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1、第三节 井下刮板输送机的电气控制一、 概述刮板输送机是一种链传动输送机械，电动机将电能转换为机械能，带动主动链轮、改向链轮及链条实现环形运转。刮板输送机是煤炭综合机械化采煤成套装备的重要组成部分，其实物如图418所示，是煤矿综采工作面“破煤、落煤、装煤、运煤”采煤工艺环节中负责运煤的大型装备采掘工作面关键的运煤的机械。煤矿井下的采区运输系统一般由多台带式输送机或刮板输送机组成。图418 煤矿用刮板输送机外形实物图现代化矿井生产能力越来越大,刮板输送机的供电电压高、供电距离长，负载重、电动机运转电流大，故障停机率高,远离变配电点布置,起动运行过程中的供电问题也比较突出。中小型刮板输送机,电动机电
2、压等级多为660V或1140V,重型刮板输送机电源电压等级已达。目前世界上功率最大的31600KW煤矿井下刮板输送机变频驱动系统在神华集团神东煤炭分公司大柳塔煤矿工作面无故障运行，过煤量达1000万吨，产品性能达到了国际水平，成功完成了对国外产品的替代，打破了国外企业在该领域长期以来对我国的技术和市场垄断地位。1.刮板输送机的控制方式刮板输送机的电气控制一般采用人工就地控制方式和集中控制方式。每台刮板输送机由司机现场操作，人工现场控制,优点是操作简单,维护工作量较小。但所需人员多,经常出现意外事故,影响煤矿的安全生产。2. 传统驱动方式存在的问题随着驱动电动机功率加大，传统驱动方式已不能适应刮
3、板输送机的驱动及运行要求，存在以下突出问题。（1）难启动。由于刮板输送机停车的随机性和负载的巨大波动性以及生产系统其他设备的原因，常导致输送机意外停机，经常需要在重载下重启刮板输送机，启动困难的情况经常出现。（2）强大的机械冲击。一般电动机满载启动时间为 4 6 s，启动加速度可达 0. 2 0. 3 m/s2。刮板输送机的传动系统尽管有一定的预紧力，停机时，(在联轴节、齿轮、花键、链轮与链条、每对链环间存在各种间隙)传动系统为松驰状态，各个环节都有一定的间隙，且链条为弹性体。电动机启动瞬间，在克服间隙和链条拉伸的过程中，对整个传动系统造成强大的机械冲击，几乎所有的传动元件在这个过程中都要受到
4、冲击应力。双速电动机驱动时，由低速切换到高速也会产生机械冲击。（3）大电流对电网的冲击。带载启动时，电动机启动电流达到 6 8 倍的额定电流(有时甚至更大)，导致电网电压下降，影响刮板输送机的启动性能，同时影响电网上其他设备的正常运行，引起其他设备欠压保护，造成误动作。刮板输送机的频繁启动，会使电动机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电动机寿命。（4）多机驱动功率不均衡。由于电动机额定参数差异及链条节距变化、输送机上负载分布变动及链条张力变化(引起节距变化)，存在严重的电动机功率不平衡问题，不能充分发挥配置功率的作用。井下测试结果表明（5）机头机尾两传动部电动机的输出功率呈交替变化，刮板输送机总
5、输入功率远低于配置功率，但对单台电动机而言，又存在短时频繁超载现象。对于超重型刮板输送机，负载不均匀问题会更加突出。（6）过载冲击。由于链传动的多边形效应、链道的纵向起伏和水平弯曲，刮板输送机运行中的刮卡、冲击现象非常严重和频繁，极易导致传动元件如链条、齿轮等过载断裂，严重时导致电动机闷车，烧毁电动机。3.刮板输送机对电气控制要求综采工作面刮板输送机工作条件恶劣，存在停车的随时性。刮板输送机链条刮板运动的静摩擦力很大，特别是刮板输送机停机后，还有片帮煤给输送机加载产生“压溜”，造成设备难起动。井下又受到了电网容量的限制、空间限制、同时又处于爆炸性气体与煤尘的环境中，使解决井下大型运输设备的重载
6、难起动问题更加艰难。刮板输送机的起动控制有以下要求：（1）尽可能小的起动电流，以减少对电网的冲击、减少电机发热和供电系统的影响。（2）由于刮板输送机起动初始为吸收间隙的空载运动，要求电机此时转矩要小，速度要慢；由静止转为运动时，要求电动机有足够大的转矩来克服静摩擦阻力，并且能有平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线，逐步加速；克服静摩擦后，负载会明显减少，此时电机的力矩提升又相对变慢，这样才可实现平稳起动。（3）采煤工作面刮板输送机必须安设能发出停止和起动信号的装置，发出信号点的间距不得超过15m。（4）矿用刮板输送机调速起动器，它主要适用于煤矿井下控制三相鼠笼式电机需缓慢起动场所。可用于
7、刮板输送机电机的控制，具有软起动、软停车功能；可以单机起动、多级顺序延时起动：即可本地控制、也可远方控制，还可以与其他设备进行闭锁：可以方便地实现紧链操作；具有液晶中文显示器，可以显示设定状态、运行参数、故障内容；具有与外部通讯串行通信接口；具有短路、过载、过流、断相、漏电、晶闸管过热、品闸管过电压、卡链等保护，并可在停止运行时对电机进行换向或切断电源。二、刮板输送机的结构与工作原理1.刮板输送机的结构刮板输送机虽然具有不同的类型和不同的布置方式，刮板输送机传动系统如图419所示，刮板输送机主要由机头部、机尾部、和中间部三部分组组成。图419 刮板输送机传动系统1电动机 2液力偶合器 3减速器
8、 4链轮组件 5盲轴 6刮板链（1）传动装置传动装置包括电动机、联轴节、减速器和主轴。它是刮板输送机的驱动机构。1）电动机电动机是刮板输送的动力源，在我国绝大多数煤矿中使用的刮板输送机的电动机功率一般为40kw，55kw、75kw、125kw或者更大，有的采用单电动机，也有双电动机戒多电动机驱动。2）联轴节联轴节是电动机与减速器或减速器与机头驱动主轴间的连接装置，其主要作用是传递动力和运动。3）减速器刮板输送机减速器和其它减速器一样，都是用以改变电动机转数和传递电动机转矩的装置。4）主轴主轴是传动装置的主要部件，通过它带动主链轮后牵引刮板链运动。（2）刮板链刮板链是刮板输送机的牵引机构，目前在
9、我国煤矿井下使用的刮板输送机有双链（双边链、双中链）和单链的，三链的应用很少。（3）溜槽溜槽是刮板输送机牵引链和货载的导向机构。（4）保护装置1）保险销保护装置2）摩擦片保护装置（5）紧链装置紧链装置的作用是调整刮板链的松紧程度。（6）推移装置（7）挡煤板和铲煤板2.刮板输送机的安全装置（1）断链保护装置。（2）过载保护装置。（3）故障停运转保护装置。（4）防止机头、机尾翻翘的锚固装置。三、 产品型号含义刮板输送机型号分为：轧制帮和冷轧帮；其型号编制是根据煤炭行业标准MT/T15-2002 刮板输送机型号与参数规定编制的。1.刮板输送机型号的组成和排列方式如下：（1）.示例（2）输送机型号由产
10、品类型代号、第一特征代号和主参数等三项组成，若尚不足区别，应再增加第二特征代号，补充特征代号和设计修改序号。 （3）产品类型代号、第一特征代号：S输送机;第二特征代号：G刮板；第三特征代号：G刮板。四、刮板输送机的电气控制（一）刮板输送机直接起动电气控制井下直接起动的刮板输送机电气控制常采用矿用隔爆真空磁力起动器，本系列起动器适用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，在交流50Hz，电压380V、660V或1140V，3300V,额定电流50A至400A的电路中，3.3 kV 供电的刮板输送机装机功率一般在10504500 kW 之间, 单电机功率在525 1500
11、kW。在直接启动电动机时, 不论负载大小都会产生68 倍额定电流的大电流冲击过程, 对电网产生强大的电网冲击, 影响电网的稳定运行, 特别是在频繁启动时极易烧毁电气元件, 影响正常生产。消除刮板输送机启动过程中的机械冲击和电网冲击是矿用软启动器必须解决的问题, 也是最基本的要求。综采工作面刮板输送机由于受运输系统、地质条件和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启动的情况, 适应频繁启动、解决难启动问题是对软启动器的又一个重要要求。3.3 kV 电压等级的矿用电动机一般为双鼠笼特制电机, 其启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
12、启动能力, 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启动是解决刮板输送机满载难启动的重要技术手段。直接或远距离控制矿用隔爆型三相鼠笼式异步电动机的起动、停止之用，并可在被控电动机停止时进行换向。各系列电气线路组成以及电气工作原理与带式输送机基本相同，故这里不再赘述。直接起动方式适应于电动机3300V及以下供电的刮板输送机在直接起动，此时，电动机会产生的6-8倍额定电流的起动冲击电流，会造成对电网的强大冲击。同时增加了卡链、断链、脱齿、底链落道等故障的发生机率。（二）刮板输送机双速转换电气控制1.概述刮板输送机双速电动机驱动系统在我国应用较多，主要适用功率700 kW以下，启动
13、过程分为二级进行，即先低速启动再切换到高速。其优点是控制线路简单、前期投入成本低、维护方便。缺点是：对电网的冲击大，影响电网供电质量；对机械设备冲击大，降低设备使用寿命；容易导致电气故障，同时变压器容量要求较大。启动时，先闭合低速绕组接触器，再根据负载情况转到高速绕组接触器闭合，转换条件一般有两个：一是时间条件，即延时不少于3s5s，保证电动机启动后达到额定低速转数；二是电流条件，即低速运转工作电流降到一定值才自动向高速转换，此电流值应保证在转换到接通高速绕组时电动机有足够的输出转矩，可以将负载顺利加速，使系统达到额定高速转数。使用特点：启动过程存在高低速转换，速度阶跃变化，有动力冲击现象，需
14、两条电缆实现电力供给，低速运行可实现链条刮板检查及过载后强力启动。2. 双速电动机真空电磁起动器主要用途及适用范围QJZ 500 / 1140（660）S矿用隔爆兼本质安全型双速电动机真空电磁起动器（以下简称起动器）如图420所示适用于煤矿井下和其它周围介质含有爆炸性气体（甲烷混合物）的环境中，在交流50Hz、1140V或660V，电流至500A的线路中，对三相鼠笼型双速感应电动机进行起动和停止控制。起动器使用PIR400SX智能型单片机综合保护器，具有过载、相不平衡、漏电闭锁、短路等保护及相应的故障显示。显示采用105汉字字符液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，操作直观简便。起动器的控制电路
15、使用XD-3G型本质安全型先导组件，使其远方控制电路为本质安全型电路。（1）刮板输送机采用单电机YDB22/40一8/4型双速电机驱动,具有低速起动、高速运行的性能;控制装置通常选用QJZ-S系列矿用隔爆兼本质安全型双速单回路真空电磁起动器。控制双速电机低速22kw、高速40kw,具有近控和远控,自动和手动速度转换功能,自动转换以电流、时限给定两种方式,控制双速电机实现低速起动,高速运行,也可直接高速运行和轻载下的低速长期运行。刮板输送机采用机头、机尾双速电动机高低速转换电气起动控制方式通常选用QJZ2-S系列矿用隔爆兼本质安全型双速双回路真空电磁起动器。双速电动机起动一般应用于700kW以下刮板输送机，起动时对于井下工作面移动变电站、电网的影响较大，其只有二种工作速度，可控性差，过载保护能力差。为了避免这类问题发生，对于重型刮板输送机多采用头尾双端共同驱动；机头、机尾双速电动机高低速转换电气起动控制方式。（2）QJZ2-S系列矿用隔爆兼本质安全型双速双回路真空电磁起动器。控制刮板输送机机头、机尾使用二台双速电动机的高低速转换电气起动控制方式。3.产品特点（1）保护和控制系统采用进口的(PLC)工业控制计算机，对系统进行监视控制，具有智能化程度高，性能稳定，动作可靠等优点。（2）采用全中文汉显显示屏，可对起动的工作状态，参数和故障类型显示和记忆，具有良好的人机对话
