皮带输送机软起动的理论分析及应用

皮带输送机软起动的理论分析及应用：

      通过对皮带式输送机起动和停车的描述，刚性起动条 件下带式输送机张力分析和刚性制动条件下带式输送机受力分析，说明了皮带式输送机软起动的优点。并对皮带式输送机的几种软起动方式进行了比较。

     皮带式输送机的软起动是指在驱动电机起动后，通过一些装置或设置，使带式输送机的运转速 度由零可控平缓过渡到理论运转速度的一种起动方式。常见的软起动方式有：电机+限矩型 液力偶合器+减速机的柔性连接方式；电机+调速型液力偶合器+减速机的柔性连接方式；CST (美国Rockwell Dodge公司生产)可控起动方式。

一、　带式输送机起动和停车的状态描述
　　带式输送机起动和停车时，如果要保证物料在胶带上不打滑，起动时物料与胶带的磨擦力F 2与物料沿胶带方向的重力分力F１之差应大于等于带式输送机启动时动负荷ma１的要 求，停车时物料与胶带的磨擦力F２与物料沿胶带方向的重力分力F１之和应大于等于 起动时动负荷ma２的要求，即满足：
　　　ma１≤F２-Ｆ１　　　　①
　　　ma2≤F２+Ｆ１　　②
　　式中：　Ｆ１＝mgsinα；
　　Ｆ2＝mgu1cosα；　
　　Ｆ2-Ｆ１＝m(a1a2)；
　　α——带式输送机的倾角；
　　U1——物料与胶带间磨擦系数；
　　a1、a2——起动和停车时的加速度。
　　由式①、②可以得出：　
　　　α≤sin１　u/(1+U１２)１／２　　-si n１　　a１/g(1+U１２)１／２　　③
　　　α≤sin１　　　u/(1+U１２)１／２　　- sin１　　a2/g(1+U１２)１／２　　　④ 　
　　对于运输不同的物料，带式输送机所允许的输送倾角是不同的。由式③、④可以得出这样的 结论：(1)在起、制动过程中，如果降低起、制动时的加速度a1、a2，即采用软起 动的方式，就能增大带式输送机在刚性起、制动条件下所允许的最大倾角，这一点在带式输 送机设计中有很重要的价值，可以在相同的提升高度情况下，减少带式输送机的水平运输距 离。(2)以较低的加速度起、制动，带式输送机就能达到较高的带速而不打滑，同样的带式 输送机会有更大的输送能力。

二、　刚性起动条件下带式输送机张力分析　
　　在带式输送机的运行过程中，圆周驱动力Fu通过磨擦传递到输送带上，为了保证输送带工 作时不打滑，需在回程胶带上保持最小张力F２min。
　　Ｆ2min≥Ｆumax/(eu-1)　　⑤
　　式中：Ｆ2min——负荷起动最大圆周驱动力；
　　——传动滚筒的围包角；
　　eu——尤拉系数；
　　u——传动滚筒与胶带间磨擦系数。
　　Ｆumax=Ｆu＋Ｆa　　⑥
　　　　Ｆu——稳定运行工况圆周驱动力；
　　Ｆa——负荷起动时由加速度而产生的动负荷。
　　Ｆa=(m1+m2)a1
　　m1——直线运动部分的质量；
　　m2——旋转部件的运动惯量转换为传动滚筒上直线运动的质量。
　　式⑥可简化为：
　　Ｆumax=Ka·Fu　　⑦
　　　　Ka——起动系数
　　刚性起动条件下，Ka取22，用液力偶合器的柔性连接Ka取13～17，用CST可 控起动方式Ka取105。
　　由上述分析可以得出，采用软起动的连接方式后，最大圆周驱动力可大幅度降低。
　　(1)改善了皮带起动和停车时对减速机、滚筒及其他转动部件的张力 冲击，使日常维修费用减少，提高工作效率和延长使用寿命。(2)大大降低了对胶带强 度的要求。在安全系数不变的情况下，对于棉帆布带、尼龙 帆布带、聚酯帆布带，均可以减少胶带的层数，对于钢丝绳胶带，可以降低其纵向拉伸强度 ；在不改变胶带的情况下，提高了胶带的安全系数。(3)没有滑动损失，减少了胶带的损 伤和各传动部 分的磨损。(4)解决了长距离带式输送机惯量大，起动困难的问题，又可以使传动滚筒的围 包角大幅减小，变双驱动方式为单驱动方式成为可能。

三、　刚性制动条件下带式输送机受力分析　
　　按照动力学的分析方法，带式输送机是一个弹性体，我们可以把它模拟为一个质量——弹簧 系 统。我们假设一种状况：一条运输距离较长、带负荷的带式输送机，当驱动系统突然制动时 ，我们对它的受力状况进行分析。传动滚筒的速度迅速降低，在这段时间内，滚筒的线位 移较滚筒附近上游胶带位移要小，从而使上游附近胶带变形减小，应力减小，而下游邻近处 胶带变形则增加，应力增加，随着这种不平衡区域的逐渐扩大，这种应力波在带式输送机中 传播，应力增加的波在回程胶带中传播，而应力减少的波在幅度小于某一区域的稳态应力时 ，胶带应力降低，皮带下垂增加，这样就会使胶带在这一区域陷入托辊，使输送物料撒落在 胶带周围及托辊中，对托辊造成损伤，有可能撕裂胶带，再次起动带式输送机时须清理周围 的物料。在应力减少的波进入回程胶带时，会使拉紧装置突然拉长，所产生的巨大拉力对胶 带、逆止器、滚筒、驱动装置造成损害，如果要使这种状况得到好转，最有效的办法是使拉 紧装置后移到靠近头部滚筒，从皮带的受力状况分析可知，拉紧装置靠近头部滚筒附近受力 量小，也就是说需要拉紧胶带所用配重量少，是比较合理的位置。即使如此处理，也不能解 决带式输送机储存量快速释放对其部件造成的严重损害。把起动时能量储存减到最小，把停 车时的能量释放尽可能的放慢，是我们使用软起动所要达到的目的。

四、　皮带式输送机使用软起动后其它特性　
　　(1)解决过载保护问题。当带式输送机运输量某一段时间内过载时，无论是液力偶合器的柔 性方式还是CST可控起动方式，均可以不通过电气保护而自身达到过载保护的功能。
　　(2)解决多极驱动的顺序起动、均衡负荷、同步传动问题。首先由于液力偶合器具有柔性传 动、自动适应和过载保护功能，故可以利用液力偶合器对多极驱动进行顺序起动，降低起动 电流对电网的冲击。其次，可以通过调整液力偶合器的充液量和利用液力偶合器的自适应性 ，使多台偶合器的输出转速一致，同步驱动，避免因电机输出功率、转速不一致而造成的损 失。
　　(3)采用软起动的方式，可以降低带式输送机的功率，解决长距离带式输送机动负荷大、起 动困难的问题，用较小容量的电机在接近额定工况下工作，提高电机的功率因数，降低起动 电流和对电网的冲击。

五、　皮带式输送机几种软起动方式的比较　
　　我们对三种软起动方式进行比较，他们之间的共同特点是：起动力矩小，起动平稳，胶带张 力降低，具有过载保护功能等。其不同点表现为以下几个方面：
　　(1)多极驱动方面，CST比液力偶合器响应快，平衡功率之间分配精度高。
　　(2)在传动效率方面，CST比液力偶合器效率高。
　　(3)在起动稳定性方面，CST可控起动的加速度最低可以达005m/s２，而液力 偶合器柔性起动的加速度一般控制在01～03m/s２，也就是说，CST[HJ].

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