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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)，實現(xiàn)了長距離、大運量、高速度的要求。但是該輸送機(jī)價格昂貴、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；
    運量(t／h)：    2 500;
    帶速(m／s)：    3.5；
    功率(kW)：    3×400;
    機(jī)長(m)：    2 000;
    儲帶(m)：    20。
2 DSJ140/250/3×400可伸縮帶式輸送機(jī)的創(chuàng)新點
    該皮帶機(jī)的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在其具有啟停速度可調(diào)的變頻軟啟動裝置、可適時調(diào)節(jié)皮帶張力的液壓自動張緊裝置以及可編程的自動控制系統(tǒng)。
2.1  變頻軟啟動裝置
    所謂軟啟動是指機(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系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動。就皮帶機(jī)而言，理想的啟動應(yīng)滿足以下幾點要求：①降低電機(jī)啟動電流和縮短啟動電流的沖擊時間，減少對其它在網(wǎng)電器設(shè)備的影響；②保證在啟動過程中作用在機(jī)械設(shè)備上的啟動沖擊量最小，從而延長減速器、膠帶等關(guān)鍵部件的使用壽命；③多驅(qū)動功率平衡；④啟動過程可控。
    由于輸送機(jī)在啟動之前，輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動可進(jìn)一步改善啟動峰值張力作用。這樣，需要在啟動開始階段加入時間延遲段，延遲段的速度一般取為設(shè)計帶速的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)的啟動過程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的啟動張力。在實際研發(fā)過程中，通過分析，采用了Dodoge啟動曲線作為該機(jī)的啟動曲線。Dodoge最佳啟動曲線見圖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，具有一定的軟啟動功能和調(diào)速能力，但限于其傳動原理和結(jié)構(gòu)，調(diào)速型液力偶合器在軟啟動的功能和性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。其缺點表現(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，顯著降低了傳動系統(tǒng)的效率；②電機(jī)的啟動電流仍然較大（5倍～8倍的額定電流），因此電動機(jī)的啟動次數(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減速器來實現(xiàn)軟啟動功能，但因其價格昂貴，也不是十分理想的軟啟動裝置。
    變頻調(diào)速軟啟動是通過改變電動機(jī)輸入電源的頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)軟啟動的。從技術(shù)的角度來看，電動機(jī)的變頻調(diào)速是實現(xiàn)大型機(jī)械設(shè)備軟啟動和無級調(diào)速比較理想的方法之一。值得關(guān)注的是，變頻軟啟動在低電壓、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變頻軟啟動器的成功經(jīng)驗基礎(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變頻軟啟動器，即QJZ - 400/1140BPR型變頻軟啟動裝置。該裝置啟動過程中可按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)運行，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，并實現(xiàn)功率平衡。同時該裝置具有工頻、變頻切換功能，當(dāng)變頻器啟動運行到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時，變頻運行退出，切換到工頻運行，自身脫機(jī)。這樣不僅滿足了皮帶機(jī)的軟啟動特性要求，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。為改善膠帶在啟動及運行過程中的狀態(tài)，除在啟動時應(yīng)用變頻軟啟動技術(shù)外，在設(shè)計中采用了液壓自動張緊技術(shù)對膠帶所受張力進(jìn)行適時控制。
    皮帶機(jī)在啟動和正常運行中的張力是不同的。即使在運行過程中，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)需要及時響應(yīng)；③可實現(xiàn)自動監(jiān)控。為實現(xiàn)以上功能，在皮帶機(jī)的某些部位設(shè)置傳感器，用以感知皮帶運行中張力的變化，傳感器與PILC控制裝置連接。同時，在主驅(qū)動滾筒和改向滾筒上均裝上測速傳感器。當(dāng)皮帶運行過程中發(fā)生張力變化時，由控制器來控制相應(yīng)動作，通過油缸活塞桿的運動來調(diào)節(jié)皮帶張力，從而適應(yīng)負(fù)載隨時變化對張力的不同需求，使膠帶始終保有最合理的張力，以保證膠帶啟動平穩(wěn)，運行安全可靠，同時可延長膠帶的使用壽命。因其是按實際運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  自動控制系統(tǒng)
    自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對整部皮帶機(jī)的變頻軟啟動、膠帶張緊裝置、KPZ盤式制動器及PROMOS皮帶保護(hù)系統(tǒng)的集中控制，并將各種運行參數(shù)、狀態(tài)通過觸摸屏顯示出來，實現(xiàn)了人機(jī)對話，使操作者更為直觀地監(jiān)測到皮帶機(jī)的運行狀況。當(dāng)發(fā)生故障后，能迅速判斷出是哪個環(huán)節(jié)發(fā)生問題，以便及時排查。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)效益和社會效益。