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[摘要]随着国家煤矿开采技术的提高及大型矿井的发现，井下主要运输设备带式输送机的运量逐渐加大，带式输送机功率逐渐加大。输送机的启动方式逐渐成为一个课题。本文以淄矿集团煤矿井下主运输带式输送机为例，结合国内外软启动方式，分析其优缺点，选择最合适的软启动方式。
[关键词]软启动计算选型设计
中图分类号：U692.6 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）28―0363―02
带式输送机的设计计算
选题背景
淄博矿业集团唐口煤业公司主运输大巷固定带式输送机，该输送机运距2500米，运量2200吨/小时，提升高度12米，是属于典型的煤矿井下长运距、大运量上运带式输送机。带式输送机的设计参数说明如下：
（－）原始参数
1）输送物料原煤
2）物料容重Y=0.9 t/m3
3）运量Q=2200t/h
4）运距L=2500m
5）提升高度H=12m
6）倾角β=0-9.4°-0
6）带宽B=1400mm
7）带速v=3.15m/s
8）供电电压U=660V（控制电压）
U=10000V（主电压）
9）缠带示意图
（二）设计计算
1、初定设计参数：
1）带宽B=1400mm
2）带速v=3.15m/s
3）上托辊间距a0=1.2m
4）下托辊间距au=3m
5）上托辊直径D=159mm（轴承4G306）
6）上托辊直径D=194mm（轴承4G407）
7）初选胶带型号为钢丝绳芯胶带ST2000（由用户自备）
2、由带速、带宽验算输送能力
Q=3.6Svkρt/h
式中：S－输送带上物料的最大横截面积查表取0.22m2（堆积角为30°时）
v－带速，m/s
k－倾斜系数 取0.97
ρ－物料的松散密度，kg/m3
Q=3.6Svkρ=3.6×0.264×3.15×0.97×900=2613t/h
小时输送量Q=2613t/h
最大输送能力符合输送能力≥2200t/h的要求
3、驱动力及所需传动功率计算
1）圆周驱动力FU
FU=CfLg[ +（ +2 ）cosδ]+ Hg+FS1+FS
附加阻力系数C=1.05
模拟摩擦系数f=0.03
单位长度每米物料重 = ==194kg/m
单位长度每米胶带重 =47.6kg/m2 （ST2000）
单位长度每米托辊旋转部分的重量 = +
上托辊D159 L=530 轴承4G306
下托辊D194 L=1600轴承4G407
单个上托辊旋转部分质量 =11.64kg/m n=3
= = =29.1kg/m
单个下托辊旋转部分质量 =48kg/m n=1
= = =16kg/m
= + =29.1+16=45.1kg/m
FS1特种主要阻力和FS2特种附加阻力与总运行阻力相比太小可不计。
FU=CfLg[ +（ +2 ）cosδ]+ Hg+FS1+FS2
=1.05×0.03×2500×9.8[45.1+（194+2×47.6）cos6.7]+
194×12×9.8=278641.5N
传动功率计算
PA=FU×v=278641.5×3.15=877720.725KW
电动机功率计算
PM=PA/η=877720.725/0.72=1219056.5KW
选用双滚筒三电动机功率为3×450KW
（三）方案设计
从原始数据及计算结果可知，本机属较大型固定式输送机，但运量较大，功率达到3×450kW，考虑到重载起动时起动困难，瞬时冲击大等因素，本机必须采用软起动技术。
1．软起动方式的选择
对于大负载、大功率运输机械的软起动技术，国内主要采用的软起动装置有以下四种：
1．1变频调速装置
变频调速装置主要由功率器件GBT绝缘栅极可控晶体管、控制器与电抗器组成。其工作原理：通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极，使进入功率器件的交流电源的频率发生变化。根据公式n=60f/P所示（n为电动机转速、f为交流电源频率、P为电动机极对数），电动机转速与交流电源频率成正比关系。当交流电源的频率由小到大变化时，电动机转速也随之由小到大变化。只要控制频率变化范围以及频率变化的时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，达到输送机的软起动。
A、优点：
1）起动时调速精度高；
2）可以变速运行；
3）调速范围大。
B、缺点：
1）电动机不能空载起动；
2）控制较复杂，使用维护要求高，对环境温度及清洁度要求高；
3）在井下使用时，功率器件的发热问题也较难以解决。
高压变频调速装置在煤矿井下大型输送机上还未能成功地推广使用。
1．2电软起动
电软起动控制器以反并联的晶闸管组为开关，以软起动交流调压方式限制电动机的起动电流，以使该电動机拖动带式输送机平稳地过渡到额定转速，完成软起动，其性能为：
A．优点：
1）体积小，使输送机机头峒室减小，适合于空间受到限制的输送
机改造项目中使用；
2）价格比调速型偶合器略为便宜（低压），但高压价格较高。
B.缺点：
1）调压调速用于恒转矩负载时，差动功率损耗大，效率低；
2）考虑谐波影响，选用电机时要加大容量，一般应增加2O%～30%；
3）起动瞬间，会先有一个很短时的全压起动，待输送带运动后，再实现软起动，但此时已造成对输送机的瞬时冲击；
4）必须与限矩型偶合器配套使用；
5）由于降压起动，低转速时，电动机输出转矩不大，满载时起动困难；
6）不能使电动机满载起动；
1．3调速型液力偶合器
调速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔内充入一定量的工作液，工作轮泵轮从电动机上获得机械能，并转化为液力能，推动涡轮旋转，涡轮把液力能转化为机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，周而复始，实现了从原动机到工作机之间的能量传递。
A.优点：
1）起动时间随带式输送机主参数可以任意调节，并能实现满载起动；
2）确保输送机起动加速度值在0.1～0.3m／s2范围内，使输送带起动张力控制在允许范围内；
3）能使鼠笼式电动机空载起动，又能利用其尖峰力矩作起动力矩，提高其起动能力，缩短了电动机起动时间，而使输送机滞后于电机缓慢起动；
4）用于多机驱动时，能实现多机功率平衡，其平衡精度为±5%；
5）隔离扭矩，减缓冲击，防止动力过载，保护电机及输送机主要部件，不会因过载而损坏；
6）能实现多机顺序起动，减少对外界电网的冲击；
B.缺点：
1）软起动性能较液粘性稍差些；
2）有滑差，效率损失2％左右；
3）体积较大。
1．4液体粘性可控软起动
为了解决以上技术要求，采用液体粘性传动技术，结构简单、维护方便、功率完善、性能优越的“液体粘性软起动系统”来代替目前的液力偶合器，可以极大地改善和提高现有大量重型机械设备的性能，特别能提高大功率输送运输设备的动态性能，延长整机寿命，提高安全性、可靠性和自动化水平，降低矿山物料的输送成本，为大功率、长距离、大运量输送机发展开辟道路；同时还可以达到很大的节能效果。
工作原理：
利用液体粘性即油膜剪切力来传递扭矩的，其结构由主体主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、壳体及密封件等组成。
A．优点：
1）电动机空载起动，以减小对电气和机械的冲击；
2）驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；
3）输送机过载时能实现自动过载保护功能；
B：缺点：
功率难平衡，低速验带难实现。
1．5美国CST系统
该系统是美国道奇公司专门为大型带式输送机配套的集减速、离
合和调速于一体的软驱动装置，其特点为：
1）起动平稳，起动斜率基本保持不变，斜率时间长，其形状为S型；
2）传动效率高，可达99％；
3）可调验带速度为30％～99％，但发热量很大；
4）能实现功率平衡，其精度为±2％，反应时间为50～100ms；
5）保护功能齊全。
表1常用软起动装置特性比较表
序号 特性 CST 调速型液
力偶合器 液体粘性传动装置 电软起动
1 软起动特性 好 较好 好 一般
2 控制系统 复杂 简单 简单 简单
3 功率平衡 好 较好 好 较差
4 低速运行 稳定 较稳定 稳定 较差
5 传动效率 高 较高 较高 较高
6 可靠性 可靠 可靠 可靠 可靠
7 互换性 差 好 好 好
8 体积 大 大 小 小
9 运行成本 高 低 低 低
10 价格 高 低 低 低
l1 验带 可以 可以 可以 不可以
表2常用软起动装置价格比较表
软起动方式 价格LL（％）
CST 100
调速型偶合器+进口减速器 45
限矩型偶合器+电软起动+进口减速器 32（660／1140V）
液体粘性可控软起动+进口减速器 45
通过上述分析比较可知，在带式输送机软启动中，美国的CST技术是最先进的软启动，它采用机电液控制技术，性能可靠，同时也符合矿方要求。本机采用美国的CST软启动方式。
参考文献
[1] 机械化运输设计手册编委会.机械化运输设计手册[M].机械工业出版社.1997年5月.
[2] 张钺.新型带式输送机设计手册[M].冶金工业出版社.2001年2月.
[3]上海煤矿机械研究所.煤矿机械设计手册[M].1972年.
[4] 于学谦.矿山运输机械[M].中国矿业大学出版社，1998年.
[5] 北起所.DTⅡ型带式输送机设计选用手册[M].冶金工业出版社.1994年.
作者简介
陈锋（1971-），山东先河悦新机电股份有限公司技术管理室，工程师。
[关键词]软启动计算选型设计
中图分类号：U692.6 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）28―0363―02
带式输送机的设计计算
选题背景
淄博矿业集团唐口煤业公司主运输大巷固定带式输送机，该输送机运距2500米，运量2200吨/小时，提升高度12米，是属于典型的煤矿井下长运距、大运量上运带式输送机。带式输送机的设计参数说明如下：
（－）原始参数
1）输送物料原煤
2）物料容重Y=0.9 t/m3
3）运量Q=2200t/h
4）运距L=2500m
5）提升高度H=12m
6）倾角β=0-9.4°-0
6）带宽B=1400mm
7）带速v=3.15m/s
8）供电电压U=660V（控制电压）
U=10000V（主电压）
9）缠带示意图
（二）设计计算
1、初定设计参数：
1）带宽B=1400mm
2）带速v=3.15m/s
3）上托辊间距a0=1.2m
4）下托辊间距au=3m
5）上托辊直径D=159mm（轴承4G306）
6）上托辊直径D=194mm（轴承4G407）
7）初选胶带型号为钢丝绳芯胶带ST2000（由用户自备）
2、由带速、带宽验算输送能力
Q=3.6Svkρt/h
式中：S－输送带上物料的最大横截面积查表取0.22m2（堆积角为30°时）
v－带速，m/s
k－倾斜系数 取0.97
ρ－物料的松散密度，kg/m3
Q=3.6Svkρ=3.6×0.264×3.15×0.97×900=2613t/h
小时输送量Q=2613t/h
最大输送能力符合输送能力≥2200t/h的要求
3、驱动力及所需传动功率计算
1）圆周驱动力FU
FU=CfLg[ +（ +2 ）cosδ]+ Hg+FS1+FS
附加阻力系数C=1.05
模拟摩擦系数f=0.03
单位长度每米物料重 = ==194kg/m
单位长度每米胶带重 =47.6kg/m2 （ST2000）
单位长度每米托辊旋转部分的重量 = +
上托辊D159 L=530 轴承4G306
下托辊D194 L=1600轴承4G407
单个上托辊旋转部分质量 =11.64kg/m n=3
= = =29.1kg/m
单个下托辊旋转部分质量 =48kg/m n=1
= = =16kg/m
= + =29.1+16=45.1kg/m
FS1特种主要阻力和FS2特种附加阻力与总运行阻力相比太小可不计。
FU=CfLg[ +（ +2 ）cosδ]+ Hg+FS1+FS2
=1.05×0.03×2500×9.8[45.1+（194+2×47.6）cos6.7]+
194×12×9.8=278641.5N
传动功率计算
PA=FU×v=278641.5×3.15=877720.725KW
电动机功率计算
PM=PA/η=877720.725/0.72=1219056.5KW
选用双滚筒三电动机功率为3×450KW
（三）方案设计
从原始数据及计算结果可知，本机属较大型固定式输送机，但运量较大，功率达到3×450kW，考虑到重载起动时起动困难，瞬时冲击大等因素，本机必须采用软起动技术。
1．软起动方式的选择
对于大负载、大功率运输机械的软起动技术，国内主要采用的软起动装置有以下四种：
1．1变频调速装置
变频调速装置主要由功率器件GBT绝缘栅极可控晶体管、控制器与电抗器组成。其工作原理：通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极，使进入功率器件的交流电源的频率发生变化。根据公式n=60f/P所示（n为电动机转速、f为交流电源频率、P为电动机极对数），电动机转速与交流电源频率成正比关系。当交流电源的频率由小到大变化时，电动机转速也随之由小到大变化。只要控制频率变化范围以及频率变化的时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，达到输送机的软起动。
A、优点：
1）起动时调速精度高；
2）可以变速运行；
3）调速范围大。
B、缺点：
1）电动机不能空载起动；
2）控制较复杂，使用维护要求高，对环境温度及清洁度要求高；
3）在井下使用时，功率器件的发热问题也较难以解决。
高压变频调速装置在煤矿井下大型输送机上还未能成功地推广使用。
1．2电软起动
电软起动控制器以反并联的晶闸管组为开关，以软起动交流调压方式限制电动机的起动电流，以使该电動机拖动带式输送机平稳地过渡到额定转速，完成软起动，其性能为：
A．优点：
1）体积小，使输送机机头峒室减小，适合于空间受到限制的输送
机改造项目中使用；
2）价格比调速型偶合器略为便宜（低压），但高压价格较高。
B.缺点：
1）调压调速用于恒转矩负载时，差动功率损耗大，效率低；
2）考虑谐波影响，选用电机时要加大容量，一般应增加2O%～30%；
3）起动瞬间，会先有一个很短时的全压起动，待输送带运动后，再实现软起动，但此时已造成对输送机的瞬时冲击；
4）必须与限矩型偶合器配套使用；
5）由于降压起动，低转速时，电动机输出转矩不大，满载时起动困难；
6）不能使电动机满载起动；
1．3调速型液力偶合器
调速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔内充入一定量的工作液，工作轮泵轮从电动机上获得机械能，并转化为液力能，推动涡轮旋转，涡轮把液力能转化为机械能，通过输出轴输出，带动工作机工作，周而复始，实现了从原动机到工作机之间的能量传递。
A.优点：
1）起动时间随带式输送机主参数可以任意调节，并能实现满载起动；
2）确保输送机起动加速度值在0.1～0.3m／s2范围内，使输送带起动张力控制在允许范围内；
3）能使鼠笼式电动机空载起动，又能利用其尖峰力矩作起动力矩，提高其起动能力，缩短了电动机起动时间，而使输送机滞后于电机缓慢起动；
4）用于多机驱动时，能实现多机功率平衡，其平衡精度为±5%；
5）隔离扭矩，减缓冲击，防止动力过载，保护电机及输送机主要部件，不会因过载而损坏；
6）能实现多机顺序起动，减少对外界电网的冲击；
B.缺点：
1）软起动性能较液粘性稍差些；
2）有滑差，效率损失2％左右；
3）体积较大。
1．4液体粘性可控软起动
为了解决以上技术要求，采用液体粘性传动技术，结构简单、维护方便、功率完善、性能优越的“液体粘性软起动系统”来代替目前的液力偶合器，可以极大地改善和提高现有大量重型机械设备的性能，特别能提高大功率输送运输设备的动态性能，延长整机寿命，提高安全性、可靠性和自动化水平，降低矿山物料的输送成本，为大功率、长距离、大运量输送机发展开辟道路；同时还可以达到很大的节能效果。
工作原理：
利用液体粘性即油膜剪切力来传递扭矩的，其结构由主体主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、壳体及密封件等组成。
A．优点：
1）电动机空载起动，以减小对电气和机械的冲击；
2）驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；
3）输送机过载时能实现自动过载保护功能；
B：缺点：
功率难平衡，低速验带难实现。
1．5美国CST系统
该系统是美国道奇公司专门为大型带式输送机配套的集减速、离
合和调速于一体的软驱动装置，其特点为：
1）起动平稳，起动斜率基本保持不变，斜率时间长，其形状为S型；
2）传动效率高，可达99％；
3）可调验带速度为30％～99％，但发热量很大；
4）能实现功率平衡，其精度为±2％，反应时间为50～100ms；
5）保护功能齊全。
表1常用软起动装置特性比较表
序号 特性 CST 调速型液
力偶合器 液体粘性传动装置 电软起动
1 软起动特性 好 较好 好 一般
2 控制系统 复杂 简单 简单 简单
3 功率平衡 好 较好 好 较差
4 低速运行 稳定 较稳定 稳定 较差
5 传动效率 高 较高 较高 较高
6 可靠性 可靠 可靠 可靠 可靠
7 互换性 差 好 好 好
8 体积 大 大 小 小
9 运行成本 高 低 低 低
10 价格 高 低 低 低
l1 验带 可以 可以 可以 不可以
表2常用软起动装置价格比较表
软起动方式 价格LL（％）
CST 100
调速型偶合器+进口减速器 45
限矩型偶合器+电软起动+进口减速器 32（660／1140V）
液体粘性可控软起动+进口减速器 45
通过上述分析比较可知，在带式输送机软启动中，美国的CST技术是最先进的软启动，它采用机电液控制技术，性能可靠，同时也符合矿方要求。本机采用美国的CST软启动方式。
参考文献
[1] 机械化运输设计手册编委会.机械化运输设计手册[M].机械工业出版社.1997年5月.
[2] 张钺.新型带式输送机设计手册[M].冶金工业出版社.2001年2月.
[3]上海煤矿机械研究所.煤矿机械设计手册[M].1972年.
[4] 于学谦.矿山运输机械[M].中国矿业大学出版社，1998年.
[5] 北起所.DTⅡ型带式输送机设计选用手册[M].冶金工业出版社.1994年.
作者简介
陈锋（1971-），山东先河悦新机电股份有限公司技术管理室，工程师。