Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５８２ ０ｅｔｏｂｅｒ．２０１７ 现代矿业 Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ 总第５８２期 ２０１７年１０月第ｌ０期 矿用刮板输送机负载特性分析 张国梁 （大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司） 摘要对矿用刮板输送机在不同工况下的运行状态进行了分析，并从刮板输送机的启动特 性、功率不平衡影响因子等方面讨论了其负载特性。在对电动机的传动系统和机械特性研究的基 础上，重点探讨了启动难和过载的原因，供相关研究参考。 关键词刮板输送机 负载特性启动特性功率不平衡影响因子 矿用刮板输送机在工作中易受到煤矿井下环境 落等问题，易导致采煤工作面机电设备停车与闷车， 致使矿用刮板输送机频繁地在满载或超载的工况下 启动。可选择液力耦合器较电机小的过载系数来实 现刮板输送机安全运行。电动机的最大输出转矩是 由过载系数确定的，若电动机最大过载转矩大于液 影响，为确保该类设备安全运行，本研究对刮板输送 机的启动特性、引起机头机尾驱动时的功率不平衡 因子进行分析。 １矿用刮板输送机启动特性 １．１矿用刮板输送机传动系统 力耦合器的最大输出转矩，则有助于提高电动机及 矿用刮板输送机是基于链传动原理进行设计 的，传动系统的主要构件为刮板链、链轮、链轮机轴 与驱动装置。矿用刮板输送机传动系统的主要结构 件如图１所示，以刮板链为牵引装置，刮板链从机头 其传动系统的保护性能。当遇到满载或超载的工作 情况时，矿用刮板输送机的电机虽在高速运转，但通 过液力耦合器，工作机构处于非工作状态，则起到保 护作用。 １．２电动机特性 和机尾的链轮绕过对负载构件的溜槽进行驱动，电 动机通过液力耦合器与减速器驱动链轮旋转，从而 使得链轮带动与之啮合的刮板链不停运转，将刮板 本研究以三相鼠笼式异步电动机为例进行分 析。该型电机与其他电机相比，具有结构简单、性能 可靠、运行维修方便且保护性能好、价格便宜等优 点。这类电机在井下应用较多，但由于刮板输送机 工作情况复杂，易产生过载以及变化范围大，不利于 直接启动。双笼型电动机设计参数不同时，其特性 也不同。为此，本研究通过设计一种新型变频驱动 机溜槽上的煤炭或矸石等负载经过刮板链从机尾运 至机头处卸载 。 减速器液力耦合器 液力耦合器减速器 动力传动系统，来满足重型刮板输送机的满载软启 动要求，降低传动系统启动停机引起的惯性冲击。 图１矿用刮板输送机传动系统 变频驱动动力传动系统的电机调速范围增大，具有 恒扭矩驱动特点，实现链速自动平稳加减速，使得设 备的智能化与自动化控制程度得以提升，刮板输送 为提高刮板输送机运输效率和重载运行平稳 性，可在其机头和机尾各配置一套传动系统。当传 动系统发生故障时（电动机无法正常工作、耦合器 驱动力矩不稳定、减速器摩擦力大、润滑不足等）， 极有可能导致刮板输送机运行平稳性降低。另外， 若圆环链和链轮承受的载荷偏大，在受到外部较大 冲击时，刮板输送机的整机性能也会显著下降 ｊ。 井下采煤工作面经常会遇到煤壁片帮和顶板冒 张国梁（１９８５一），男，助理工程师，０３７１００山西省大同市。 １４４ 机的安全性和可靠性进一步提高，有利于降低电能 和机械耗损。 １．３矿用刮板输送机启动特性 矿用刮板输送机经常在恶劣的工作情况下停机 和启动，使得输送电流不稳定，启动不稳。因受自身 结构和井下不同工作环境的影响，刮板输送机启动 时负载大，运输过程中易造成突然过载，启动时过载 系数增大，导致启动困难 Ｊ。因此，为提高刮板输 张国梁：矿用刮板输送机负载特性分析 送机运行可靠性，需对其启动特性进行分析。 刮板输送机频繁启动次数和过载启动次数受实 际工况影响，不同矿井的环境差异较大，启动次数无 规律可循。同时采煤工作面随时可能发生片帮，采 矿作业中矿用刮板输送机运行无特定的规律，空载、 过载和超载状态时常发生变化。从安全生产角度分 ２０１７年１０月第１０期 为满足煤矿生产需要，刮板输送机采用多电机 驱动方式。刮板输送机启动时一般采用先启动机尾 部电机，随后启动机头部电机的顺序，可在一定程度 上降低电机运行功率的不平衡率。若刮板输送机承 受的负载较小，顺序启动产生的时间差不会对电机 的功率平衡产生较大影响。当刮板输送机承受负载 发生突然停机并在重载下启动时，通过控制启动顺 析，在矿用电动机设计和选型时，启动过载系数一般 取２．５～３．０。刮板输送机在重载或过载情况下启 动不仅易造成断链、打齿、传动部件损坏，零部件工 序调节时间差值，可使刮板输送机整机多驱动形成 的功率趋于稳定，降低不平衡影响，确保运行可靠。 作可靠性降低；而且易冲击电网，影响供电质量，尤 其是对同一电网中的供电设备产生较大影响 。 １．４矿用刮板输送机过载分析 井下采煤工作面作业中煤壁片帮、刮板链卡死 以及刮板输送机上煤量过大等复杂工况时有发生， 从而导致刮板输送机过载和停机状况频发；刮板输 送机的随机停车和不稳定负载以及其他设备的机械 故障也会导致刮板机随时停机；另外矿用刮板输送 机在正常检查维修后也会发生在重载下重新启动的 现象。运载量过大仅为引起刮板输送机过载启动的 外部原因，其内部原因是过载时造成电动机内部电 流冲击。通常情况下，电动机可承受短时间的过载 和电流冲击，否则，便会烧毁电机。 目前，一般采用控制过载电流与过载时间之间 的反时限特性的方法来保护刮板输送机的电动机。 过载电流越大，其过载时间便越短，从过载保护本质 来看，反时限特性是一种过热保护，有助于降低电动 机因发热量过大被烧坏的概率。液力耦合器通过其 内部泵轮和涡轮之间存在的转速差控制工作液体的 动能传递。当矿用刮板输送机采用液力耦合器驱动 时，其对电动机和传动装置也具有过载保护作用。 ２功率不平衡影响因子分析 目前矿井开采需要大功率输出，为解决输送机 功率输出问题，多采用机头机尾多电机驱动方法。 多电机同时控制技术复杂，在启动开始时电机功率 必然存在不平衡现象，若经常处于不平衡状态，势必 会对刮板输送机整机设备带来影响。实际工况下， 刮板机输送在机头机尾多电机驱动下要求具有可弯 曲性。在刮板输送机设计时须在考虑水平弯曲的同 时考虑垂直弯曲产生的影响。本研究分析表明，刮 板输送机机头和机尾的电动机装机功率配置与所受 负载大小无关，电机的额定转速和同步转速是影响 电机功率分配的因子。 ３刮板输送机变频交流驱动技术优势 刮板输送机上应用变频交流驱动技术的优势在 于： （１）防爆性。井下工作环境恶劣，易出现刮板 输送机重载启动现象，电气设备启动频繁、负荷大、 易发生过载，同时又不经常移动，在瓦斯和煤尘量大 时易引起燃烧和爆炸。防爆性是变频装置和井下设 备的必备性能，目前，电机的防爆性通过设计防爆外 壳和本质安全电路来实现。 （２）散热性。井下大功率工作的刮板输送机等 负载设备在使用隔离防爆变频技术时不仅要求有较 高可靠性，同时也应考虑散热性能。变频器中的隔 离变压器、电子元器件、电抗器和滤波器属于易发热 器件，其余结构件设计时可考虑自然散热。隔离防 爆型变频器长期不移动，易在小空间内产生热量，又 因散热性能差，长期处于较高温度状态，易产生故 障，降低使用寿命。目前，国内矿用变频器的常用散 热方式为水冷和热管散热。水冷散热主要利用水的 比热容和吸收热量原理达到冷却效果，在腔体较小 的情况下使用，满足矿井下的使用需要，因此，矿井 中多使用水冷散热方式。 （３）谐波。变频器产生谐波的原因有漏电检测 零序电抗器被烧坏，电路偶尔发生漏电、短路和失压 问题，高压开关偶尔有跳闸现象，电阻过大，散热不 及时烧毁电动机等。为此，可选用性价比较高的电 子元器件，安装时对进线电抗器、出线电抗器、输出 正弦滤波器、地线等单独供电，分开放置电子器件的 进出线。 ４ 结语 分析了矿用刮板输送机在不同工况下的运行状 态，讨论了刮板输送机的启动特性以及功率不平衡 影响因子，在此基础上进一步总结了刮板输送机变 频驱动技术的优势。研究表明，（下转第的１４７页） １４５ 李宾陈子莲：获各琦铜矿３ 副井提升机停车开关改造 ２０１７年１０月第１Ｏ期 图２不同罐位磁开关布置示意 穗瑾段 疆：怀题： 瓣 灞 秘：标题： Ｆ泵平 丽 车信号 ６ ．１３．２ Ｍ８２ ３ 平上层 开荚” Ｍ６２．０ “水平磁开 “无去向”关停车” 图３停车开关动作判断程序段 磁开关停车分为２种：一种是本水平换层停车， 由上换层信号Ｍ８２．５和下换层信号Ｍ８２．４控制；一 种是罐位从其他水平过来后停车，由信号提升 Ｍ８２．７和信号下放Ｍ８２．６控制。２种情况分开做程 序，避免双层罐上下停车混乱。此外，程序末端的无 去向信号Ｍ６２．０的闭点和换层信号Ｍ６８．６的作用 是避免磁开关停车后，持续发出停车信号，造成提升 机无法接收新的指令信号。 图４磁开关停车程序段 置，不再需要二次对罐笼，缩短了运行时间，提高了 设备的运行效率，同时也降低了电耗。建议多水平 矿井提升机设计时考虑ＰＬＣ编码器运算加硬件磁 开关停车，这种设计方法能提高提升机单次运行效 率，并能有效的节约电能，具有较好的安全效益和经 济效益。 （收稿日期２０１７－０３—３０） — １ ｊ４・ ＾ — ，ｉ ＃ ４一 ・４ 结 语 技改后的提升ＯＬｆｉ￣准确地停在去向水平摇台位 ４１一 ４ ！ ！ 一 ｐ —一 ｄ （上接第１４５页）尽管现阶段国内刮板输送机启动 （５）：８９＿９２． 控制仍采用传统液力耦合等方式，对交流变频驱动 技术的研究较薄弱，变频驱动技术应用比重较低 ［３］ 牛旭原．综采刮板运输机大功率变频驱动系统及与ＣＳ１、、Ｔ＇Ｉ一１ 系统的性能比较［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２００９（２）：３２－３３． ［４］ 冯国营．矿山刮板输送机控制技术应用分析［Ｊ］．中国矿业， ２００８（５）：６５－６７． （不足５％），但其应用前景较好。 参考文献 ［５］ 纪玉祥，廉自生．采煤机的负载特性及恒功率调速系统仿真 ［Ｊ］．科学之友，２００６（４）：８２ ８３． ［１ Ｊ 马树焕．刮板输送机驱动装置的控制技术及应用［Ｊ】．防爆电 机，２０１０（２）：３２・３３． （收稿日期２０１７－０７—２０） ｆ２］ 刘温暖，赵永德．电牵引采煤机调速系统『Ｊ］．煤矿机械，２００９ ｌ４７
