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1、概述
    為了解決綜采工作面刮板輸送機(jī)在啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊問題，目前，國內(nèi)外3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)所采用的軟啟動技術(shù)主要有：德國DBT公司生產(chǎn)的可控傳動系統(tǒng)(簡稱CST)，屬于液粘傳動技術(shù)；法國VOITH公司閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器(簡稱TTT)，屬于液力傳動；變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī)，簡稱變頻電動機(jī)；國內(nèi)太原惠特科技公司研制的QJR-350/3.3 S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟啟動器。這些軟啟動器在國內(nèi)外不同條件下3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)上都得到了應(yīng)用，也取得了顯著的應(yīng)用效果。本文根據(jù)刮板輸送機(jī)軟啟動的基本要求，對各類軟啟動器的工作原理、功能應(yīng)用和使用維護(hù)情況進(jìn)行了較全面的分析，以尋求3.3 kV供電的礦用刮板輸送機(jī)軟啟動技術(shù)的發(fā)展方向。
2、礦用刮板輸送機(jī)對軟啟動的要求分析
2.1消除啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊
    刮板輸送機(jī)的傳動系統(tǒng)為錨鏈傳動系統(tǒng)，系統(tǒng)的彈性較小，停車時(shí)，傳動系統(tǒng)的各處（如齒輪之間、鏈條鏈輪之間，鏈環(huán)之間和花鍵之間）都存在著大小不等的間隙，在啟動時(shí)如果在傳動系統(tǒng)尚未張緊之前就施加大轉(zhuǎn)矩啟動，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械沖擊，引發(fā)斷鏈、打齒、滾鍵和加劇磨損等一系列機(jī)械故障，影響正常生產(chǎn)。
    3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率一般在1050～4500 kW之間，單電機(jī)功率在525～1500 kW。在直接啟動電動機(jī)時(shí)，不論負(fù)載大小都會產(chǎn)生6--8倍額定電流的大電流沖擊過程，對電網(wǎng)產(chǎn)生強(qiáng)大的電網(wǎng)沖擊，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，特別是在頻繁啟動時(shí)極易燒毀電氣元件，影響正常生產(chǎn)。
    消除刮板輸送機(jī)啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊是礦用軟啟動器必須解決的問題，也是最基本的要求。
2.2解決滿載難啟動問題
    綜采工作面刮板輸送機(jī)由于受運(yùn)輸系統(tǒng)、地質(zhì)條件和其它設(shè)備等諸多因素的影響，存在停機(jī)的隨機(jī)性，因片幫、漏頂?shù)纫蛩仉S時(shí)都有滿載啟動的情況，適應(yīng)頻繁啟動、解決難啟動問題是對軟啟動器的又一個重要要求。
    3.3 kV電壓等級的礦用電動機(jī)一般為雙鼠籠特制電機(jī)，其啟動力矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的1.8—2.2倍。充分利用礦用電動機(jī)的啟動能力，在刮板
輸送機(jī)滿載情況下克服靜摩擦阻力向動摩擦的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)順利啟動是解決刮板輸送機(jī)滿載難啟動的重要技術(shù)手段。
2.3系統(tǒng)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，易維護(hù)
    刮板輸送機(jī)的傳動系統(tǒng)都處于工作面機(jī)頭、機(jī)尾的三角區(qū)；其礦壓顯現(xiàn)明顯，是碎煤、碎矸的集中涌集區(qū)；支架下方的空間非常有限，各種輔件都極易損壞；此外作業(yè)空間有限，設(shè)備的工作環(huán)境惡劣。所以要求傳動部電動機(jī)傳動軸方向盡可能短；機(jī)頭、機(jī)尾傳動系統(tǒng)應(yīng)簡單，以減少不必要的故障點(diǎn)；運(yùn)行要穩(wěn)定可靠，最少具有可靠采出一個工作面的無故障壽命；即使產(chǎn)生故障也極易維護(hù)。綜采放頂煤后部輸送機(jī)對軟啟動器的這些要求會更為突出。這是綜采面三角區(qū)對設(shè)備適應(yīng)性的重要要求。
3、各類軟啟動器的使用現(xiàn)狀分析
3.1 CST的工作原理及使用和維護(hù)情況
3.1.1 工作原理
    CST由減速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和液粘傳動系統(tǒng)等組成。內(nèi)裝一套行星差速傳動系統(tǒng)，由摩擦片控制內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動，摩擦片間通過剪切油膜傳遞扭矩。當(dāng)動摩擦片和靜摩擦片分離時(shí)，內(nèi)齒圈處于自由狀態(tài)，減速器無輸出轉(zhuǎn)速；當(dāng)動、靜摩擦片壓緊時(shí)，內(nèi)齒圈處于固定狀態(tài)，減速器按定比傳動輸出轉(zhuǎn)速；控制動摩擦片和靜摩擦片之間的壓力，使摩擦片間滑動，則可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)軟啟動。
3.1.2啟動與輸出轉(zhuǎn)矩建立過程
    當(dāng)啟動刮板機(jī)輸送時(shí)，先啟動電動機(jī)。首先放開動、靜摩擦片，使行星差速傳動的內(nèi)齒圈自由，減速器無輸出轉(zhuǎn)速，電動機(jī)空載直接啟動。多機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的分時(shí)啟動，對電網(wǎng)供電能力要求低，但電動機(jī)的瞬間啟動電流達(dá)到6—8倍的額定電流，對電網(wǎng)仍有沖擊。
    每個電動機(jī)啟動后，再啟動刮板輸送機(jī)。控制靜、動摩擦片的油缸逐步給摩擦片加壓，減速器的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩逐步增加，按時(shí)間控制消除刮板輸送機(jī)傳動間隙，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的啟動；此時(shí)利用的是電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，而非啟動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，摩擦片之間打滑、摩擦發(fā)熱，啟動就會失敗。否則正常啟動成功。由于冷卻系統(tǒng)的限制，不能長期低速運(yùn)行。
    因電動機(jī)的功率可平衡，動摩擦片和靜摩擦片的壓力不等，所以鏈輪軸上的功率不平衡，其不平衡度為士18%。
3.1.3使用和維護(hù)情況
    系統(tǒng)可靠性高，故障很少，是進(jìn)口設(shè)備的特點(diǎn)，但運(yùn)行費(fèi)用較高（每半年需更換一次進(jìn)口液力傳動油壓油，約5萬元，每一年應(yīng)更換一次進(jìn)口摩擦片，約10萬元），系統(tǒng)復(fù)雜，管理維護(hù)相當(dāng)困難，特別不適合于綜采放頂煤后部輸送機(jī)的使用。
3.2TTT的工作原理及使用和維護(hù)情況
3.2.1 工作原理
    閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器由液力偶合器、水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、水軟化與水過濾系統(tǒng)等組成。電動機(jī)帶動偶合器內(nèi)的泵輪轉(zhuǎn)動，從而帶動內(nèi)腔的水旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的水推動透平輪轉(zhuǎn)動，從而輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。當(dāng)偶合器內(nèi)無液體時(shí)，透平輪不旋轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)速為零。當(dāng)偶合器中的液體達(dá)到額定充液量時(shí)，輸出額定的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。不同的充液量則會產(chǎn)生不同的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，由此實(shí)現(xiàn)軟啟動。
3.2.2啟動與輸出轉(zhuǎn)矩的建立過程
    當(dāng)啟動刮板輸送機(jī)時(shí)，先啟動電動機(jī)。偶合器內(nèi)無液體，偶合器無輸出轉(zhuǎn)速，電動機(jī)空載直接啟動，多電機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的分時(shí)啟動，對電網(wǎng)供電能力要求低，但電動機(jī)的順序直接啟動時(shí)，電流仍然很大，仍存在電網(wǎng)沖擊。
    每個電機(jī)啟動后，再啟動刮板輸送機(jī)。按時(shí)間控制逐步向液力偶合器內(nèi)充液，直至輸出額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的啟動。此時(shí)利用的是電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，而非啟動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，偶合器內(nèi)泵輪與透平輪之間的滑差不斷增加而發(fā)熱，造成啟動失敗；否則正常啟動成功。由于受冷卻系統(tǒng)的限制，不能長期低速運(yùn)行。
    電動機(jī)的功率不平衡度為35%，該值為調(diào)整充液量的判斷值。
3.2.3使用和維護(hù)情況
    液力偶合器的主要故障來源于因發(fā)熱的水在系統(tǒng)中產(chǎn)生水垢，影響各液壓件的正常工作，需要定期進(jìn)行處理。一般礦方不能維護(hù)，需由專業(yè)廠維修，修理費(fèi)用每臺25萬元左右，大修周期一年半。
    由于系統(tǒng)過于復(fù)雜，運(yùn)行中受水質(zhì)影響故障較多，可靠性偏低，井下維護(hù)困難較大，特別不適合綜采放頂煤后部刮板輸送機(jī)和地質(zhì)條件較差的前部刮板輸送機(jī)使用。
3.3可控硅雙速軟啟動器的工作原理及使用維護(hù)況
3.3.1工作原理
    QJR-350/3. 3S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟啟動器，由3.3 kV的可控硅調(diào)速系統(tǒng)與雙速開關(guān)組成。根據(jù)負(fù)載電流、電壓雙反饋，通過單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通角，根據(jù)工況需求，控制輸入電動機(jī)的電流與電壓，實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的軟啟動。
3.3.2啟動與輸出轉(zhuǎn)矩建立過程
    當(dāng)啟動刮板輸送機(jī)時(shí)，按照設(shè)定電流限定原則，使電動機(jī)緩慢達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩，此時(shí)對錨鏈傳動系統(tǒng)的間隙全部消除并張緊，隨后按照需要，增大電流，升高電壓。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的90%，克服刮板輸送機(jī)的靜摩擦阻力至動摩擦阻力，從而實(shí)現(xiàn)軟啟動；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，電動機(jī)帶動刮板輸送機(jī)正常加速啟動；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)90%的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)，啟動失敗，判為刮板輸送機(jī)堵轉(zhuǎn)而保護(hù)。可以充分利用礦用電動機(jī)的啟動能力。
    電動機(jī)為帶載啟動，電動機(jī)與刮板輸送機(jī)同時(shí)啟動，多機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)的電動機(jī)需同時(shí)啟動，對電網(wǎng)供電能力要求較高，但電動機(jī)的電流始終能得到控制，對電網(wǎng)沖擊小。
    在多電機(jī)同時(shí)啟動中，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在單片機(jī)的直接控制中，保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平衡。當(dāng)啟動結(jié)束后，旁路真空接觸器工作，無功率平衡功能，由異步電動機(jī)自動平衡。
3.3.3使用和維護(hù)情況
    系統(tǒng)全部由電氣元件組成，電動機(jī)與減速器之間采用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接即可，軟啟動器放置于設(shè)備列車上，無任何外圍輔助系統(tǒng)，具有軟啟動器與雙速開關(guān)的一切功能，具有多種軟啟動方式和多種控制方式，關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口元器件，模塊化設(shè)計(jì)布置。近年來在井下的批量使用表明，軟啟動器占用空間小，性能穩(wěn)定可靠，使用維護(hù)方便，可滿足
3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)的啟動、控制要求。
3.4變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī)
    把變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī)，作為
3.3 kV刮板輸送機(jī)的啟動和拖動設(shè)備，通過改變電動機(jī)的輸入頻率來改變電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，在我國已引進(jìn)使用。
    變頻器本身具有啟動過程的調(diào)速功能和運(yùn)行過程中的調(diào)速功能，適應(yīng)變速運(yùn)行設(shè)備的調(diào)速控制，但在刮板輸送機(jī)上只用其軟啟動功能。
    由于受體積的限制無法安裝變頻器進(jìn)線側(cè)消除諧波的設(shè)備，極易造成電網(wǎng)污染；若無有效的解決辦法，不宜大量推廣使用；剛剛投入市場使用，價(jià)格昂貴。
4、結(jié)論
    (1)可控傳動系統(tǒng)(CST)，屬于液粘傳動的軟啟動器；電動機(jī)可以空載啟動，可以有效地消除機(jī)械沖擊，降低電網(wǎng)沖擊；在難啟動時(shí)只能利用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，否則為過載運(yùn)行不可長時(shí)低速運(yùn)行，電動機(jī)功率可平衡，鏈輪軸功率不平衡；配有獨(dú)立的液壓、冷卻、電控等輔助系統(tǒng)，進(jìn)口價(jià)格昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，使用維護(hù)困難。可適應(yīng)于
3.3 kV刮板輸送機(jī)啟動使用。
    (2)閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器(TTT)，屬于液力傳動的調(diào)速設(shè)備；電機(jī)可空載啟動，可以有效地消除機(jī)械沖擊，降低電網(wǎng)沖擊；在難啟動時(shí)，只能利用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，否則為過載運(yùn)行；不可長時(shí)低速運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)功率平衡；配有獨(dú)立的液力泵站、冷卻、電控、水軟化和水凈化等輔助系統(tǒng)，進(jìn)口價(jià)格昂貴，系統(tǒng)太復(fù)雜，使用維護(hù)困難，大修周期短。可用于前部刮板輸送機(jī)的使用，不適用于綜采放頂煤后部刮板輸送機(jī)。
    (3)可控硅雙速軟啟動器，屬于電氣傳動軟啟動器；電機(jī)帶載啟動，可以有效地消除機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊；在難啟動時(shí)，可達(dá)到90%的電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，啟動能力強(qiáng)；只有啟動過程的調(diào)速運(yùn)行，不能在某一低速下運(yùn)行；在啟動過程中可實(shí)現(xiàn)功率平衡，運(yùn)行中無功率平衡功能；占用空間小，系統(tǒng)簡單，使用維護(hù)方便，可靠性和適應(yīng)性很高，不受地質(zhì)條件與配套條件的限制。可適應(yīng)于各種3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)的調(diào)速啟動與控制。
    (4)世界煤礦機(jī)械的調(diào)速都經(jīng)歷了由機(jī)械、液壓調(diào)速，發(fā)展到液力、液粘調(diào)速，最后發(fā)展為電氣傳動調(diào)速。3.3 kV刮板輸送機(jī)啟動技術(shù)也必然發(fā)展為電氣傳動技術(shù)，這是煤礦追求性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、使用維護(hù)方便的目標(biāo)而確立的技術(shù)發(fā)展方向。

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