皮帶輸送機(jī)軟起動方式的理論分析及比較

皮帶輸送機(jī)軟起動方式的理論分析及比較：

      通過對皮帶式輸送機(jī)起動和停車的描述，剛性起動條件下帶式輸送機(jī)張力分析和剛性制動條件下帶式輸送機(jī)受力分析，說明了皮帶式輸送機(jī)軟起動的優(yōu)點(diǎn)。并對皮帶式輸送機(jī)的幾種軟起動方式進(jìn)行了比較。
    皮帶式輸送機(jī)的軟起動是指在驅(qū)動電機(jī)起動后，通過一些裝置或設(shè)置，使帶式輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速 度由零可控平緩過渡到理論運(yùn)轉(zhuǎn)速度的一種起動方式。常見的軟起動方式有：電機(jī)+限矩型 液力偶合器+減速機(jī)的柔性連接方式；電機(jī)+調(diào)速型液力偶合器+減速機(jī)的柔性連接方式；CST (美國Rockwell Dodge公司生產(chǎn))可控起動方式。
　　平朔安家?guī)X露天煤礦選煤廠是年入洗能力1500萬t的特大型選煤廠，采用的帶式輸送機(jī)數(shù) 量較多，運(yùn)輸量大，運(yùn)輸距離長，寬度最大可達(dá)到2200mm，運(yùn)輸量最大達(dá)到5000t/h，對于 這樣的帶式輸送機(jī)，以前遇到較少，必須從理論上對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、受力狀況等做 詳細(xì)的分析，才能保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

　　一、　帶式輸送機(jī)起動和停車的狀態(tài)描述
　　帶式輸送機(jī)起動和停車時，如果要保證物料在膠帶上不打滑，起動時物料與膠帶的磨擦力F 2與物料沿膠帶方向的重力分力F１之差應(yīng)大于等于帶式輸送機(jī)啟動時動負(fù)荷ma１的要 求，停車時物料與膠帶的磨擦力F２與物料沿膠帶方向的重力分力F１之和應(yīng)大于等于 起動時動負(fù)荷ma２的要求，即滿足：
　　　ma１≤F２-Ｆ１　　　?、侏?br />　　　ma2≤F２+Ｆ１　?、讵?br />　　式中：　Ｆ１＝mgsinα；
　?。篇?＝mgu1cosα；　
　?。篇?-Ｆ１＝m(a1a2)；
　　α——帶式輸送機(jī)的傾角；
　　U1——物料與膠帶間磨擦系數(shù)；
　　a1、a2——起動和停車時的加速度。
　　由式①、②可以得出：　
　　　α≤sin１　u/(1+U１２)１／２　　-si n１　　a１/g(1+U１２)１／２　?、郦?br />　　　α≤sin１　　　u/(1+U１２)１／２　　- sin１　　a2/g(1+U１２)１／２　　?、塥?　
　　對于運(yùn)輸不同的物料，帶式輸送機(jī)所允許的輸送傾角是不同的。由式③、④可以得出這樣的 結(jié)論：(1)在起、制動過程中，如果降低起、制動時的加速度a1、a2，即采用軟起 動的方式，就能增大帶式輸送機(jī)在剛性起、制動條件下所允許的最大傾角，這一點(diǎn)在帶式輸 送機(jī)設(shè)計中有很重要的價值，可以在相同的提升高度情況下，減少帶式輸送機(jī)的水平運(yùn)輸距 離。(2)以較低的加速度起、制動，帶式輸送機(jī)就能達(dá)到較高的帶速而不打滑，同樣的帶式 輸送機(jī)會有更大的輸送能力。

　　二、　剛性起動條件下帶式輸送機(jī)張力分析　
　　在帶式輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，圓周驅(qū)動力Fu通過磨擦傳遞到輸送帶上，為了保證輸送帶工 作時不打滑，需在回程膠帶上保持最小張力F２min。
　　Ｆ2min≥Ｆumax/(eu-1)　　⑤
　　式中：Ｆ2min——負(fù)荷起動最大圓周驅(qū)動力；
　?、J——傳動滾筒的圍包角；
　　eu——尤拉系數(shù)；
　　u——傳動滾筒與膠帶間磨擦系數(shù)。
　　Ｆumax=Ｆu＋Ｆa　?、蕺И?br />　　　　Ｆu——穩(wěn)定運(yùn)行工況圓周驅(qū)動力；
　?。篇璦——負(fù)荷起動時由加速度而產(chǎn)生的動負(fù)荷。
　?。篇璦=(m1+m2)a1
　　m1——直線運(yùn)動部分的質(zhì)量；
　　m2——旋轉(zhuǎn)部件的運(yùn)動慣量轉(zhuǎn)換為傳動滾筒上直線運(yùn)動的質(zhì)量。
　　式⑥可簡化為：
　　Ｆumax=Ka·Fu　　⑦
　　　　Ka——起動系數(shù)
　　剛性起動條件下，Ka取22，用液力偶合器的柔性連接Ka取13～17，用CST可 控起動方式Ka取105。
　　由上述分析可以得出，采用軟起動的連接方式后，最大圓周驅(qū)動力可大幅度降低。
　　(1)改善了皮帶起動和停車時對減速機(jī)、滾筒及其他轉(zhuǎn)動部件的張力 沖擊，使日常維修費(fèi)用減少，提高工作效率和延長使用壽命。(2)大大降低了對膠帶強(qiáng) 度的要求。在安全系數(shù)不變的情況下，對于棉帆布帶、尼龍 帆布帶、聚酯帆布帶，均可以減少膠帶的層數(shù)，對于鋼絲繩膠帶，可以降低其縱向拉伸強(qiáng)度 ；在不改變膠帶的情況下，提高了膠帶的安全系數(shù)。(3)沒有滑動損失，減少了膠帶的損 傷和各傳動部 分的磨損。(4)解決了長距離帶式輸送機(jī)慣量大，起動困難的問題，又可以使傳動滾筒的圍 包角大幅減小，變雙驅(qū)動方式為單驅(qū)動方式成為可能。

    三、　剛性制動條件下帶式輸送機(jī)受力分析　
　　按照動力學(xué)的分析方法，帶式輸送機(jī)是一個彈性體，我們可以把它模擬為一個質(zhì)量——彈簧 系 統(tǒng)。我們假設(shè)一種狀況：一條運(yùn)輸距離較長、帶負(fù)荷的帶式輸送機(jī)，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)突然制動時 ，我們對它的受力狀況進(jìn)行分析。傳動滾筒的速度迅速降低，在這段時間內(nèi)，滾筒的線位 移較滾筒附近上游膠帶位移要小，從而使上游附近膠帶變形減小，應(yīng)力減小，而下游鄰近處 膠帶變形則增加，應(yīng)力增加，隨著這種不平衡區(qū)域的逐漸擴(kuò)大，這種應(yīng)力波在帶式輸送機(jī)中 傳播，應(yīng)力增加的波在回程膠帶中傳播，而應(yīng)力減少的波在幅度小于某一區(qū)域的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力時 ，膠帶應(yīng)力降低，皮帶下垂增加，這樣就會使膠帶在這一區(qū)域陷入托輥，使輸送物料撒落在 膠帶周圍及托輥中，對托輥造成損傷，有可能撕裂膠帶，再次起動帶式輸送機(jī)時須清理周圍 的物料。在應(yīng)力減少的波進(jìn)入回程膠帶時，會使拉緊裝置突然拉長，所產(chǎn)生的巨大拉力對膠 帶、逆止器、滾筒、驅(qū)動裝置造成損害，如果要使這種狀況得到好轉(zhuǎn)，最有效的辦法是使拉 緊裝置后移到靠近頭部滾筒，從皮帶的受力狀況分析可知，拉緊裝置靠近頭部滾筒附近受力 量小，也就是說需要拉緊膠帶所用配重量少，是比較合理的位置。即使如此處理，也不能解 決帶式輸送機(jī)儲存量快速釋放對其部件造成的嚴(yán)重?fù)p害。把起動時能量儲存減到最小，把停 車時的能量釋放盡可能的放慢，是我們使用軟起動所要達(dá)到的目的。

　　四、　皮帶式輸送機(jī)使用軟起動后其它特性　
　　(1)解決過載保護(hù)問題。當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸量某一段時間內(nèi)過載時，無論是液力偶合器的柔 性方式還是CST可控起動方式，均可以不通過電氣保護(hù)而自身達(dá)到過載保護(hù)的功能。
　　(2)解決多極驅(qū)動的順序起動、均衡負(fù)荷、同步傳動問題。首先由于液力偶合器具有柔性傳 動、自動適應(yīng)和過載保護(hù)功能，故可以利用液力偶合器對多極驅(qū)動進(jìn)行順序起動，降低起動 電流對電網(wǎng)的沖擊。其次，可以通過調(diào)整液力偶合器的充液量和利用液力偶合器的自適應(yīng)性 ，使多臺偶合器的輸出轉(zhuǎn)速一致，同步驅(qū)動，避免因電機(jī)輸出功率、轉(zhuǎn)速不一致而造成的損 失。
　　(3)采用軟起動的方式，可以降低帶式輸送機(jī)的功率，解決長距離帶式輸送機(jī)動負(fù)荷大、起 動困難的問題，用較小容量的電機(jī)在接近額定工況下工作，提高電機(jī)的功率因數(shù)，降低起動 電流和對電網(wǎng)的沖擊。

　　　　五、　皮帶式輸送機(jī)幾種軟起動方式的比較　
　　我們對三種軟起動方式進(jìn)行比較，他們之間的共同特點(diǎn)是：起動力矩小，起動平穩(wěn)，膠帶張 力降低，具有過載保護(hù)功能等。其不同點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個方面：
　　(1)多極驅(qū)動方面，CST比液力偶合器響應(yīng)快，平衡功率之間分配精度高。
　　(2)在傳動效率方面，CST比液力偶合器效率高。
　　(3)在起動穩(wěn)定性方面，CST可控起動的加速度最低可以達(dá)005m/s２，而液力 偶合器柔性起動的加速度一般控制在01～03m/s２，也就是說，CST[HJ].