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皮带输送机软起动的理论分析及应用

文章出处:责任编辑:粮食输送机厂家人气:2224发表时间:2012-08-14 10:51:42
 

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F1之差应大于等于带式输送机启动时动负荷ma1的要 求,停车时物料与胶带的磨擦力F2与物料沿胶带方向的重力分力F1之和应大于等于 起动时动负荷ma2的要求,即满足:
   ma1≤F2-F1    ①
   ma2≤F2+F1  ②
  式中: F1=mgsinα;
  F2=mgu1cosα; 
  F2-F1=m(a1a2);
  α——带式输送机的倾角;
  U1——物料与胶带间磨擦系数;
  a1、a2——起动和停车时的加速度。
  由式①、②可以得出: 
   α≤sin1 u/(1+U12)1/2  -si n1  a1/g(1+U12)1/2  ③
   α≤sin1   u/(1+U12)1/2  - sin1  a2/g(1+U12)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a1、a2,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F2min。
  F2min≥Fumax/(eu-1)  ⑤
  式中:F2min——负荷起动最大圆周驱动力;
  ——传动滚筒的围包角;
  eu——尤拉系数;
  u——传动滚筒与胶带间磨擦系数。
  Fumax=Fu+Fa  ⑥
    Fu——稳定运行工况圆周驱动力;
  Fa——负荷起动时由加速度而产生的动负荷。
  Fa=(m1+m2)a1
  m1——直线运动部分的质量;
  m2——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:
  Fumax=Ka·Fu  ⑦
    Ka——起动系数
  刚性起动条件下,Ka取22,用液力偶合器的柔性连接Ka取13~17,用CST可 控起动方式Ka取105。
  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005m/s2,而液力 偶合器柔性起动的加速度一般控制在01~03m/s2,也就是说,CST[HJ].

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