0、概述
帶式輸送機目前正朝著大功率、長距離、大運量、高速度方向發展，單機總功率達到5000 kW、輸送長度達到10km以上、運量超過5000t/h、運行速度超過5-6m/s的帶式輸送機已經在煤礦得到實際應用。對于大型帶式輸送機，除了要求合理確定驅動功率、數量與布置形式外，還必須解決輸送機的啟動問題。啟動過程是一個加速過程，其加速度由零增加到最大又下降到零，輸送帶發生黏彈性變形，處于不穩定狀態而產生動張力。帶速越高、啟動時間越短，動張力也就越大，造成的瞬時沖擊也越大，嚴重時將會損壞輸送帶與其他原部件。如果有足夠長的啟動時間，并對啟動速度加以控制，使動張力降至最低，就可消除瞬時沖擊。如何合理地選擇大型帶式輸送機的軟啟動方式，成為煤炭技術人員面臨的實際問題。
1、大型帶式輸送機軟啟動的技術關鍵
傳統的電動機直接起動方式、電動機與簡易的限矩型偶合器聯合起動方式已經遠遠不能滿足大型帶式輸送機的使用要求。如采用傳統的直接起動方式用于大功率、長距離、大運量、高速度帶式輸送機時，由于起動時間為1-3s，起動加速度大于0.3 mls2，會產生如下問題：
(1)起動時打滑問題 由于大型帶式輸送機的長度和功率較大，如起動時間過短，易出現打滑現象。為了消除打滑現象保證有效起動，增大輸送帶與滾筒間的摩擦力，必須提高張緊裝置的初張力，由此相關連接部件的受力加大，對強度和剛度要求增加，提高了整機的初期投資。
(2)瞬態沖擊大的問題起動時產生的動態初張力達到數于與正常運行的穩態張力，經常出現的動態初張力降低了輸送帶的使用壽命，劇烈增加的動態初張力可能發生斷帶事故。為了保證輸送帶運行可靠，必須提高輸送帶的強度等級，相應加大了輸送帶的初級投資。同時，提高輸送帶的強度等級，還必須相應加大滾筒的直徑，以滿足輸送帶最小彎曲半徑的要求，從而加大了機械加工件的初期投資。
(3)電動機功率增加問題 由于起動時間過短，起動力矩大，容易發生燒毀電機的事故，考慮電動機的選型時要相應提高安全系數，增加了正常使用的能耗；此外，大功率電動機在較短的時間起動運行，對周邊環境電網的沖擊大，其負面影響更是無法容忍。根據國家有關標準的規定，起動加速度不得大于0.3 m/s2，當帶式輸送機的起動加速度不大于0.3m/s2時，可有效減少整機的動載荷和瞬時沖擊，避免對輸送帶和其他元部件的損壞。
由此可見，啟動問題對帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機來說，是一個關鍵的技術，它不僅對啟動性能產生直接影響，而且還可以降低輸送機的成本，因此必須對啟動加以控制。針對大型帶式輸送機的實際工況要求，理想的驅動裝置應滿足以下技術要求：
(1)起動時間可在一定的范圍內調整，使帶式輸送機按照如圖1所示的速度曲線圖平穩起動，并可實現滿載起動；
(2)起動加速度控制在一定的范圍內，可有效降低起動時輸送帶的動態初張力，降低整機輸送帶的選用安全系數，有效地降低輸送帶的初期投資；
(3)在多機起動或多點中間起動時，可以實現多機的功率平衡；
(4>電動機空載起動，降低對電網的沖擊；
(5)具有過載保護功能；
(6)帶式輸送機瞬時停車時，可以實現不停電動機，提高電動機使用壽命；
(7)帶式輸送機低速驗帶運行時，系統不會嚴重發熱導致停車故障，確保正常檢修工作。
2、軟啟動方式的合理選擇
目前已經獲得應用的有：液力調速裝置、差動輪系液黏調速裝置(簡稱CST)，變頻調速裝置、串電阻調速等方式。
(1)液力調速裝置主要由液力耦合器、電動執行器、稀油潤滑系統與油箱等組成。其工作原理是：利用液體介質來傳遞動力，通過調節液力耦合器工作腔內充液量的多少來控制耦合器的輸出轉速。起動開始時，由電動機帶動泵輪空轉，然后由電動執行器控制勺桿移動加入液體介質，進人工作腔的液體介質逐漸增多，在高速旋轉的泵輪葉片帶動下，傳動介質形成高壓高速液流，沖向渦輪葉片，帶動液力耦合器輸出軸逐漸轉動起來直至達到額定轉速。通過控制勺桿移動速度，實現帶式輸送機的軟起動控制。
(2)差動輪系液黏調速裝置（簡稱CST主要由行星齒輪減速器和控制行星輪系內齒輪轉速的控制機構兩大部分組成，行星輪系中太陽輪與輸入軸連接，行星輪架與輸出軸連接，控制機構控制的內齒輪是浮動的，控制機構由離合器和控制動、靜摩擦片間隙的電液控制元件組成。動摩擦片和內齒輪固定在一起，可與內齒輪一起轉動，靜摩擦片安裝在機架上，可做軸向運動，動、靜摩擦片間充滿冷卻油。當動、靜摩擦片間的油膜厚度和滑差速度不同時，形成作用于內齒輪大小不同的剪切力，通過控制內齒輪的旋轉速度，調節行星輪架與輸出軸的轉速。其工作原理是：當離合器靜摩擦片不受壓力時，動、靜摩擦片間隙較大，通過油膜形成的剪切力幾乎為零；行星輪帶動自由浮動的內齒輪轉動，但行星輪架與輸出軸不轉動。當對離合器靜摩擦片施加壓力時，動、靜摩擦片間隙減小，動、靜摩擦片間隙通過油膜形成的剪切力逐漸阻止內齒輪轉動，當壓力達到額定值時，油膜間形成的剪切力使內齒輪停止轉動，行星輪架與輸出軸逐漸轉動達到額定值。通過控制動、靜摩擦片間的油膜厚度和壓力大小，使輸送機按照設定的速度曲線平穩起動。
(3)變頻調速裝置隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術的發展，以變頻調速為代表的近代交流調速技術有了飛速的發展。交流變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節電效果以及在國民經濟各領域的廣泛適用性，被公認為是一種最有前途的交流調速方式，代表了電氣傳動發展的主流方向。變頻調速技術為節能降耗、改善控制性能、提高產品的產量和質量提供了至關重要的手段。
變頻調速技術為節能降耗、改善控制性能等發揮了重大作用。變頻調速裝置不僅具備了類似直流電機調速的優異性能，而且隨著調速的控制理論發展，完全可以滿足恒轉矩負載的軟起動和調速的需求，軟起動性能非常理想。該裝置主要由IGBT、整流二極管、變頻器控制、散熱器、PLC控制器、觸摸屏等組成。其中變頻器的構成：整流器、逆變器、中間直流環節、控制電路、保護電路。
3、優缺點及經濟技術性能比較
(1)液力調速裝置優點：結構簡單，操作維護方便，制造維護成本低，基本達到起動時變速運行。缺點：調速型液力耦合器本身的機械特性是非線性的，調速范圍小，在低速長期運行時由于液體介質處于紊亂狀態，因而它的控制特性精度較差，傳遞效率低，發熱較明顯，需要稀油冷卻潤滑系統與較大的油箱散熱空間。常用的液力調速裝置功率范圍大多在200 - 500 kW，國產設備投資10～20萬元，進口或合資生產的設備投資30～60萬元，此類型產品適合對控制精度要求較低、技術力量較差、資金較少的用戶。
(2)差動輪系液黏調速裝置優點是：①改善起動性能，實現慢速起動，實現多機驅動的功率平衡；采用CST的驅動裝置在微機系統控制下能滿足起動時帶式輸送機對加速度的要求，實現軟起動，減小輸送帶的動態張力。在電動機空載起動后，通過控制CST液黏離合器的壓力來控制CST的輸出扭矩來實現帶式輸送機滿載慢速起動，減小輸送帶的動態張力。起動過程平穩，啟動時間長，起動時間隨帶式輸送機主參數在一定范圍內可以任意調節，其形狀為S形；確保輸送帶起動加速度值≤0.3m/s2，使輸送帶起動張力控制在允許范圍內；在多臺電動機驅動時，由于電動機的特性差異和傳動滾筒由于制造質量、表面磨損等原因使滾筒直徑不相等等因素，會使各電動機的負載不平衡。如果電機容量選擇沒有富裕的話，會使某些電機超負荷運行。采用CST可以調節電動機的功率平衡，使電機的功率平衡達到98%。②降低對主電機的技術要求。主電機的每一次起動，都要經歷一個過程，它包括溫度升高、濕度排除、經受離心負載、絕緣化學物質的損害等諸多因素。電機起動的時間愈長，起動時的峰值電流存在的時間愈長，則電機的溫升也愈大，這會使電機絕緣材料的熱老化程度加劇，導致絕緣性能和機械強度下降。CST可以實現電機空載起動，縮短起動時間，這就大大降低了對主電機的技術要求，提高了電機的使用壽命。③降低對電源系統的要求。假如一臺大型帶式輸送機的多臺電機同時起動，會造成電源系統電壓的嚴重下降，這不僅影響電機的正常起動，而且會直接影響在同一電網上的其他用戶的正常工作。帶有CST的驅動裝置不僅能使電機空載起動、減小沖擊電流的作用時間和電能損失，而且還能實現帶式輸送機的多臺電機分時空載起動，大大減小起動電流對電網的沖擊，降低對電源系統的技術要求。④可調驗帶速度為10%～99%。由于CST是通過液體黏膜傳遞扭矩，之間并無剛性傳動，故具有過載保護功能，而且在輸送機短時停車時，具有可以不停電動機的功能。但其缺點是不能在低速長時間運行，由于其加工精度要求較高，結構較復雜，初期投資和維護成本高。常用的差動輪系液黏調速裝置功率范圍大多在500 -2 000 kW，該類型國產設備尚未成熟使用，主要依靠進口廠商美國道奇CST提供，僅設備初期投資90 - 200萬元，此類型產品適合對控制精度要求較高、技術維護力量較強、資金較多的用戶。
(3)變頻調速裝置采用變頻軟啟動方式，具有如下技術上的優點：①對于如此大功率的恒轉矩負載的調速來講，高壓變頻器設備成熟，控制可靠；②完全可調節啟動速度斜率，調速范圍廣，可最大程度滿足用戶的調速要求；③高壓變頻器在軟啟動、軟制動方面性能良好；④采用高壓變頻器節能效果明顯，無運行功率損耗；⑤可以實現多臺驅動電機之間的功率平衡，精度較高；⑥可長時間保持在以低于額定帶速下的較低的速度運行，可以滿足長運距帶式輸送機的驗帶要求。缺點是：①散熱問題：由于功率器件散熱約占整個變頻器所有散熱量的一半，大功率器件的發熱也是要解決的重要問題，它直接影響了變頻器的壽命。②防爆問題：由于煤礦生產環境的特殊條件限制，許多變頻器不具備防爆條件，在一個密閉的防爆腔里如何迅速地將熱量傳遞出去并散發掉，既要兼顧到散熱問題的解決，同時還要兼顧到電磁兼容問題以及防爆結構的需要。③價格昂貴，控制復雜，使用維護要求高。瑞士ABB變頻器、德國西門子變頻器的價格與CST的價格相當。
4、結語
煤科總院上海分院近年來在大型帶式輸送機軟啟動技術應用上取得了一系列成功可靠的業績，其中采用液力調速裝置為軟啟動的應用業績較多，在甘肅、安徽、陜西、內蒙古等地區有上百個應用事例，獲得了用戶的較好評價，其產生的直接經濟效益和間接經濟效益也十分顯著。
相關輸送機產品：
1、
皮帶輸送機
2、
刮板輸送機
3、
斗式提升機
