周期穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

2.2 永磁滾筒驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用特征

2.2.1 效率高，電能消耗低

永磁直驅(qū)系統(tǒng)的工作效率為91%～95%。其電動滾筒采用永磁材料構(gòu)成，能夠節(jié)約制造材料。與傳統(tǒng)異步電機(jī)相比，它的能耗降低了15%～20%。 同時(shí)，作為帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2.2 動力強(qiáng)勁，重載啟動效果顯著

永磁直驅(qū)電機(jī)的啟動性能良好，主要采用智能變頻器自動控制電流輸入，啟動時(shí)可以輸出2倍以上的額定荷載轉(zhuǎn)矩，以滿足輸送皮帶機(jī)重載啟動的要求。永磁直驅(qū)電動滾筒驅(qū)動系統(tǒng)的啟動特性如圖2所示，與傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)相比，它的短時(shí)過載時(shí)間比較短，節(jié)約能耗十分明顯。

2.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，噪聲低

永磁直驅(qū)滾筒直接與帶式輸送機(jī)連接在一起，省去了液力耦合器、減速器、聯(lián)軸器等設(shè)備，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡單，設(shè)備安裝周期短。同時(shí)，因?yàn)闊o機(jī)械傳動設(shè)備，所以實(shí)現(xiàn)了無齒驅(qū)動，噪聲污染大大降低，從而改善了現(xiàn)場工作環(huán)境。

2.2.4 占用空間小，方便維護(hù)

驅(qū)動系統(tǒng)與滾筒設(shè)計(jì)為一體，能夠節(jié)省大量空間，適用于各種工作場合。其他帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械傳動及控制設(shè)備多、故障因素多、設(shè)備維護(hù)工作量大，但永磁直驅(qū)系統(tǒng)日常僅需定期補(bǔ)充潤滑脂，根據(jù)滾筒磨損情況更換滾筒包膠即可，基本做到了免維護(hù)，系統(tǒng)可靠性高，能夠節(jié)約企業(yè)設(shè)備維護(hù)成本。

2.2.5 通信接口更為豐富

永磁直驅(qū)電機(jī)滾筒能夠應(yīng)用于多個場合，其控制系統(tǒng)具有體多種通信接口，能夠與監(jiān)控中心、輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等連接在一起，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證帶式輸送機(jī)平穩(wěn)、可靠、安全工作。

2.3 永磁滾筒驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展前景

將永磁滾筒和變頻器應(yīng)用于皮帶機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，提高了帶式輸送機(jī)的工作效率，而且永磁滾筒直驅(qū)系統(tǒng)取消了減速機(jī)、液力耦合器、液壓系統(tǒng)和聯(lián)軸器等裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡單。另外，采用永磁電機(jī)技術(shù)、直驅(qū)傳動技術(shù)、外轉(zhuǎn)子電機(jī)技術(shù)以及結(jié)合陶瓷驅(qū)動滾筒組成的新型驅(qū)動設(shè)備，可以作為各種類型皮帶輸送機(jī)的驅(qū)動設(shè)備，永磁滾筒驅(qū)動運(yùn)行穩(wěn)定，日常維護(hù)量很小，且節(jié)能低碳環(huán)保，符合國家政策。同時(shí)，在該系統(tǒng)中配合永磁滾筒在線監(jiān)測及智能診斷系統(tǒng)能夠增加系統(tǒng)的安全可靠性，從而使該系統(tǒng)積極向建設(shè)智能化、綠色港口發(fā)展。然而，目前大于710 kW的永磁驅(qū)動設(shè)備還沒有企業(yè)應(yīng)用案例。隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，大功率永磁滾筒驅(qū)動系統(tǒng)會應(yīng)用在更多的場合[5]。

3 結(jié)語

通過分析各類帶式輸送機(jī)驅(qū)動裝置與技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，深入分析了帶式輸送機(jī)在不同工作環(huán)境中對驅(qū)動系統(tǒng)功能的要求和對大型煤礦、電力企業(yè)、港口碼頭等工作環(huán)境的要求。同時(shí)，對永磁直驅(qū)電動滾筒驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行深入的分析，并探討了永磁直驅(qū)電動滾筒技術(shù)的工作原理、優(yōu)勢與工作特征，這種技術(shù)優(yōu)勢明顯，且節(jié)能環(huán)保，符合國家發(fā)展方向，可以應(yīng)用于長距離、大運(yùn)量的輸送皮帶機(jī)上，對帶式輸送機(jī)行業(yè)發(fā)展能夠起到積極的作用。