第五讲煤矿运输提升新技术

1、第五讲第五讲 煤矿运输提升新技术煤矿运输提升新技术张红光张红光机电科主任工程师矿山机电工程师、注册安全工程师第一节第一节 带式输送机新技术带式输送机新技术 一、一、 带式输送机软启动技术带式输送机软启动技术 （一）采用软启动技术的必要性（一）采用软启动技术的必要性 软启动技术是大功率带式输送机最为重要的核心技术。这是因为煤矿生产对大功率带式输送机有其特殊的要求。若采用了软启动技术，将会很好地解决下列问题： （1）启动一加速过程，动张力的大小在很大程度上取决于加速度。带速越高、启动时间越短，启动加速度就越大，随之所带来的动张力就越大，这将对整个输送机系统产生巨大的瞬时冲击，造成输送机以及其他元部

2、件的损坏。另外，输送带在带式输送机，尤其是大型带式输送机的价格中占有越来越大的比重，一般来说，输送带越长，输送机单位长度成本越高，如果不配置适当软启动装置，会使输送带的启动加速度大于0.3 ms2，导致输送带产生过大的瞬时启动张力，会造成输送带的过早断裂和破坏。这既增加了输送机的使用成本又给工业生产带来了极大的不便。 （2）由于输送机运距越来越长和运量越来越大，因此，一条输送带就需要多个电机去驱动，由于电机的特性差异以及制造质量、表面黏结煤层等原因使驱动滚筒直径不相等，这样会使得各电机的负载不平衡；如果电机容量没有富裕的话，会使得某些电机超负荷运行。因此在电动机选型上，势必会选择容量较大的电机

3、，这就造成不必要的设备投资浪费；多台电机同时启动时会产生很大的电压降，严重冲击电网。只有依赖软启动技术的调节，使多台电机分时顺序启动，以及运行过程中的功率平衡功能才能杜绝由于负载分配不均而引起的电机过载与烧毁、输送带崩裂及冲击电网等事故。 综上可知，在大功率带式输送机上装备软启动装置势在必行。采用合理的软启动技术，可以降低输送带动张力、减小许用安全系数、降低输送带强度，从而提高系统的可靠性，延长输送带以及其他关键部件的使用寿命。 （二）软启动装置的种类及特点（二）软启动装置的种类及特点 1、软启动装置的种类、软启动装置的种类 带式输送机的软启动是在设定的启动时间内，通过控制启动加速度的大小，来

4、确保输送机按所要求的速度曲线平稳启动，并达到暂定运行速度，同时使电机的启动电流与输送带的启动动张力控制在允许范围内。 为实现软启动，需要采用调速。根据调速设备的不同，软启动技术包括电动机软启动、液体黏性调速软启动和液力调速软启动技术三类。 电动机软启动技术又包括直流电机软启动技术和异步电机软启动技术。直流电机软启动技术主要是通过改变电枢电压实现恒转矩调速或者通过改变励磁实现恒功率调速而达到软启动的目的；异步电动机的调速方式种类繁多，常用的有电动机电子调压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速、绕线转子异步电动机串级调速、变极对数调速、变频调速等。其中变频调速装置是带式输

5、送机较为常用的软启动装置。 液体黏性调速软启动技术（装置）根据结构不同可分为两种；一种是单独使用的液黏调速离合器，如油膜离合器、离合器等；另一种是复合传动的液体黏性调速器，如差动轮系液黏调速装置、液体黏性启动装置、Boss系统等。其中，美国道奇公司为带式输送机专门研制的差动式轮系液黏调速装置（CST）已在国内煤矿得到广泛的推广应用 液力调速软启动技术采用液力耦合器的传动特性使输送机驱动装置的机械特性变软，从而改善输送机的启动特性。具有调速功能的耦合器主要有三种：加长后腹腔型限矩型液力耦合器、DTPK型软充液限矩型液力耦合器和调速型液力耦合器。其中调速型液力耦合器是调速性能最好、应用最广泛的液力

6、调速装置。 2、软启动装置的特点及比较、软启动装置的特点及比较 1）变频调速装置）变频调速装置 变频调速装置的主要原理是：利用可控硅整流器先将50Hz的交流电变换为直流电，再由可控硅逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电供给鼠笼式异步电机，使电机现实无级调速。其优点是可控启动性能较好，可以变速运行，调速范围大、体积较小；电动机能满载启动，有验带功能；缺点是对环境的温度及清洁度要求较高，大功率的防爆变频器需进口，价格昂贵，维修困难。特别是用在大功率带式输送机时，电机功率很大，要求匹配相应的大功率的变频器，不仅必须依靠进口购买、价格昂贵，而且难以满足井下安全防爆的要求。另外，大功率变频

7、器的发热问题在井下也是一个不太容易解决的技术问题。 2）液力耦合器 液力耦合器是依靠液体环流运动来传递能量（力矩）的。环流的产生是由于泵轮转速大于透平轮转速。因此，液力耦合器实现能量（力矩）传递的条件是泵轮和透平轮之间存在转差。当两者转速相等时，液体的环流运动就消失，能量或力矩的传递也就停止了。转速差值的大小决定了传递力矩的大小。 在输送机系统中采用液力耦合器作为软启动装置的优点如下： （1）可以改善机器的启动性能。 （2）具有过载保护作用。 （3）提高电动机和工作机构的寿命。 （4）平衡各电动机的功率输出。 3）差动轮系液黏调速装置 差动轮系液黏调速装置（简称CST）是由减速器、差动行星轮系

8、、摩擦片液黏离合器、液压控制系统等组成，电机连接输入轴，内齿圈和离合器连接，行星轮架与输出轴为一体，并与负载连接，通过调节摩擦片之间的间隙来改变输出轴的转速，从而达到输送机的可控启动。差动轮系液黏调速装置的可控启动性能好，可以变速运行，有反馈系统，能够实现无级调速，并实时控制；缺点是控制复杂，使用要求较高，对油的黏度和清洁度要求特别高。 该技术特点是： （1）可随设定的加速度曲线启动，能显著降低带式输送机的启动张力，并减少输送带的震荡波，延长输送带的使用寿命； （2）可实现无级调速； （3）多机驱动时，能实现各驱动电机的功率平衡，平衡精度达98以上； （4）在过载情况下可实现双向过载保护； （

9、5）可分机顺序启动，减少对电网的冲击。二、防倒转逆止技术二、防倒转逆止技术 逆止器只限于使用在向上运行且停车时会出现反转的输送机上，即输送机上物料的下滑力大于输送机各种摩擦阻力的总和时，输送机会出现一个向下滑动的加速度，带动滚筒、减速器和电机等驱动系统反向运转，如不配备逆止设备，势必使整个系统反向运转速度越来越快，最终形成类似下运“飞车”的重大事故。出现上述情况的输送机主要是向上运行的输送机，但也不局限于此。例如，总体运行趋势是向下，但局部会出现向上运行的“V”形布局输送机，当物料主要集中在上行段时，输送系统也可能发生反转现象，该系统同样必须配备逆止器。逆止器的功能就是防止系统在任何工况下发生

10、反转，同时在重载起车时，当制动器松闸后，确保系统稳定。 1、类型与特点由于输送机反转时，从滚筒到减速器都会在物料下滑力的拖动下发生反向旋转，故逆止器的安装位置也从滚筒轴到减速器高速轴不一。根据安装位置的不同可分为高速轴逆止器和低速轴逆止器。高速轴逆止器的主要代表型号是NF系列非接触式逆止器，其应用转速可达10001500 rmin，主要安装在减速器高速轴和次高速轴上，通过齿轮传递力矩间接作用在滚筒轴上，质量小，成本低；低速轴逆止器主要是接触式逆止器，直接作用在滚筒上，逆止力矩大，逆止可靠性高，但成本较高，其应用转速一般不高于60 rmin，采用稀油润滑，国内产品最高转速可达75120 rmin

11、，国外产品最高转速可达90400 rmin。根据逆止副的结构不同，可分为圆柱形锲块逆止器和异形块逆止器。NF系列非接触式逆止器就是异形块逆止器，国产的NJ（NYD）、DSN系列等低速逆止器也是异形块逆止器；国外FALK、MARLAND公司产品是圆柱形锲块逆止器。 2、工作原理 圆柱形锲块逆止器就是一个圆柱超越离合器，它由内圈、外围、滚柱和弹簧组成，其外圈由防转轴座限位不转。输送机正常运转时，内圈随轴逆时针旋转，滚柱在锲形空间的大端，滚柱不起作用，内圈自由旋转；当设备发生反转时，内圈顺时针反向旋转，滚柱在弹簧力的作用下，向锲形空间的小端运动，滚柱在内、外圈之间施压，摩擦力逐渐增大，使得内圈不能运

12、动，起到逆止的作用。 异形块逆止器的工作原理与圆柱形锲块逆止器类似，其中起关键作用的是逆止器中的异形块。内圈按正常方向旋转时，异形块几乎不产生摩擦力；当发生反转时，异形块在摩擦力的作用下逐渐挤紧内、外圈，使内圈停止转动。三、卷带装置三、卷带装置 1、结构 卷带装置是由卷带机构、夹带机架和液压泵站操作系统组成的。 卷带机构是一个安装有液压低速大扭矩马达的、具有固定高度的、结实的机架。它有两个功能；一是它可被升高或降低去适应装输送带或拆输送带；另一是它可向侧面转动，方便取走卷好的输送带。 夹带机架由大槽钢件组成，两个固定带夹和一个可移动带夹都安装在机架上。每个带夹都包括带夹梁和两个带夹油缸。 液用

13、泵站操作系统包括所有操作夹带机架中夹带装置固定夹带油缸、可移动式夹带油缸的阀组、卷带机构在两个方向上动作的油缸阀组以及卷带可变速度控制的阀组等。 2、工作原理 将一空带芯装入卷带机构的上托架组件内，联上驱动机构（液压马达）且牢固固定。启动卷带装置泵站，检查液压管有无泄露或毁坏，检查有无异常噪音。完全升高卷带器臂，确保卷带机构架中心线与输送机中心线平行。降低运输机系统中输送带张力到卷带状态（低张力）。尽可能将输送带的机械接头位于夹带机架移动带夹与后带夹中间。使前带夹保持松带状，牢固地夹紧后带夹和移动带夹，操纵控制移动带夹的油缸阀组，推动移动带夹，以便使输送带在夹带机架上有少量松弛，这样更容易去掉

14、拆除机械接头。 机械接头拆除后，就推动移动带夹来拖动输送带，以便输送带端部可被放上且固定在卷带机构的托架带芯上。缠起松弛输送带，确保有23圈，松开移动带夹，输送带现在是低张力且液压卷带装置电机应停止运行，并将移动带夹移位到靠近前带夹处。准备就绪后，就可以操纵卷带控制阀，以便输送带以相同的速度开始卷带。当卷带完成后，且卷带的机械接头在移动带夹和后带夹之间，停止卷带且用移动带夹夹住输送带，稍微推动移动带夹以消除机械接头上的张力，然后拆开机械接头。 推动移动带夹到位后用前带夹夹住输送带，松开移动带夹且将它靠近前带夹，用移动带夹夹住输送带，然后前输送带夹松开输送带。再一次推动移动带夹去放更多的输送带，

15、以便能够将两输送带端部卡在一起，重新连接好机械接头。然后松开移动带夹且将它靠近前带夹，慢慢地松开后带夹和前带夹，完成整个卷带过程。操纵阀组，旋转卷带机构使托架与输送机垂直且降低托架高度使输送带落到地面上。松开带芯与上托架之间的连接，就可以取走整卷输送带了。四、自移机尾技术四、自移机尾技术 1、类型与特点、类型与特点 自移机尾有马蒂尔自移机尾和履带式自移机尾两种类型，履带式自移机尾结构复杂，常用的是马蒂尔自移机尾。该带式输送机自移机尾是顺槽运输设备桥式转载机与带式输送机的中间衔接装置，适用于高产高效工作面高进尺、快速推进的需要。同时该装置具有输送带跑偏调整、桥式转载机推移方向校直和自行前移等功能

16、，保证顺槽运输转载的通畅和衔接良好。 带式输送机自移机尾行走小车与桥式转载机机头通过销轴联成一体，构成机尾自移的支承点，行走小车连接耳板通过销轴与推移液压缸活塞杆相连接，推移液压缸缸体与机架通过销轴相连接，构成以桥式转载机为支承的机架自移系统。这样，在推移转载机时，行走小车与推移液压缸活塞杆随之一起前移，活塞杆缩回缸体内，完成一定推移步距后，进行机架的拉移工作。 2、工作原理、工作原理 带式输送机自移机尾可完成自行拉移、输送带跑偏调整及校直功能。其操作程序如下： （1）机架自行拉移操作 按采煤机截深距离推移前进，与其相连的行走小车也起按步距前移。 当桥式转载机按采煤机截深完成一定步距后，行走小

17、车也随桥式转载机前移距离，行走小车在轨道上的运行距离已到机架的前端，机架上的挡块阻挡行走小车继续前进。 这时与行走小车连接在一起的推移液压缸的活塞杆完成缩回缸体内进入机架自移系统的操作。 控制操纵阀手柄，操纵调高液压缸控制手柄，使高压工作液进入缸体腔抬起整体机架，使机架离开顺槽底板，完成拉移的准备工作。 控制操纵阀手柄，操纵推移液压缸控制手柄，使高压工作液进入缸体腔推动活塞杆伸出，推移液压缸缸体与机架相连，即拉动整体机架前移。 推移液压缸活塞杆完全伸出后，即完成整体机架拉移工作，进入下一个工作拉移机架的循环过程。注意：在拉移机架的过程中（大约持续3 min），应停止推移桥式转载机。 （2）调整

18、输送带跑偏的操作 当输送带向一侧跑偏时，可操作相应的调高液压缸或必要时尚需操作侧移液压缸，把机架相应一侧抬高或校正，直到输送带恢复到正常位置为止。 （3）校正带式输送机自移机尾及桥式转载机机头的操作 当桥式转载机机头与工作面前进方向偏斜时，或当带式输送机与带式输送机自移机尾发生偏斜时，可通过该装置进行校直，操作程序为： 操作调高液压缸使机架升起，离开顺槽底板。 操作侧移液压缸向所要求方向移动机架，调高液压缸与机架及滑靴以滑橇为支点，沿滑橇向预定方向移动。此时，滑橇偏向机架的一方。 操作调高液压缸将机架落到顺槽底板上，并使滑橇离开底板。操作侧移液压缸使滑橇恢复中位。 操作调高液压缸，使滑橇落在顺

19、槽底板上，同时升起机架离开顺槽底板，重复进行上述的侧移机架的动作，直到达到所要求的移动距离。 既可同时向一个方向移动机架的前、后端，也可以单独移动机架的一端，又可同向相反方向移动机架的前、后端，后者俗称“调角”。五、中间驱动技术五、中间驱动技术 1、工作原理 中间驱动技术是在我国煤矿运输中新近发展起来的一种带式输送机新型技术。顾名思义，中间驱动是把驱动功率的一部分放在带式输送机的中间段，使驱动功率分散开来，这样可以降低输送带运行时的最大张力，降低输送带的强度要求，增加了输送机的运距，降低带式输送机的制造成本。为了增大输送机的输送距离，国内外科研人员想了许多办法，例如直线电机驱动、胶轮驱动、直线

20、摩擦驱动和滚筒卸载驱动等多种中间驱动技术，应用得最为成功的是滚筒卸载式中间驱动技术和直线摩擦式中间驱动技术。 滚筒卸载式中间驱动方式是由驱动滚筒完成对输送带的驱动。依据欧拉公式，影响其输出牵引力的主要因素有三个：输送带在其与驱动滚筒奔离点的张力；输道带在驱动滚筒上的包角；驱动滚筒与输送带间的摩擦系数。驱动滚筒相遇点的输送带张力和奔离点的输送带张力都应满足欧拉公式。驱动滚筒的相遇点与奔离点的输送带张力有一较大落差，这一落差即为该驱动滚筒输出的牵引力。 直线摩擦式驱动方式，承载输送带压在驱动输送带上，当两者有相对运动趋势时其结合面将产生摩擦力。直线摩擦式中间驱动的工作原理是利用驱动输送带和承载输送

21、带间的摩擦力将中间驱动装置的动力传递给承载输送带，从而使承载输送带运转输送物料。 影响直线摩擦式中间驱动装置动力输出的主要因素有：承载输送带与驱动输送带间的接触压力；直线摩擦驱动段的长度；承载输送带与驱动输送带间的摩擦系数。驱动输送带和承载输送带间的摩擦力将中间驱动装置的动力传递给承载输送带，这样承载输送带的张力在与驱动输送带作用段内将会有一线性降低的过程，这一张力降低值即为中间驱动装置输出的牵引力。 2、关键技术 （1）输送机功率的合理分配 功率的合理分配对于带中间驱动装置的带式输送机的运行稳定性而言尤为重要，功率的分配直接影响到输送带的张力变化。虽然从理论上讲，中间驱动装置布置得愈多，愈能

22、降低承载输送带的张力。但是，对于输送机整机而言，头部驱动依然是输送机的主驱动部分，中间驱动仅仅是作为辅助性的驱动装置。因此，只要输送带强度许可，在功率分配时，还是应尽量发挥头部驱动的主驱动作用，增加头部的驱动功率。输送机机头驱动功率与中间驱动功率之比约为3 ：l时，可得最佳的输送机运行稳定性。 （2）输送机各驱动点带速同步 带有中间驱动装置的带式输送机能否正常运行，主要取决于各驱动点的带速能否保持同步。如果产生“涌带”现象，将致使中间驱动失效；致使各驱动单元的电机负载不平衡，造成某个驱动单元超载而使输送机无法正常工作。在实际使用中，由于电动机特性的差异和由于制造质量、表面磨损等原因使驱动滚筒直

23、径不同等因素，总会使得各驱动点的带速不同步。为了保证输送机的正常运行，中间驱动装置处的带速要稍低于主驱动装置处的带速，约低2，既可避免拉断输送带，又可防止在中间驱动装置前输送带“涌带”现象的发生。目前国内外主要采用液力调速装置来解决这一关键技术。 （3）中间驱动装置前承载输送带的下垂度控制 控制承载输送带下垂度，实际上就是要保证承载输送带的最小张力达到某一个值，以保证输送机的正常运行，通过下面三种方法来控制承载带的下垂度：对承载带施加一个预张紧力，使承载带的下垂度保持在0.25以内；选用响应速度快的自动张紧装置；确定量佳的安装张紧装置的位置。 以上三个关键技术，只有通过软启动技术、自动张紧技术

24、、电控与监测自动化技术等的相互配合，即机电体化技术，才能得以解决。六、自控张紧技术六、自控张紧技术 自控张紧装置的特点如下： （1）输送机启动拉力和正常运行拉力可根据带式输送机张力的需要任意调节，完全可以实现启动拉力为正常运行时的1.31.5倍的要求。电液系统一旦调定后，张紧装置即可按预定程序自动工作，保证输送机在理想状态下运行。 （2）动态响应快。带式输送机启动时，处于非稳定状态，张紧装置可及时补偿输送带的弹性震荡，有效实现带式输送机的动态张紧。从而减小了带式输送机启动时的冲击载荷，使输送机启动平稳可靠，同时可避免张紧装置对输送带的过张紧现象。 （3）具有断带时及时提供断带检测信号，以及控制

25、输送机自动停机和输送带打滑时自动增加张紧力等保护功能。 （4）可与集控装置连接，实现对张紧装置的远距离控制。 目前国内带式输送机常用的自动张紧种类有：全油缸型、液压油缸电动绞车或液压绞车型、APW型自控张紧装置、HDW型自控张紧装置。 全油缸型自控液压张紧装置张紧行程较小，多用于输送距离较小的强力输送机。对于大运量、长距离、大功率强力带式输送机一般多采用油缸电动绞车或液压绞车型张紧装置，以满足张紧行程大、张紧拉力大、动态响应快的要求。APW（HDW）自动张紧绞车为国外进口产品，价格昂贵，管理维修费用高。多用于大型顺槽可伸缩带式输送机。 目前国产自控张紧装置（全油缸型、液压油缸电动绞车或液压绞车

26、型）在带式输送机上的应用相当广泛。其具有以下特点： （1）动态张紧装置响应速度较快，稳定性较高； （2）可根据输送机工况及时对胶带张力做出判断，根据判断随时调节张紧力的大小； （3）在输送机启动时，松边的胶带能够被及时张紧，可大大改善输送机的启动特性； （4）能够动态实现输送机启动拉力和正常运行拉力根据带式输送机张力的需要任意调节，可以实现启动拉力为正常运行时的1.31.5倍的要求，保证输送带在启动时不打滑及输送带正常运行时张紧力不至于过大，从而做到动态调节，使输送带在理想状态下运行，节约了能耗，并延长了输送带的使用寿命； （5）具有断带时及时提供断带检测信号，以及控制输送机自动停机和输送带打

27、滑时自动增加张紧力等保护功能； （6）可与集控装置连接，实现对张紧装置的远距离控制。全油缸型自控张紧装置主要由液压站（含蓄能器）、油缸、电控箱、附件等组成。其张紧行程较小，响应速度快。多用于输送距离较小的强力输送机。油缸电动绞车或液压绞车型主要由液压站（含蓄能器）、油缸、电动绞车或液压绞车、电控箱、附件等组成。其张紧行程大，多用于长距离带式输送机和顺槽可伸缩带式输送机上，不足之处是动态响应速度偏慢，有待改进。七、可弯曲技术七、可弯曲技术 而弯曲带式输送机与普通带式输送机相比，可减少地下硐室、驱动装置等的投资，由于减少了驱动装置，设备维护量相应减少，故障点也相应减少，因而有更高的经济效益。 弯曲

28、带式输送机除弯道处的部分结构部件外，其他重要部件如驱动装置、张紧装置、输送带等都可与普通带式输送机通用。而合理确定弯曲带式输送机的转弯半径，不仅可减少投资和维护等费用，而且对保证输送机运行的安全性和可靠性有重要意义。 弯曲带式输送机在弯道内采用的技术措施： （1）在弯道内托辊架上加装一个竖立托辊，防止输送带向内跑偏值过大。 （2）将带式输送机弯道内曲线抬高一定角度，使运行输送带受力良好。使输送带和物料的重力产生指向弯道外侧的分力，减少输送带向弯道内侧的偏移值。 （3）由于弯道内输送带所受的向心力和反作用力的作用，弯道内的输送带由转弯起始点起，始终有向内偏移的倾向。这一倾向如不能够得到及时修正，

29、将使输送带的向内跑偏值逐步累积至输送带脱离设计的运行曲线，使输送带不能平稳运行。为了减少这一倾向的影响，使弯道内托辊的轴线与弯曲曲线的法线方向有一微小夹角，使摩擦阻力产生离心方向的分力，减少输送带向内跑偏。 第二节第二节 提升机综合自动化控制系统提升机综合自动化控制系统 一、上位机监控系统一、上位机监控系统 主要采用工控机、工控机与触摸屏一体机和打印机等。上位机监控系统主要实现人机通信、监视、控制与操作；系统运行状态、速度曲线、电流曲线、当前故障、生产报表等显示。打印机可以实时打印事故记录、生产报表、系统运行数据。同时，上位机监控系统可以同全矿的生产、管理系统交换数据，实现网络化的控制及管理。上位计算机配置以太网卡，按标准以太网协议与PLC通信，作为操作员站、工程