0、前言
    由于帶式輸送機具有運行可靠、效率高、易于實現自動化等優點，目前已成為我國煤礦井下的主要運輸設備。帶式輸送機在煤礦井下運煤系統中所占比重越來越大，許多煤礦已實現了“運煤皮帶化”。據有關統計資料介紹，從1986年至1997年的12年中，煤炭部屬帶式輸送機制造廠新生產的帶式輸送機就有5711臺，折合輸送長度為266萬米。如果算上其它都與礦務局機修廠生產的，那煤礦新投入使用的帶式輸送機的數量，還要大得多。如此大量的帶式輸送機在煤礦中使用，除了要求技術先進、性能優良外，還必須要求其經濟合理性，只有這樣，才能為國家產生較大的經濟效益。進入九十年代后，我國加速推進了煤礦生產集中化，出現了一批高產高效礦井，并有逐年增長的趨勢。93年建成12個高產高效礦井，94年建成21個，95年建成56個，96年建成70個。高產高效礦井的運煤系統全是帶式輸送機輸送，而且大多數為大型帶式輸送機。這表明近年來我國煤礦用帶式輸送機正在向長運踞、高帶速、大運量、大功率方向發展。啟動問題是帶式輸送機，尤其是大型帶式輸送機的關鍵技術，此關鍵技術不僅關系到輸送機的啟動性能，而且還直接影響輸送機的經濟效益。因此在帶式輸送機設計中，必須考慮與解決啟動問題。目前國內外都是采用軟啟動技術來解決帶式輸送機的啟動問題。
1、采用軟啟動的必要性
    帶式輸送機軟啟動就是在設定的啟動時間內，通過控制輸送帶啟動加速度值，來確保輸送機按所要求的速度曲線（見圖一）平穩啟動，并達到額定運行速度；同時使電動機的啟動電流與輸送帶的啟動動張力控制在允許范圍內。
    一個好的帶式輸送機設計，不僅要達到技術先進，而且還要有良好的經濟性——降低費用（制造成本、日常維護費用）和提高產量。在設計中，首先碰到的是各主參數之間的匹配，要求經濟合理。從圖二可知，在運輸量相同條件下，當輸送距離大于1公里的帶式輸送機的制造成本，以帶寬窄與帶速高相匹配較為經濟合理，可以降低制造成本。從圖中的A、B兩點可知，單位長度的制造成本分別為200美元／米與400美元／米，相差約一倍。其次在相同的輸送距離內，應力求增大輸送機單機長度。這樣可以減少轉載環節，也就是可以省去轉載點的維護人員與避免轉載點的事故發生（即提高開機率），降低了日常維護費用與提高產量。另外，輸送機越長，輸送帶在單位時間內往返循環次數越少，輸送帶及其接頭損壞程度也隨之降低，延長了輸送帶與接頭的使用壽命。輸送帶費用一般要占到整機費用的40%左右，可見加大輸送機單機長度，其經濟效益是相當顯著的。雖然高帶速、長運距可以獲得較大的經濟效益，但使啟動時的二個技術難題更為突出：(1)啟動困難；(2)啟動時瞬時沖擊。對于帶式輸送機，尤其是大型帶式輸送機，如果不采用軟啟動，而是直接啟動（即硬啟動），將會給帶式輸送機造成相當大的危害：①輸送帶打滑，不能啟動，更不能滿載啟動；②加大輸送帶啟動時的動張力，造成對元部件的瞬時沖擊：③加大電動機的啟動電流，造成外界電源電壓的下降。這些危害將直接造成輸送機的停車事故，降低開機率。煤礦用帶式輸送機，由于井下工況的特殊要求，經常需要滿載啟動，再加上大型帶式輸送機在煤礦使用量越來越多。因而，在帶式輸送機，尤其在大型帶式輸送機設計中，必須要考慮與解決啟動的關鍵技術。在帶式輸送機上采用軟啟動，就可消除硬啟動所產生的危害，并具有以下優點：
    (1)確保啟動平穩性，實現滿載啟動：
    (2)減少啟動時輸送帶動張力，可以降低輸送帶安全系數與對元部件的機械強度要求：
    (3)減少對外界電源的電流與電壓的沖擊；
    (4)降低帶式輸送機制造成本與日常維護費用。
    由此可見，軟啟動技術不僅可提高帶式輸送機的啟動性能，而且還為用戶帶來明顯的經濟效益，已成為帶式輸送機是否達到技術先進的標志之一。
2、技術經濟比較
    帶式輸送機的軟啟動是通過軟啟動裝置來實現的，所以選擇何種軟啟動裝置是至關重要的．應從以下三個方面來考慮與選擇軟啟動裝置：(1)必須滿足帶式輸送機軟啟動要求；(2)價格要經濟合理；(3)使用維護要簡便，工人易于掌握，
    根據帶式輸送機在煤礦井下的使用工況，帶式輸送機對軟啟動裝置有以下的技術要求：
    (1)啟動時間隨帶式輸送機主參數可以任意調節，使輸送機按照圖一所示的速度曲線平穩啟動，并能實現滿載啟動；
    (2)確保輸送帶啟動加速度值≤0.3m/s2，使輸送帶啟動動張力控制在允許范圍內；
    (3)在多機驅動時，還應具有功率平衡的功能：
    (4)電動機應能空載啟動，在多機驅動時，還應具有能使電動機錯開啟動時間的功能；
    (5)具有過載保護功能；
    (6)啟動時，必須降低對外界電源的電流與電壓的沖擊，并盡量避免對外界電源產生污染：
    (7)在輸送機短時停車時，還應具有可以不停電動機的功能：
    (8)操作維護要簡便，工人易于掌握。
    帶式輸送機軟啟動裝置有好多種，目前國內外帶式輸送機較常用的軟啟動裝置有三種：(1)差動輪系液粘調速裝置(CST)；(2)變頻調速裝置；(3)液力調速裝置。
2.1_差動輪系液粘調速裝置
    差動輪系液粘調速裝置，由行星齒輪減速器與可控液粘離合器組成，見圖三。其工作原理：通過調節離合器中的油壓、利用摩擦片間所形成的油膜的動力粘性來傳遞動力，并控制減速器輸出軸的轉速，達到輸送機的軟啟動。電動機轉速通過行星齒輪減速器的輸入軸、中間齒輪，傳遞給太陽輪，太陽輪使三個行星輪旋轉。與離合器中的動摩擦片相連接的內齒圈是浮動的，可作自由轉動。當離合器中無油壓時，行星輪使自由浮動的內齒圈轉動，從而使行星輪托架不轉動，減速器輸出軸就靜止不轉。當對離合器逐漸施加油壓時，兩摩擦片間油膜所產生的粘性剪切力矩，使內齒圈轉速逐漸下降，直至停止轉動。此時行星輪托架就逐漸加大轉速，直至達到額定轉速。通過控制離合器中的油壓與油壓施加時間，就可使輸送機按照設定的速度曲線平穩啟動。該裝置優點是啟動時調速精度高，可以變速運行。缺點是產品依賴進口，價格昂貴；使用維護要求高，對油的粘度與清潔度要求特高；使用過程中的備品備件必須進口，事故處理也依賴外國公司。
2.2變頻調速裝置
    變頻調速裝置主要由功率器件- IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理：通過控制器來調節功率器件中的絕緣柵極，使進入功率器件的交流電源的頻率發生變化。根據公式一所示（n為電動機轉速、f為交流電源頻率、P為電動機極對數），電動機轉速與交流電源頻率成正比關系。當交流電源的頻率由小到大變化時，電動機轉速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的時間，就可使輸送機按照設定的速度曲線平穩啟動，達到輸送機的軟啟動。該裝置優點是啟動時調速精度高，可以變速運行，調速范圍大。缺點是電動機不能空載啟動；防爆產品依賴進口、價格昂貴：控制復雜、使用維護要求高，對環境溫度與清潔度要求高；使用過程中的備品備件必須進口，事故處理也依賴外國公司。雖然電抗器可以減少對外界電源的污染，但頻率改變，還是對電源有一定程度的污染。如果是在井下使用，功率器件的發熱問題也是必須要解決的一個技術難關。
2.3液力調速裝置
    液力調速裝置主要由液力偶合器、電動執行器、稀油潤滑裝置與油箱等組成，見圖四。其工作原理：是利用傳動介質來傳遞動力，通過調節偶合器工作腔內充液量的多少，來控制偶合器輸出軸的轉速，達到輸送機的軟啟動。先由電動機帶動偶合器的泵輪空運轉，然后向偶合器工作腔中注入傳動介質液。當導流管處于最里邊位置時，進入工作腔中的傳動介質液全部由導流管流回油箱，此時渦輪與輸出軸不轉動。當電動執行器帶動導流管緩慢向外移動時，進入導流管流回油箱的傳動介質液逐漸減少，而進入工作腔中的傳動介質液逐漸增多。在高速旋轉的泵輪葉片帶動下，傳動介質液形成高壓高速液流，沖向渦輪葉片，使渦輪與輸出軸逐轉轉動起來。隨著工作腔內傳動介質液的不斷增多，渦輪與輸出軸的轉速也就逐漸增加，直至達到額定轉速。只要控制導流管向外移動速度，就可使輸送機按照設定速度曲線平穩啟動。該裝置優點：啟動時調速精度較高，也可變速運行，運行可靠，結構簡單．操作維護方便，價格低廉，國內有成熟產品可供貨。缺點：調速范圍小，在低速運行時效率低。
    除了上述三種軟啟動裝置外，最近國內煤礦還出現一種電的軟啟動裝置。從原理上來分析，實際上是一種降壓啟動。過去曾在帶式輸送機上使用過，后因這種啟動方式由于存在下列缺陷，目前已較少使用。(1)由于降壓啟動，在低轉速時，電動機輸出轉矩不大，滿載時有可能啟動不起來。(2)降壓后會產生諧波，對外界電源有相當大的污染。(3)在多電機啟動時，電動機不能順序錯開啟動，只能是幾臺同時啟動，原因是最先啟動的這臺電動機由于轉矩小而發生堵轉現象。(4)在啟動過程中，高爆高壓開關經常會跳閘。(5)沒有功率平衡的功能，也不能空載啟動。目前這種電的軟啟動裝置雖然比降壓啟動有了一些改進，但上述缺陷還是解決不了。因此這種啟動裝置一般用于轉載機或小型帶式輸送機上，而且只能是單電機驅動。
    上述三種軟啟動裝置各有優缺點，但都能滿足帶式輸送機的軟啟動要求。對于運送一般物料的帶式輸送機來說只有軟啟動的要求，而無變速運行的要求。帶式輸送機在常用機械設備中屬于不太精密的設備，對啟動時的調速精度和運行要求都不是很高，即使啟動加速度值有些波動，也不太會影響帶式輸送機的軟啟動性能。．但這三種軟啟動裝置的價格相差懸殊，差動輪系液粘調速裝置價格最高，其次是防爆變頻調速裝置，最低的為液力調速裝置。液力調速裝置與前二種相比價格至少相差8～10倍以上。從日常維護費用來看，液力調速裝置也是最低的，因為前二種調速裝置的備品備件是進口的。
    通過上述對三種軟啟動裝置的技術經濟分析比較，可以看出，液力調速裝置運行可靠，操作維護簡使，價格低廉，又能全部滿足帶式輸送機軟啟動要求，產品國內可以解決。因而選擇液力調速裝置作為帶式輸送機的軟啟動裝置不僅是技術可行，而且也經濟合理。調速精度太高的軟啟動裝置對帶式輸送機來說，技術上沒有必要，經濟上也是一種浪費。需要經常變速運行或對啟動加速度精度有特殊精度要求的設備，如船舶航行、門式起重機行走以及電梯運行等，采用差動輪系液粘調速裝置與變頻調速裝置是合適的，才能最大限度地發揮這二種裝置的優勢。德國專家把這二種調速裝置與液力調速裝置形象地比喻為本茨車與大眾車，大人上班用本茨車，學生上學用大眾車就夠了．在我國目前煤礦的管理水平、技術水平、資金狀況以及人員素質都較低的情況下，采用差動輪系液粘調速裝置與變頻調速裝置是有相當大的困難，而采用液力調速裝置作為帶式輸送機的軟啟動裝置是合適的，也是符合我國國情的，
    煤科總院上海分院是我國首家將液力調速裝置用作帶式輸送機的軟啟動，已是一個成熟的技術與產品。上海分院研制成功的液力調速裝置榮獲煤炭部科技進步一等獎、國家“七五”重大科研成果獎。目前國內煤礦用帶式輸送機軟啟動裝置絕大多數為液力調速裝置，光是上海分院制造的液力調速裝置就有100多套。差動輪系液粘調速裝置引進之后，真正在國內煤礦帶式輸送機上實際使用的僅為幾套。變頻調速裝置在國內煤礦帶式輸送機上使用，僅為一套是引進的，而且是非防爆的，后因控制復雜、工人不易掌握等原因，對控制部分進行了改造。這二種軟啟動裝置為什么在國內不能普遍使用，主要原因是價格太貴，操作維護復雜，工人不易掌握，備品備件依賴進口。
    國外帶式輸送機的軟啟動大多數也是采用液力調速裝置。即使在美國，在帶式輸送機上使用差動輪系液粘調速裝置也是少數。97年兒月上海分院與西山礦務局聯合組團赴澳大利亞技術考察，在所考察的六個煤礦的八條大型帶式輸送機的軟啟功，全部是采用液力調速裝置，其中GTEGORY煤礦帶式輸送機長度為10km。澳大利亞PROK公司為馬來西亞設計的6.5km、SEDGMAN公司為印度尼西亞設計的37km超特大型帶式輸送機軟啟動也是采用液力調速裝置。國外帶式輸送機大多采用液力調速裝置為軟啟動裝置，主要原因是液力調速裝置足以滿足帶式輸送機軟啟動要求，而且價格低廉，運行可靠，操作維護簡便。
3、結論
    3.1啟動是帶式輸送機的關鍵技術，軟啟動已成為帶式輸送機是否達到技術先進的標志之一，在帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機設計時，必須配置軟啟動裝置．
    3.2選擇軟啟動裝置的準則：(1)必須滿足帶式輸送機軟啟動要求：(2)價格要經濟合理；(3)使用維護要簡便，工人易于掌握。
    3.3國內外帶式輸送機，大多數是采用液力調速裝置作為軟啟動裝置。經實際使用證明，液力調速裝置是目前最常用和理想的軟啟動裝置。
    3.4在目前我國煤礦的管理水平、技術水平、資金狀況與人員素質都較差的情況下，采用差動輪系液粘調速裝置與變頻調速裝置是有相當大的困難。而液力調速裝置是國內一個成熟的技術與產品，采用液力調速裝置作為帶式輸送機軟啟動裝置不但技術上可行，而且也是符合我國國情的，應給予大力推廣使用。