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1、概述
隨著我國(guó)皮帶輸送機(jī)技術(shù)與國(guó)外設(shè)備的接軌，對(duì)皮帶機(jī)的啟動(dòng)方式越來越嚴(yán)格，皮帶輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)及設(shè)備的研究和應(yīng)用取得了快速進(jìn)展。采用合理的皮帶機(jī)啟動(dòng)方案能延長(zhǎng)皮帶機(jī)的使用壽命，同時(shí)還能夠提高輸送機(jī)的運(yùn)行效率，在皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)方案中，采用CST和變頻器作為軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)方案比較多。本文對(duì)可控傳輸系統(tǒng)和變頻技術(shù)在皮帶機(jī)上的應(yīng)用做了性能對(duì)比。
2、皮帶機(jī)概述
皮帶機(jī)也稱為膠帶輸送機(jī)，是目前我國(guó)礦井內(nèi)的主要煤炭輸送設(shè)備，在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用。皮帶機(jī)按照運(yùn)輸能力可分為重型和輕型皮帶機(jī)兩種，按照其固定方式可分為固定式和移動(dòng)兩種，皮帶機(jī)的控制方式上，有連續(xù)、間斷和變速輸送等多種控制方式。皮帶機(jī)在布置安裝的時(shí)候，目前有水平和傾斜兩種，在煤礦井下運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，皮帶機(jī)可采用凸弧段、凹弧段與直線段組合的輸送形式。
3、可控啟動(dòng)傳輸裝置在皮帶機(jī)中的應(yīng)用
3.1CST可控啟動(dòng)傳輸裝置控制器
CST可控啟動(dòng)傳輸控制裝置(CST)由多極齒輪減速機(jī)、離合器和液壓控制組成，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，目前，皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式中，多采用一臺(tái)電機(jī)匹配一個(gè)可控啟動(dòng)傳輸控制裝置，有些皮帶機(jī)也可能會(huì)出現(xiàn)可控啟動(dòng)傳輸控制裝置和多個(gè)電機(jī)進(jìn)行匹配。通過控制液壓的大小來控制離合器的變化。由于驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)負(fù)載來選擇，而不必運(yùn)行開始根據(jù)選擇的負(fù)載，所以CST驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以選用功率較小的電機(jī)。
3.2CST可控傳輸裝置功能的特點(diǎn)
(1)所述CST的啟動(dòng)負(fù)荷錢，所述電機(jī)可空載啟動(dòng)，此時(shí)CST的輸出軸不動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)滿轉(zhuǎn)速的時(shí)候，所述CST輸出扭矩通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，每臺(tái)離合器上的液壓壓力變化，在這個(gè)時(shí)候，皮帶機(jī)啟動(dòng)，可加速至滿速狀態(tài);(2)所述皮帶機(jī)在加速至滿速度，能夠保持緩慢勻速的過程，不會(huì)產(chǎn)生急停等問題;(3)所述CST可控傳輸裝置的加速時(shí)間，能夠在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整，以適用不同的電機(jī);(4)所述皮帶機(jī)在控制的時(shí)候，可一機(jī)一驅(qū)，也可以多機(jī)多驅(qū)，控制方式較為靈活;(5)所述CST可控傳輸裝置啟動(dòng)時(shí)，可空載啟動(dòng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的沖擊力較小;(6)所述CST可控傳輸裝置啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行，因此可選擇功率較小的電機(jī);(7)所述CST可控傳輸裝置停車控制，可以通過延長(zhǎng)停車時(shí)間來降低對(duì)皮帶的動(dòng)態(tài)沖擊力;(8)所述CST可控傳輸裝置多機(jī)多驅(qū)時(shí)，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分擔(dān)的負(fù)載相同。
4、變頻調(diào)速系統(tǒng)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用
4.1變頻調(diào)速系統(tǒng)
變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎控制裝置，在使用的時(shí)候，可以為電機(jī)提供變頻電源?，F(xiàn)有的生產(chǎn)機(jī)械，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，都為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)留有富余量來提高電機(jī)的可靠性。因此，電機(jī)在不能滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，雖然能夠達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求，但是多出的力矩會(huì)造成有功功率的損耗，進(jìn)而造成電能的浪費(fèi)。變頻調(diào)速系統(tǒng)利用其軟啟動(dòng)功能，將使啟動(dòng)電流從零開始，保證電流的最大值也不超過額定電流，能夠降低電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候?qū)﹄娋W(wǎng)的沖擊，同時(shí)能夠節(jié)省電能以及設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
4.2變頻器的功能特點(diǎn)
(1)變頻器可以用在所有帶電動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)比額定高5～6倍，不但會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，而且消耗較多的電量;(2)具有過負(fù)載能力，能在150%額定輸出下維持1分鐘;(3)變頻器零速運(yùn)行時(shí)，變頻的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于1.5倍額定轉(zhuǎn)矩;(4)在20%～100%的負(fù)載變化情況內(nèi)達(dá)到或超過0.95的功率因數(shù);(5)內(nèi)置功率平衡調(diào)節(jié)，可與各類變送器形成閉環(huán)控制系統(tǒng);(6)變頻器能夠有就地啟動(dòng)和停止的控制方式，同時(shí)也能夠配合PLC等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
5、CST與變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用對(duì)比
5.1CST可控傳輸裝置和變頻器的調(diào)速原理不同
CST可控傳輸裝置可通過改變油膜間距、控制液壓的大小來控制離合器的變化，繼而實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。CST可控傳輸裝置不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，不是電機(jī)調(diào)速裝置。變頻器的調(diào)速原理是通過為電機(jī)提供變頻電源，減少多出的力矩的有功功率的損耗，進(jìn)而節(jié)約電能的浪費(fèi)，變頻器本質(zhì)上是通過改變電源的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，因此變頻器是調(diào)速器。因此，相比較而言，變頻器的調(diào)速應(yīng)用更為穩(wěn)定，調(diào)速效果更好。
5.2CST可控傳輸裝置和變頻器的適用電機(jī)不同
CST可控傳輸裝置在使用皮帶機(jī)的時(shí)候，可一機(jī)一驅(qū)，也可以多機(jī)多驅(qū)，控制方式較為靈活。因此，其適用電機(jī)為異步鼠籠電機(jī)。變頻器由于其僅僅通過改變電源的輸出頻率進(jìn)行電機(jī)控制，因此其適用性較廣，異步鼠籠電機(jī)、同步機(jī)都能夠采用。因此，相比較而言，變頻器的應(yīng)用更為廣泛。
5.3CST可控傳輸裝置和變頻器的最佳調(diào)速范圍不同
CST可控傳輸裝置的最佳調(diào)速范圍為30%～70%，而變頻器的最佳調(diào)速范圍為0%～100%，因此，變頻器的最佳調(diào)速范圍更快、適用性更好。
5.4CST可控傳輸裝置和變頻器的啟動(dòng)方式不同
CST可控傳輸裝置是通過改變油膜間距、控制液壓的大小來控制離合器的變化。能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，但是不能實(shí)現(xiàn)過程控制。而變頻器則能夠根據(jù)皮帶的負(fù)載情況，通過改變電源的輸出頻率進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停和過程控制，因此，變頻器的啟動(dòng)方式能實(shí)現(xiàn)過程控制，啟動(dòng)方式更好。
5.5CST可控傳輸裝置和變頻器的控制方式不同
CST可控傳輸裝置能夠通過改變油膜間距來實(shí)現(xiàn)輸出力矩的調(diào)節(jié)，屬于開環(huán)控制，整個(gè)過程中，靠液壓進(jìn)行力矩的傳遞，中間環(huán)節(jié)較多。因此，其控制的精度較低，也影響控制效率，且在控制過程中，需進(jìn)行停車換油，因此會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。而變頻器則可以通過電氣的參數(shù)和CPU的運(yùn)算進(jìn)行控制，結(jié)合控制軟件，能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩精確、快速的控制，控制的精度高，控制效率也高。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雙閉環(huán)控制;變頻器運(yùn)行速度相對(duì)比CST可控傳輸裝置，較快變頻器是ms級(jí)，CST為s級(jí);變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)主從聯(lián)動(dòng)，使多臺(tái)電機(jī)的功率平衡。因此，變頻器的控制方式更好、效率更高。
5.6CST可控傳輸裝置和變頻器的停車方式不同
CST可控傳輸裝置，雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)軟停，但是其軟停不是實(shí)際意義上的軟停，下運(yùn)時(shí)重載停車須用CSB實(shí)現(xiàn)軟停，將能量消耗在油中。而變頻器車則有自由停車和變頻停車兩種，屬于真正意義上實(shí)現(xiàn)軟停車，不僅能解決下運(yùn)及緊急停車的問題，并將多余的能量回饋到電網(wǎng)。因此，變頻器的停車方式更好，能量消耗更低，屬于真正意義上的軟停，效率更高。
5.7CST可控傳輸裝置和變頻器的傳動(dòng)效率方式不同
CST可控傳輸裝置的傳動(dòng)屬于機(jī)械傳動(dòng)，在調(diào)速系統(tǒng)中增加了機(jī)械環(huán)節(jié)，所以，相比較變頻器，且傳動(dòng)較低，在90%左右。而變頻器由于使用電傳動(dòng)，中間環(huán)節(jié)少，故傳動(dòng)效率可達(dá)95%以上，因此變頻器的傳動(dòng)效率更高。
5.8CST可控傳輸裝置和變頻器多臺(tái)電機(jī)空載運(yùn)行方式不同
CST可控傳輸裝置的多臺(tái)電機(jī)空載運(yùn)行的時(shí)候，CST的調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)，CST速度輸出是一個(gè)固定值，短時(shí)有點(diǎn)調(diào)節(jié)，但不節(jié)能，無意義。而變頻器在電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，能有效地調(diào)節(jié)運(yùn)行速度(可以低頻運(yùn)行)，節(jié)能明顯。因此，采用變頻器效果更好。
5.9CST可控傳輸裝置和變頻器的穩(wěn)定性不同
CST可控傳輸裝置靠機(jī)械連接在電機(jī)和皮帶之間，穩(wěn)定性較差，一旦CST故障，整個(gè)系統(tǒng)都要停止，沒有辦法跨過CST運(yùn)行，雖然整個(gè)過程不受電壓限制，無諧波，但機(jī)械噪聲大，對(duì)工人影響較大。由于CST可控傳輸裝置較為復(fù)雜，因此，其故障率較高、穩(wěn)定性較低。而變頻器基本無故障，變頻器通過電氣回路連接，在緊急情況下可以通過旁路應(yīng)急，保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。因此，采用變頻器穩(wěn)定性更好。
5.10CST可控傳輸裝置和變頻器的節(jié)能不同
CST可控傳輸裝置，較為耗能，因此節(jié)能效果較差，而變頻器能在任意頻率下，只要電機(jī)轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，就能將多余的能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)能效果明顯，達(dá)30%以上，因此采用變頻器更為節(jié)能。
5.11CST可控傳輸裝置和變頻器的工程施工量不同
CST可控傳輸裝置，由于CST由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)四個(gè)部分組成，除電氣外，其他幾個(gè)部分龐大，故工程量較大，占地也大。而變頻器因能源單一，且模塊化柜體設(shè)計(jì)，故工程施工量較小。因此，采用變頻器成本較低。
6、結(jié)語
皮帶機(jī)上采用CST與變頻技術(shù)，經(jīng)過綜合對(duì)比，可以看出，性能較好的是變頻技術(shù)。在啟動(dòng)方式、傳動(dòng)效率、停車、穩(wěn)定性方面均具有突出的優(yōu)勢(shì)，變頻器能夠更好地解決電機(jī)失控的問題，降低故障的發(fā)生率，延長(zhǎng)皮帶機(jī)的壽命，且節(jié)能效果更好。因此，筆者認(rèn)為，皮帶機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)有的信息化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的低能耗運(yùn)行，隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，也將越來越多地替代現(xiàn)在的CST可控啟動(dòng)傳輸裝置。變頻調(diào)速技術(shù)在皮帶機(jī)上具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?
