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1、引言
    帶式輸送機(jī)是煤礦最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，運(yùn)行可靠，而且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、集中化控制，特別是對(duì)高產(chǎn)高效礦井，帶式輸送機(jī)已成為煤炭高效開(kāi)采機(jī)電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。近年來(lái)隨著雙高工作面的出現(xiàn)以及采掘設(shè)備生產(chǎn)能力的大幅度提高和降低散料運(yùn)輸成本的要求，作為整機(jī)，帶式輸送機(jī)正迅速朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高速度、大功率和廣泛的適應(yīng)性能方向發(fā)展，大型帶式輸送機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
    對(duì)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率、高速度帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，輸送帶張力過(guò)大和嚴(yán)重的波涌現(xiàn)象以及動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象是存在的主要問(wèn)題，而解決問(wèn)題并使其性能和運(yùn)量最優(yōu)化的關(guān)鍵是把加速、停車(chē)和運(yùn)行時(shí)的輸送帶張力及其瞬態(tài)值減到最小，并實(shí)現(xiàn)張緊力的自動(dòng)實(shí)時(shí)控制。目前，國(guó)內(nèi)外均采用可控起動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)張緊技術(shù)以滿足上述要求。
    國(guó)外大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)已達(dá)到很高水平，有專(zhuān)用的帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，既安全可靠，成本又低。我國(guó)從80年代起開(kāi)始研制大型帶式輸送機(jī)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)大型帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題及可控軟起動(dòng)裝置也進(jìn)行了大量的探索，研制了一些適合大型輸送機(jī)重載起動(dòng)和傳動(dòng)的可控軟起勸傳動(dòng)裝置，如液體粘性軟起動(dòng)裝置、調(diào)速偶合器、電軟起動(dòng)裝置等，并得到了較好的推廣和應(yīng)用。
2、大型帶式輸送機(jī)的應(yīng)用
    東聯(lián)公司在2001年-2002年生產(chǎn)制造的近十條大型帶式輸送機(jī)在平煤一礦、寧夏靈州磁窯保礦、神華上灣礦、大柳塔礦等煤礦投入使用，技術(shù)參數(shù)為：最大帶寬為1400mm;最長(zhǎng)距離為2386m,最大帶速達(dá)5.1m／s；輸送量達(dá)2500t/h；膠帶傾角0°～15°；電機(jī)功率達(dá)2000Kw，上述膠帶機(jī)均配有自動(dòng)張緊裝置和制動(dòng)裝置。
3、方案選擇設(shè)計(jì)
3.1驅(qū)動(dòng)裝置
    驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是帶式輸送機(jī)最重要的部件，最好的大型帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該具有便于對(duì)整個(gè)帶式輸送機(jī)的控制、顯示優(yōu)越的可靠性（驅(qū)動(dòng)器本身的可用性）、減少對(duì)帶式輸送機(jī)上電器元件的要求、減少對(duì)帶式輸送機(jī)上機(jī)械元件的要求、允許對(duì)膠帶的動(dòng)力學(xué)和張力做適當(dāng)?shù)目刂频裙δ堋＝�年�?lái)對(duì)大型帶式輸送機(jī)的研制，除了提高輸送帶的強(qiáng)度外，主要是研制大型帶式輸送機(jī)的控制傳動(dòng)裝置系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外均采用各種軟起動(dòng)作為關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)上述功能，而且可控驅(qū)動(dòng)裝置的性能已成為了帶式輸送機(jī)技術(shù)是否先進(jìn)的標(biāo)志之一。其中CST可控起動(dòng)傳輸系統(tǒng)是最為理想的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用在大型帶式輸送機(jī)上的理想驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。
    (1)可控軟起動(dòng)的形式及性能比較
    能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)的設(shè)備可分為兩種型式，即電氣式和機(jī)械式。電氣式主要設(shè)備有交流變頻調(diào)速裝置、晶閘管軟啟動(dòng)器等；機(jī)械式主要設(shè)備有調(diào)速型液力偶合器、叫離合器、CST等。綜合其應(yīng)用情況分析，各有特點(diǎn)，如表1所示。
    通過(guò)表1性能比較，CST系統(tǒng)是起動(dòng)性能最好的一種可控軟驅(qū)動(dòng)裝置。
    (2)應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)分析
    以平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦戊一三水平暗主斜井膠帶輸送機(jī)為例，在設(shè)計(jì)方案時(shí)我們對(duì)常用的幾種軟起動(dòng)方式進(jìn)行了對(duì)比分析，如表2所示。
    通過(guò)表2可以看出，使用CST后，雖然CST自身的價(jià)格比其它高出很多，但整機(jī)價(jià)格基本持平，而且大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，有著優(yōu)異的運(yùn)行價(jià)格比：
    ①輸送帶的初張力大大降低，膠帶強(qiáng)度等級(jí)降低，膠帶的費(fèi)用降低1/4左右，膠帶更換每年平均節(jié)約約31. 328萬(wàn)元，使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。
    ②裝機(jī)功率大大減少，降低了耗電量，每年可節(jié)約電費(fèi)29.4萬(wàn)元。  ，
    ③元部件如滾筒、機(jī)架等規(guī)格小型化、通用化，重量減輕，簡(jiǎn)化了零部件的加工制造，方便了運(yùn)輸、安裝及維修，節(jié)約了資金；由于體積大大減小，峒室開(kāi)挖量相應(yīng)減小，減少了相應(yīng)的施工工作量和施工難度，減少了土建費(fèi)用。同時(shí)元部件的受力狀況得到改進(jìn)，提高了壽命和可靠性。
    ④減低了對(duì)電控的要求，減少了整機(jī)的電控費(fèi)用。
    根據(jù)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率、高速度帶式輸送機(jī)的要求，為了提高產(chǎn)品檔次、技術(shù)性能以及經(jīng)濟(jì)性等，考慮CST優(yōu)異的性能價(jià)格比，使用壽命達(dá)15 - 20年，不需備件，可用性系數(shù)超過(guò)98%，維護(hù)費(fèi)低，停機(jī)造成的損失低等優(yōu)點(diǎn)，最終采用了CST可控傳輸系統(tǒng)作為該機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
    (3)CST的主要結(jié)構(gòu)、工作原理
    CST裝置是美國(guó)道奇公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)為帶式輸送機(jī)研制的一種驅(qū)動(dòng)裝置，它是將行星齒輪減速器的內(nèi)齒圈與濕式摩擦離合器組合而成，通過(guò)比例閥及控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)與功率平衡，調(diào)節(jié)精度達(dá)98%以上，是一種典型的集機(jī)、電、液、微電子為一體的高科技技術(shù)產(chǎn)品。主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、油泵站系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由行星齒輪減速器，線形濕式離合器，液壓控制系統(tǒng)組成。利用離合器中主、被動(dòng)件之間的油膜剪切作用來(lái)傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)主、被動(dòng)軸的同步運(yùn)行和無(wú)級(jí)調(diào)速，并對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)具有過(guò)載保護(hù)功能。而且可以利用電液控制，通過(guò)改變摩擦片之間的油膜厚度，對(duì)輸出軸的速度和傳遞的扭矩進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸的無(wú)級(jí)調(diào)速。
    監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容主要有：油箱溫度，冷卻液的流量或壓力，離合器溫度，潤(rùn)滑油的壓力，離合器組件液壓壓力，輸入速度和電網(wǎng)頻率，輸送帶速度、輸送帶運(yùn)行張力等。監(jiān)視輸入速度和電網(wǎng)頻率可通過(guò)電機(jī)的滑差近似得到電機(jī)功率，采用串聯(lián)式PID控制器控制各驅(qū)動(dòng)裝置速度及輸出力矩，實(shí)現(xiàn)功率平衡，在較低速度下，也能實(shí)現(xiàn)精確的力矩控制。電氣監(jiān)控系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)跟蹤起、制動(dòng)特性曲線，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、信號(hào)、故障保護(hù)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，各驅(qū)動(dòng)器的輸出控制；單機(jī)自動(dòng)化、單機(jī)檢修慢速運(yùn)行，單機(jī)手動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)采用人機(jī)界面，大屏幕觸摸式顯示屏，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示運(yùn)行畫(huà)面，可軟件修改的觸模式開(kāi)關(guān)，便于調(diào)試、操作，軟件設(shè)備多級(jí)保密，便于管理。
    采用CST可控軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，可大大改善整機(jī)運(yùn)行性能，有較好的經(jīng)濟(jì)性，具有如下特點(diǎn)：
    ①電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。具我們觀察，560KW的主電機(jī)起動(dòng)電流僅在1秒鐘之內(nèi)即降至額定電流。雙電機(jī)又分時(shí)段起動(dòng)，大大降低了起動(dòng)電流，既有利于電機(jī)又利于電網(wǎng)。在運(yùn)行中如需暫短停機(jī)，可以只停膠帶，而不停電機(jī)，減少了電機(jī)頻繁起動(dòng)的次數(shù)，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。
    ②加速度和減速度的斜率平緩，改善了膠帶起動(dòng)和停止的張力沖擊，因?yàn)槠饎?dòng)加速時(shí)間足夠長(zhǎng)（起動(dòng)時(shí)間在0-120秒之內(nèi)可調(diào)），減速度小于自然減速度，所以起動(dòng)、運(yùn)行、停止非常的平穩(wěn)，這樣就大大降低了運(yùn)輸機(jī)對(duì)膠帶強(qiáng)度的要求，既保證了膠帶運(yùn)行的安全性，又完成了膠帶選型的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，膠帶在加速或停機(jī)時(shí)沒(méi)有滑動(dòng)損失，減小了膠帶的損傷和各傳動(dòng)部位的磨損。
    ③雙電機(jī)拖動(dòng)，能夠隨時(shí)平衡其功率，雖然兩臺(tái)CST在運(yùn)行中有主次之分，但兩臺(tái)電機(jī)的出力始終是一致的，電流差值一般情況在士1A。另外，在礦井開(kāi)采初期或小負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，可以單臺(tái)替換運(yùn)行，以減少電耗。
    ④在主站的控制下，自成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)、保護(hù)設(shè)施齊全、可靠，操作方便、故障易判斷。CST電器控制柜上設(shè)有一微機(jī)顯示觸摸屏，它可以顯示二十幾幅信息欄，有膠帶開(kāi)動(dòng)屏、膠帶運(yùn)行屏、膠帶故障屏、膠帶控制屏、CST報(bào)警信號(hào)屏、CST跳閘信號(hào)屏等。對(duì)膠帶的起動(dòng)、運(yùn)行、停止全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)、調(diào)整。一般情況下，CST均處在自動(dòng)狀態(tài)之下，開(kāi)車(chē)、運(yùn)行、停機(jī)只受主站的控制，不需要任何操作，值班人員只對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行觀察記錄即可。另外，還有一些故障因其危害性小，暫時(shí)運(yùn)行無(wú)危險(xiǎn)，CST便自動(dòng)報(bào)警提醒，故障的性質(zhì)可以由報(bào)警信號(hào)中獲得。
    ⑤可以慢速運(yùn)行，完成驗(yàn)帶檢查工作，膠帶慢動(dòng)速度由10%-50%可調(diào)，方便、靈活、實(shí)用。
    ⑧CST各部軸承溫度的檢測(cè)可以通過(guò)檢測(cè)潤(rùn)滑油的溫度實(shí)現(xiàn)，潤(rùn)滑油的溫度可直接由運(yùn)行顯示屏上得到。運(yùn)行顯示屏還顯示有主電機(jī)電流、輸出速度、膠帶速度、冷卻油壓、離合器壓力、PCV壓力閥等參數(shù)。
3.2拉緊裝置
    拉緊裝置主要有固定式、移動(dòng)式和自動(dòng)式三種形式，考慮到大型帶式輸送機(jī)距離長(zhǎng)，避免波動(dòng)現(xiàn)象，要實(shí)現(xiàn)張緊力的自動(dòng)實(shí)時(shí)控制等，必須選擇自動(dòng)拉緊裝置。液壓自動(dòng)拉緊裝置是近年來(lái)我國(guó)研制的一種新型自動(dòng)拉緊裝置，在帶式輸送機(jī)上迅速得到了推廣應(yīng)用。
    液壓自動(dòng)拉緊裝置可根據(jù)膠帶張力的需要任意調(diào)節(jié)起動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的拉緊力，可以使起動(dòng)時(shí)拉緊力比正常運(yùn)行時(shí)大1.4-1.5倍。響應(yīng)快，起動(dòng)時(shí)松邊突然松弛伸長(zhǎng)，油缸能立即回縮，及時(shí)補(bǔ)償膠帶的伸長(zhǎng)，對(duì)緊邊的沖擊小，使起動(dòng)平穩(wěn)可靠，避免或減少斷帶事故的發(fā)生。具有斷帶時(shí)自動(dòng)停止輸送機(jī)和打滑時(shí)自動(dòng)增加拉緊力等保護(hù)功能，可與集控裝置連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等。
3.3制動(dòng)裝置
    由于大型帶式輸送機(jī)的逆止（制動(dòng)）力矩較大，為了可靠、安全，一般采用NJ型低速大扭距逆止器和盤(pán)閘式軟制動(dòng)裝置，直接安裝在傳動(dòng)滾筒端，以防止帶式輸送機(jī)倒轉(zhuǎn)和滿足制動(dòng)需要。
3.4中間機(jī)身
    大型帶式輸送機(jī)具有距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、速度高等特點(diǎn)，中間機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與普通膠帶機(jī)有所區(qū)別。我們?cè)O(shè)計(jì)的中間機(jī)身有以下主要特點(diǎn)：①承載托輥組為固定架托輥組，使機(jī)身穩(wěn)定可靠；②槽形托輥組采用“品”字形，中托輥與側(cè)托輥不在同一軸線上，交錯(cuò)布置，減小托輥間隙，避免劃傷輸送帶，易于更換輥?zhàn)樱虎弁休伣M與中間架之間，中間架與支腿之間采用無(wú)螺栓連接，拆卸安裝方便，可實(shí)現(xiàn)快速安裝，提高拆裝效率；④為防止輸送帶跑偏，承載托輥組增設(shè)前傾和調(diào)心托輥組，回程托輥組采用V形前傾和調(diào)心托輥組；⑤在滿足承載能力的前提下，采用較大直徑的輥?zhàn)樱�以延長(zhǎng)使用壽命。
4、結(jié)語(yǔ)
    我們采用CST軟起動(dòng)裝置、液壓自動(dòng)拉緊裝置、大扭矩低速逆止器和盤(pán)閘制動(dòng)器等關(guān)鍵技術(shù)以及特殊的中間機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的多條大型帶式輸送機(jī)，在煤礦井下均得到了良好的應(yīng)用，克服了大型帶式輸送機(jī)存在的問(wèn)題，滿足了用戶的要求，具有較好的技術(shù)性能和優(yōu)異的運(yùn)行一經(jīng)濟(jì)價(jià)格比，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。