0  引言
    晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦是2002年投產(chǎn)的高產(chǎn)高效現(xiàn)代化大型礦井，工作面采用長壁大采高綜采，工作面順槽長度在3 000m左右，順槽膠帶輸送機(jī)選用了澳大利亞ACE公司的1.4m帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了長距離、大運(yùn)量、高速度的要求。但是該輸送機(jī)價(jià)格昂貴、維護(hù)難度大、使用成本高。為此，集團(tuán)公司機(jī)電總廠根據(jù)引進(jìn)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，借鑒國內(nèi)帶式輸送機(jī)中先進(jìn)的液壓自動(dòng)張緊裝置以及澳大利亞ACE公司帶式輸送機(jī)先進(jìn)的控制理念，研制開發(fā)了滿足寺河礦井大采高工作面順槽運(yùn)輸要求的DSJ140/250/3×400可伸縮帶式輸送機(jī)。
1  主要技術(shù)參數(shù)
    DSJ140/250/3×400可伸縮帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：
    帶寬(mm)：    1400；
    運(yùn)量(t／h)：    2 500;
    帶速(m／s)：    3.5；
    功率(kW)：    3×400;
    機(jī)長(m)：    2 000;
    儲(chǔ)帶(m)：    20。
2 DSJ140/250/3×400可伸縮帶式輸送機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)
    該皮帶機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在其具有啟停速度可調(diào)的變頻軟啟動(dòng)裝置、可適時(shí)調(diào)節(jié)皮帶張力的液壓自動(dòng)張緊裝置以及可編程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
2.1  變頻軟啟動(dòng)裝置
    所謂軟啟動(dòng)是指機(jī)械系統(tǒng)即使是在滿載的工況下也能按照比較理想的速度逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)。就皮帶機(jī)而言，理想的啟動(dòng)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：①降低電機(jī)啟動(dòng)電流和縮短啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減少對(duì)其它在網(wǎng)電器設(shè)備的影響；②保證在啟動(dòng)過程中作用在機(jī)械設(shè)備上的啟動(dòng)沖擊量最小，從而延長減速器、膠帶等關(guān)鍵部件的使用壽命；③多驅(qū)動(dòng)功率平衡；④啟動(dòng)過程可控。
    由于輸送機(jī)在啟動(dòng)之前，輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動(dòng)可進(jìn)一步改善啟動(dòng)峰值張力作用。這樣，需要在啟動(dòng)開始階段加入時(shí)間延遲段，延遲段的速度一般取為設(shè)計(jì)帶速的10%。在延遲段內(nèi)，下垂皮帶被張緊，延遲段結(jié)束后，按最小加速度或最小沖擊的方式完成輸送機(jī)的啟動(dòng)過程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)張力。在實(shí)際研發(fā)過程中，通過分析，采用了Dodoge啟動(dòng)曲線作為該機(jī)的啟動(dòng)曲線。Dodoge最佳啟動(dòng)曲線見圖1。
    目前國內(nèi)煤礦井下用帶式輸送機(jī)常用的軟啟動(dòng)裝置為調(diào)速型液力偶合器，可通過調(diào)節(jié)工作腔液體的充滿度來改變輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，具有一定的軟啟動(dòng)功能和調(diào)速能力，但限于其傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)，調(diào)速型液力偶合器在軟啟動(dòng)的功能和性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。其缺點(diǎn)表現(xiàn)在：①其輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比通常不能高于97%，且存在較大的功率損失，發(fā)熱十分嚴(yán)重，顯著降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率；②電機(jī)的啟動(dòng)電流仍然較大（5倍～8倍的額定電流），因此電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)要受到嚴(yán)格限制，且其有效調(diào)速范圍較小，可控性也較差；③其體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，并且具有高速旋轉(zhuǎn)的大直徑部件，往往難以滿足對(duì)安裝空間有一定限制的應(yīng)用場合的需求。
    近年來，也有些皮帶機(jī)采用進(jìn)口CST減速器來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，但因其價(jià)格昂貴，也不是十分理想的軟啟動(dòng)裝置。
    變頻調(diào)速軟啟動(dòng)是通過改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的。從技術(shù)的角度來看，電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)大型機(jī)械設(shè)備軟啟動(dòng)和無級(jí)調(diào)速比較理想的方法之一。值得關(guān)注的是，變頻軟啟動(dòng)在低電壓、小功率方面應(yīng)用非常成功，己被大家所接受，但在大功率、高電壓情況下由于不能解決變頻器的散熱問題和價(jià)格問題而受到限制，特別是在煤礦井下這種特殊環(huán)境下，大功率、高電壓變頻技術(shù)的應(yīng)用尚是空白。晉煤集團(tuán)機(jī)電總廠在總結(jié)開發(fā)200kW變頻軟啟動(dòng)器的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用熱管技術(shù)解決了煤礦井下用大功率變頻器的散熱與隔爆等難題，開發(fā)了400kW變頻軟啟動(dòng)器，即QJZ - 400/1140BPR型變頻軟啟動(dòng)裝置。該裝置啟動(dòng)過程中可按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化自行調(diào)整電機(jī)工作電壓和頻率，輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)功率平衡。同時(shí)該裝置具有工頻、變頻切換功能，當(dāng)變頻器啟動(dòng)運(yùn)行到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻運(yùn)行退出，切換到工頻運(yùn)行，自身脫機(jī)。這樣不僅滿足了皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)特性要求，而且延長了變頻器中重要元件的使用壽命。
2.2膠帶自動(dòng)張緊系統(tǒng)
    在一部皮帶機(jī)的總成本中，膠帶成本占將近1/2，可見保護(hù)好膠帶、提高其使用壽命對(duì)于降低帶式輸送機(jī)綜合成本意義非常。為改善膠帶在啟動(dòng)及運(yùn)行過程中的狀態(tài)，除在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)用變頻軟啟動(dòng)技術(shù)外，在設(shè)計(jì)中采用了液壓自動(dòng)張緊技術(shù)對(duì)膠帶所受張力進(jìn)行適時(shí)控制。
    皮帶機(jī)在啟動(dòng)和正常運(yùn)行中的張力是不同的。即使在運(yùn)行過程中，由于載荷的變化和其它因素的影響張力亦不盡相同。在確保膠帶不打滑及滿足托輥間下垂度的前提下，為使膠帶始終保有最合理的張力，就必須使張緊裝置具備如下性能：①張緊力可根據(jù)膠帶的需要任意調(diào)節(jié)；②反應(yīng)要快，可根據(jù)需要及時(shí)響應(yīng)；③可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控。為實(shí)現(xiàn)以上功能，在皮帶機(jī)的某些部位設(shè)置傳感器，用以感知皮帶運(yùn)行中張力的變化，傳感器與PILC控制裝置連接。同時(shí)，在主驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒上均裝上測(cè)速傳感器。當(dāng)皮帶運(yùn)行過程中發(fā)生張力變化時(shí)，由控制器來控制相應(yīng)動(dòng)作，通過油缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)來調(diào)節(jié)皮帶張力，從而適應(yīng)負(fù)載隨時(shí)變化對(duì)張力的不同需求，使膠帶始終保有最合理的張力，以保證膠帶啟動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行安全可靠，同時(shí)可延長膠帶的使用壽命。因其是按實(shí)際運(yùn)行中的張力要求來設(shè)定壓力值的，所以膠帶保有的張力是比較合理的，這就保證了膠帶在滿足使用需要的前提下，始終處于一種輕松自然的狀態(tài)中。
2.3  自動(dòng)控制系統(tǒng)
    自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整部皮帶機(jī)的變頻軟啟動(dòng)、膠帶張緊裝置、KPZ盤式制動(dòng)器及PROMOS皮帶保護(hù)系統(tǒng)的集中控制，并將各種運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)通過觸摸屏顯示出來，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，使操作者更為直觀地監(jiān)測(cè)到皮帶機(jī)的運(yùn)行狀況。當(dāng)發(fā)生故障后，能迅速判斷出是哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題，以便及時(shí)排查。圖2為電氣控制系統(tǒng)圖。
3結(jié)語
    DSJ1401250/3×400型可伸縮帶式輸送機(jī)己于2003年底研發(fā)成功，到目前為止，己為寺河礦提供6部，井下使用效果良好，完全達(dá)到了國產(chǎn)化的要求。為晉煤集團(tuán)節(jié)省了進(jìn)口設(shè)備資金．同時(shí)也拓寬了機(jī)電總廠的產(chǎn)品類型，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。