刮板输送机软起动技术现状分析

3.3kV供电的刮板输送机软起动技术现状分析
摘要：本文针对用刮板输送机对软起动的基本要求，分析了当前国内外3.3kV供电的刮板输送机使用的液力、液粘软起动器和电气传动软起动器的基本工作原理，以及软起动功能与使用维护情况；得出电气传动软起动器是解决3.3kV供电的刮板输送机起动技术的发展方向。

关键词：3.3kV供电 刮板输送机 软起动 发展趋势
1 概述
为了解决综采工作面刮板输送机（的起动问题，解决）在起动过程中的机械冲击、电网冲击问题，目前，国内外3.3kV供电的刮板输送机所采用的软起动技术主要有：德国DBT公司生产的可控传动系统（简称CST），属于液粘传动技术；法国VOITH公司生产的阀控双腔调速型液力偶合器（简称TTT），属于液力传动【1】；德国保越公司研制的变频器与电动机组合为一体的电动机；国内太原惠特科技公司研制的QJR-350/3.3S矿用隔爆兼本质安全型交流双速真空软起动器。

这些软起动器在国内外不同条件下 3.3kV供电的刮板输送机上都得到了应用，也取得了显著的应用效果。

本文根据刮板输送机的软起动基本要求，对各类软起动器的工作原理、功能应用、使用维护情况进行较全面的分析，以寻求到3.3kV供电的矿用刮板输送机软起动技术的发展方向。

2 矿用刮板输送机对软起动的要求分析
2.1 消除起动过程中的机械冲击、电网冲击
刮板输送机的传动系统为锚链传动系统，系统的弹性较小，停车时，传动系统的各处（如齿轮之间、链条链轮之间、链环之间、花键之间）都存在着大小不等的间隙，在起动时如果在传动系统尚未张紧之前就施加大转矩起动，就会产生严重的机械冲击【2】，引发断链、打齿、滚键、加剧摩擦等一系列机械故障，影响正常生产。

3.3kV供电的刮板输送机装机功率一般在1050-4500kW之间，单电机功率在525-1500kW，在直接起动电动机时，不论负载大小都会产生6-8倍额定电流的大电流冲击过程【3】，对电网产生强大的电网冲击，影响电网的稳定运行，特别是在频繁起动时极易烧毁电气元件，影响正常生产。

消除刮板输送机起动过程中的机械冲击和电网冲击是矿用软起动器必须要解决的问题，也是最基本的要求。

2.2 解决满载难起动问题
综采工作面刮板输送机由于受运输系统、地质条件、其它设备等诸多因素的影响，存在停机的随机性，因片帮、漏顶等因素随时都有满载起动的情况，适应频繁起动、解决难起动问题是对软起动器的又一个重要要求。

3.3kV电压等级的矿用电动机一般为双鼠笼特制电机，其起动力矩一般为额定转矩的1.8-2.2倍，充分利用矿用电动机的起动能力，在刮板输送机满载情况下克服静摩擦阻力向动摩擦的转变实现顺利起动是解决刮板输送机满载难起动的重要技术手段。

2.3 系统简单、运行稳定、易维护
刮板输送机的传动系统都处于工作面机头、尾的三角区；其矿压显现明显，是碎煤、碎矸的集中涌集区；支架下方的空间非常有限；各种辅件都极易损坏。

此处作业空间有限，设备的工作环境最为恶劣。

所以要求传动部电动机传动轴方向尽可能短；机头、尾传动系统应简单，以减少不必要的故障点；运行要稳定可靠，最少具有可靠采出一个工作面的无故障寿命；即使产生故障也要极易维护。

综采放顶煤后部运输机对软起动器的这些要求会更为突出。

这是综采面三角区对设备适应性的确切要求。

3 各类软起动器的使用现状分析
3.1 CST的工作原理及使用、维护情况
3.1.1工作原理
CST由减速箱、液压系统、冷却系统、电控系统、液粘传动系统等组成。

内装一套行星差速传动系统，由摩擦片控制内齿圈的转动，摩擦片间通过（剪切）油膜传递扭矩。

当动、静摩擦片分离时，内齿圈处于自由状态，减速器无输出转速；当动、静摩擦片压紧时，内齿圈处于固定状态，减速器按定比传动输出转速；控制动、静摩擦片之间的压力，使摩擦片间滑动，则可实现调速，从而实现软起动，属于液粘传动软起动器。

3.1.2起动与输出转矩建立过程
当起动刮板机时，先起动电动机。

首先放开动、静摩擦片，使行星差速传动的内齿圈自由，减速器无输出转速，电动机空载直接起动。

多机拖动的刮板机可实现电动机的分时起动，对电网供电能力要求低，但电动机的瞬间起动电流仍要达到6-8倍的额定电流（的大电流），对电网仍有冲击。

每个电动机起动后，再行起动刮板机。

控制静、动摩擦片的油缸逐步给摩擦片加压，减速器的输出转速与转矩逐步增加，按时间控制消除刮板机传动间隙，直至达到额定转速，实现刮板机的起动；此时利用的是电动机的额定转矩，而非起动转矩，当负载转矩大于电动机额定转矩时，摩擦片之间打滑、摩擦发热，起动就会失败。

否则正常起动成功。

由于冷却系统的限制，不能长期低速运行。

电动机的功率可平衡，因动静摩擦片的压力不等，所以链轮轴上的功率不平衡；其不平衡度为±18%。

【5】
3.1.3使用、维护情况
系统可靠性高，故障（很）少，是进口设备的特点，但运行费用较高（每半年需更换一次进口液力传动油（压油），约5万元，每一年应更换一次进口摩擦片，约10万元）；系统复杂，管理维护（相当）困难（，特别不适合于综采放顶煤后部输送机的使用）。

3.2 TTT的工作原理、使用、维护情况
3.2.1工作原理
阀控双腔调速型液力偶合器由液力偶合器、水系统、冷却系统、电控系统、水软化与水过滤系统等组成。

电动机带动偶合器内的泵轮转动，从而带动内腔的水旋转，旋转的水推动透平轮转动，从而输出转速与转矩。

当偶合器内无液体时，透平轮不旋转，输出转速为零。

当偶合器中的液体达到额定充液量时，输出额定的转速与转矩。

不同的充液量则会产生不同的输出转速与转矩，由此实现软起动，属于液力传动软起动器。

3.2.2起动与输出转矩的建立过程
当起动刮板机时，先起动电动机。

偶合器内无液体，偶合器无输出转速，电动机空载直接起动，多电机拖动的刮板输送机可实现电动机的分时起动，对电网供电能力要求低，但电动机的（顺时）起动电流仍然很大，存在电网冲击。

每个电机起动后，再行起动刮板机。

由时间控制逐步向液力偶合器内充液，直至输出额定转速，实现刮板输送机的起动。

此时利用的是电动机的额定转矩，而非起动转矩，当负载转矩大于电动机额定转矩时，偶合器内泵轮与透平轮之间的滑差不断增加而发热，造成起动失败；否则正常起动成功。

由于受冷却系统的限制，不能长期低速运行。

电动机的功率不平衡度为35%，为调整充液量的判断值。

【4】
3.2.3使用、维护情况
液力偶合器的主要故障来源于因发热的水在系统中产生水垢，影响各液压件的正常工作，需要定期进行处理，一般矿方不能维护，需由专业厂维修（修理费用25万元左右？大修周期一年半）。

由于系统（过度）复杂，运行中受水质影响故障较多，可靠性偏低。

井下维护困难（较大）（。

特别不适合综采放顶煤后部刮板机和地质条件较差的前部刮板机使用）。

3.3 可控硅软起动的工作原理及使用维护情况
3.3.1工作原理
QJR-350/3.3S矿用隔爆兼本质安全型交流双速真空软起动器，由3.3kV的可控硅调速系统与双速开关组成。

根据负载电流、电压双反馈，通过单片机控制可控硅的导通角，根据工况需求，控制输入电动机的电流与电压，实现对电动机的输出转矩的控制，从而实现电动机的软起动。

3.3.2起动与输出转矩建立过程
当起动刮板机时，按照设定电流限定原则，使电动机缓慢达到额定转矩，此时对锚链传动系统的间隙全部消除并张紧；按照需要，提升电流与电压；当负载较大时，电动机的输出转矩可达堵转转矩的90%，克服刮板机的静摩擦阻力至动摩擦阻力，从而实现调速起动；当负载较小时，电动机带动刮板机正常加速起动；当负载转矩大于电动机90%的堵转转矩时，起动失败，判为刮板机堵转而保护。

可以充分利用矿用电动机的起动能力。

电动机为带载起动，电动机与刮板机同时起动，多机拖动的刮板机的电动机需同时起动，对电网供电能力要求较高；但电动机的电流始终得到控制，无电网冲击（对电网冲击小）。

在多电机同时起动中，电动机的输出转矩在单片机的直接控制中，保证电机输出转矩平衡，当起动结束后，旁路真空接触器工作，无功率平衡功能，由异步电动机自动平衡。

3.3.3使用维护情况
系统全部由电气元件组成，电动机与减速器之间采用联轴节连接即可，软起动器放置于设备列车上，无任何外围辅助系统，具有软起动器与双速开关的一切功能，具有多种软起动方式和多种控制方式，关键元器件采用进口元器件，模块化设计布置。

近年来在井下的批量使用表明，软起动器占用空间小，性能稳定可靠，使用维护方便。

可满足3.3kV供电的刮板输送机的起动、控制要求。

3.4变频器与电动机组合为一体的电动机
把变频器与电动机组合为一体的电动机，作为3.3kV刮板输送机的起动、拖动设备，通过改变电动机的输入频率来改变电动机的输出转速与转矩，在我国已有引进使用。

变频器本身具有起动过程的调速功能和运行过程中的调速功能，适应于变速运行设备的调速控制，但在刮板机上只用其软起动功能。

由于受体积的限制无法安装变频器进线侧消除谐波的设备，极易造成电网污染；若无有效的解决办法，不易大量推广使用；且刚刚投入市场使用，价格昂贵。

4 结论
(1)可控传动系统（CST）,属于液粘传动的软起动器；电动机可以空载起动，可以有效地消除机械冲击，降低电网冲击；在难起动时只能利用电动机的额定转矩，否则为过载运行；不可长时低速运行，链轮轴功率不平衡；配有独立的液压、冷却、电控等辅助系统，进口价格昂贵，系统复杂，使用维护困难。

可适应于3.3kV刮板输送机起动使用。

(2)阀控双腔调速型液力偶合器（TTT），属于液力传动的调速设备；电机可空载起动，可以有效地消除机械冲击，降低电网冲击；在难起动时，只能利用电动机的额定转矩，否则为过载运行；不可长时低速运行，可实现功率平衡。

配有独立的液力泵站、冷却、电控、水软化、水净化等辅助系统，进口价格昂贵，系统太复杂，使用维护困难，大修周期短。

（可用于前部刮板机的使用，不适应于综采放顶煤后部刮板输送机的使用。

）
(3)可控硅双速软起动器，属于电气传动软起动器；电机带载起动，可以有效地消除机械冲击和电网冲击；在难起动时，可达到90%的堵转转矩，起动能力强；只有起动过程的调速运行，不能在某一低速下运行；在起动过程中可实现功率平衡，运行中无功率平衡功能。

占用空间小，系统简单，使用维护方便，可靠性和适应性很高，不受地质条件与配套条件的限制。

可适应于各种3.3kV供电的刮板输送机的调速起动与控制。

(4)世界煤矿机械的调速都经历了由机械、液压调速，发展到液力、液粘调速，最后发展为电气传动调速，所以说3.3kV刮板输送机的液力、液粘传动技术也必然由电气传动技术所取代，这是煤矿追求性能稳定、运行可靠、使用维护方便的目标而确立的技术发展方向。