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摘 要：为了使胶带输送机达到安全可靠、高效节能、低噪声、免维护、运行平稳等特点，安阳市主焦煤业有限责任公司在23采区皮带下山采用智能变频永磁直驱系统替代了传统机械驱动装置的胶带输送机，抛弃了异步电动机、减速器、液力耦合器，直接驱动生产机械，使传动系统结构简化、效率提高、噪音降低、安装方便。
关键词：智能变频 永磁直驱系统 高效节能
中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0030-02
1 工程简介
安阳市主焦煤业有限责任公司井田位于河南、河北两省交界处，行政区划分属河北省磁县观台镇和河南省安阳县伦掌乡，南邻红岭煤矿，北接河北省观台井田。矿井核定产能为60万t/年，为立井、暗斜井，多水平开采方式，一对主、副立井，井深均为280m，现开采水平为-350水平。根据井下开拓开采布置和矿井产量的提升，在23采区皮带下山需要安装一部固定式带式输送机。主焦煤业23采区为22采区接替新采区，其23采区皮带下山主要用于23采区行人、煤炭运输、通风等作用。23采区皮带下山提升高度130m，平均坡度11°，小时运量按Q=630t/h进行设计。
2 智能永磁直驱系统的性能特点
智能永磁直驱系统采用“永磁直驱电机”替代传统的机械驱动装置，抛弃了异步电动机、减速器、液力耦合器，直接驱动生产机械，使传动系统结构简化、效率提高、噪音降低、安装方便，而且工人无需再进行日常维护、检修，从而节约了大量的人力、物力成本。
传统胶带输送机与智能永磁直驱系统胶带输送机如图1所示。
2.1 驱动系统智能化
该系统运用无传感器矢量控制技术（SVC）变频起动，能实现系统传动的缓慢匀速起动，避免了电机起动的瞬间大电流给电网带来的冲击，以及转矩波动给传动系统带来的机械冲击，由此降低了系统的电网故障和机械故障。当系统需要多电机驱动时，通过主从控制实现功率平衡，能够避免因出力不均而造成的电机损坏。同时该系统采用物联网技术，可以实现无人值守、远程控制、在线监控、故障诊断。
2.2 转动转矩大、过载能力强
传统驱动系统使用的异步电动机的起动转矩通常是额定转矩的55%，无法实现系统满载起动，而智能永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的起动转矩是额定转矩的220%，当工况需要满载或过载起动时，无需人工卸载，即可直接起动，避免因堵转、过载而造成的电机损坏，同时极大地减轻了操作工人的劳动强度。
2.3 系统免维护
由于该系统不需要减速器、机械软起装置，因此，在实际使用中无需更换润滑油、检修齿轮箱，节约了使用成本、减低了维护工作量。
2.4 高效节能
（1）电机转子为永磁体，无需励磁，损耗小，效率高。
（2）无减速系统及附属的液压系统和冷却系统，使得中间损耗近似为0，传动效率近似100%。
（3）高效区广，永磁电机在0%～120%额定负载范围内效率普遍高，不仅在额定工作点的效率高，在低负载、低速条件下也有相当高的效率。
3 主焦煤业23采区带式输送机主要技术要求
23采区皮带下山带式输送机为固定式，倾斜布置，机头卸载，机尾装载。采用智能变频永磁直驱系统传动（2个传动滚筒、2台电动机、低压交流变频），自动液压绞车拉紧，钢丝绳芯阻燃输送带，按煤矿安全规程配置急停闭锁、跑偏、堆煤、烟雾、纵向撕裂、超温、洒水、打滑等保护装置，具有声光报警功能。
（1）驱动装置。采用2个传动滚筒、2台电动机驱动。带式输送机采用矿用隔爆型永磁同步变频电动机，功率250kW，电压等级660/1140V。
（2）电动机。采用矿用隔爆型永磁同步变频电动机，要求电动机效率高，精度高，每天能连续22h满负荷运转，运行稳定，始终保持正常的工作温度。
（3）联轴器。电机采用蛇形弹簧联轴器与滚筒轴直接相连，使用系数要求大于1.5倍的电动机驱动功率。
（4）滚筒。滚筒的选择严格按照带式输送机功率进行计算，其许用扭矩满足带式输送机满负荷启动和各种工况下的要求。滚筒轴其许用扭矩及许用合力均应满足设计要求。滚筒轴材料为锻钢40Cr，采用超声波或磁粉探伤。滚筒装配时轴承与轴承座油腔内应充以3号锂基润滑脂，軸承填充量为轴承间隙的2/3，轴承座中应填满。滚筒装配后应转动灵活，运转阻力系数小于0.02。滚筒采用铸胶，材质聚氨酯，刻菱形花纹，厚度不少于25mm，表面不允许有气泡、裂痕、开胶、脱层现象，各滚筒配用SKF轴承。涨紧套选用正规品牌，有合格的出厂检验报告、编号。
（5）托辊。托辊直径全部Φ133，托辊在正常使用条件下的使用寿命不低于25000h。承载托辊组全部采用35°槽形托辊组，间距1500mm，每10组承载托辊组中设1组调心托辊组。回程托辊组全部采用V型前倾托辊组，槽角10°，间距3000mm，7组回程托辊组中设1组调心托辊组，托辊离地间隙不小于400mm。受料处采用缓冲床组，受料段总长4.5m，设置3套缓冲床。
（6）张紧装置。采用自动液压绞车拉紧装置，最大张紧力>130kN。
（7）支架。带式输送机的头部支架、尾部支架、拉紧装置支架、传动装置支架有足够的刚度和强度，其制造误差不得超过有关标准的要求。机头后部设置涨紧装置并满足不少于50m涨紧储带。制造所使用的板材与型材选用优质钢材，并经过钢材预处理生产线喷丸处理。钢板、型钢下料均无裂纹、裂缝、皱纹等，并清除毛刺。焊缝不得有烧穿、裂纹、未熔合、未焊透、未焊满等现象。支架焊接工艺应符合有关标准要求，主要受拉的焊接部位应进行探伤检查。
（8）逆止器。逆止器选用NJZ100型，数量2台，单台逆止力矩100kN·m。 （9）制动器。制动器选择KZP1000/2×100盘式制动器1台，制动力矩45kN·m。
（10）机身。机身采用钢架落地式，中间架和中间架支腿采用螺栓连接，中间架每3m为一节，中间架支腿每3m布置一个。中间架采用120×53×5.5号槽钢，支腿为DTII型。
（11）机尾。机尾采用固定式三角头架机尾。
（12）清扫器。输送机头部设置H型、P型清扫器各1道，机尾设置两道空段清扫器，均采用高分子聚氨酯材料刮刀。
4 智能永磁直驱系统胶带输送机的使用效果
由于主焦煤业公司23采区综采工作面和掘进工作面产出的原煤及矸石全部通过胶带输送机进行运输，如何提高系统运输效率成为关键因素。23采区皮带下山通过使用配套永磁直驱变频驱动装置的胶带输送机，使驱动设备结构大大简化。
（1）省去减速箱。每年节省减速箱直接使用的齿轮油费用约1.2万元。
（2）省去液力耦合器。使电机直接与传动滚筒进行刚性连接，过载系数由原来的0.8提高至2.5，满足了现场设备重载起动要求。
（3）效率、节能有所提高。电机机械传动效率由原来的75%提高至95%，节能效率提高20%。
（4）传动设备实现免维护，使工人维修劳动强度大大降低。
（5）通过变频，运行速度可实现由0.2～2.4m/s的高低速实时调节，极大提高了生产效率。
5 结语
主焦煤业公司23采区皮带下山胶带输送机使用智能永磁直驱系统后，与传统带式输送机系统相比去掉了减速机、液力耦合器和同步齿轮，具有安全可靠、高效节能、低噪声、免维护、运行平稳等特点，其中永磁电动机效率达到了国家一级耗能（IE4）標准，具有高级数、可输出较大转矩的特点，从而使传动系统的机械结果变得简单，既提高了设备效率，又降低了成本。因此，智能永磁直驱系统在胶带运输方面的应用将会成为一种趋势。
参考文献
[1] 乔爱凤.永磁直驱变频装置在皮带运输机中的应用[J].山西焦煤科技，2013（11）：31-35.
[2] 王勇，张君勇，杨海鹏，等.胶带运输机配备永磁电动机的节电研究及应用[J].能源技术与管理，2017，42（1）：170-172.
[3] 郝亚峰，田占元，邓增社.直驱永磁电动机在煤矿的应用[J].煤矿机电，2013（4）：106-107.
[4] 孙晓燕，赵利杰，姜明学.带式输送机用永磁偶合器传动设计[J].煤矿机电，2015（1）：49-50.
[5] 李万魁.基于DSP的永磁同步电机控制器研究[J].机电技术，2014（2）：68-71.
关键词：智能变频 永磁直驱系统 高效节能
中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0030-02
1 工程简介
安阳市主焦煤业有限责任公司井田位于河南、河北两省交界处，行政区划分属河北省磁县观台镇和河南省安阳县伦掌乡，南邻红岭煤矿，北接河北省观台井田。矿井核定产能为60万t/年，为立井、暗斜井，多水平开采方式，一对主、副立井，井深均为280m，现开采水平为-350水平。根据井下开拓开采布置和矿井产量的提升，在23采区皮带下山需要安装一部固定式带式输送机。主焦煤业23采区为22采区接替新采区，其23采区皮带下山主要用于23采区行人、煤炭运输、通风等作用。23采区皮带下山提升高度130m，平均坡度11°，小时运量按Q=630t/h进行设计。
2 智能永磁直驱系统的性能特点
智能永磁直驱系统采用“永磁直驱电机”替代传统的机械驱动装置，抛弃了异步电动机、减速器、液力耦合器，直接驱动生产机械，使传动系统结构简化、效率提高、噪音降低、安装方便，而且工人无需再进行日常维护、检修，从而节约了大量的人力、物力成本。
传统胶带输送机与智能永磁直驱系统胶带输送机如图1所示。
2.1 驱动系统智能化
该系统运用无传感器矢量控制技术（SVC）变频起动，能实现系统传动的缓慢匀速起动，避免了电机起动的瞬间大电流给电网带来的冲击，以及转矩波动给传动系统带来的机械冲击，由此降低了系统的电网故障和机械故障。当系统需要多电机驱动时，通过主从控制实现功率平衡，能够避免因出力不均而造成的电机损坏。同时该系统采用物联网技术，可以实现无人值守、远程控制、在线监控、故障诊断。
2.2 转动转矩大、过载能力强
传统驱动系统使用的异步电动机的起动转矩通常是额定转矩的55%，无法实现系统满载起动，而智能永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的起动转矩是额定转矩的220%，当工况需要满载或过载起动时，无需人工卸载，即可直接起动，避免因堵转、过载而造成的电机损坏，同时极大地减轻了操作工人的劳动强度。
2.3 系统免维护
由于该系统不需要减速器、机械软起装置，因此，在实际使用中无需更换润滑油、检修齿轮箱，节约了使用成本、减低了维护工作量。
2.4 高效节能
（1）电机转子为永磁体，无需励磁，损耗小，效率高。
（2）无减速系统及附属的液压系统和冷却系统，使得中间损耗近似为0，传动效率近似100%。
（3）高效区广，永磁电机在0%～120%额定负载范围内效率普遍高，不仅在额定工作点的效率高，在低负载、低速条件下也有相当高的效率。
3 主焦煤业23采区带式输送机主要技术要求
23采区皮带下山带式输送机为固定式，倾斜布置，机头卸载，机尾装载。采用智能变频永磁直驱系统传动（2个传动滚筒、2台电动机、低压交流变频），自动液压绞车拉紧，钢丝绳芯阻燃输送带，按煤矿安全规程配置急停闭锁、跑偏、堆煤、烟雾、纵向撕裂、超温、洒水、打滑等保护装置，具有声光报警功能。
（1）驱动装置。采用2个传动滚筒、2台电动机驱动。带式输送机采用矿用隔爆型永磁同步变频电动机，功率250kW，电压等级660/1140V。
（2）电动机。采用矿用隔爆型永磁同步变频电动机，要求电动机效率高，精度高，每天能连续22h满负荷运转，运行稳定，始终保持正常的工作温度。
（3）联轴器。电机采用蛇形弹簧联轴器与滚筒轴直接相连，使用系数要求大于1.5倍的电动机驱动功率。
（4）滚筒。滚筒的选择严格按照带式输送机功率进行计算，其许用扭矩满足带式输送机满负荷启动和各种工况下的要求。滚筒轴其许用扭矩及许用合力均应满足设计要求。滚筒轴材料为锻钢40Cr，采用超声波或磁粉探伤。滚筒装配时轴承与轴承座油腔内应充以3号锂基润滑脂，軸承填充量为轴承间隙的2/3，轴承座中应填满。滚筒装配后应转动灵活，运转阻力系数小于0.02。滚筒采用铸胶，材质聚氨酯，刻菱形花纹，厚度不少于25mm，表面不允许有气泡、裂痕、开胶、脱层现象，各滚筒配用SKF轴承。涨紧套选用正规品牌，有合格的出厂检验报告、编号。
（5）托辊。托辊直径全部Φ133，托辊在正常使用条件下的使用寿命不低于25000h。承载托辊组全部采用35°槽形托辊组，间距1500mm，每10组承载托辊组中设1组调心托辊组。回程托辊组全部采用V型前倾托辊组，槽角10°，间距3000mm，7组回程托辊组中设1组调心托辊组，托辊离地间隙不小于400mm。受料处采用缓冲床组，受料段总长4.5m，设置3套缓冲床。
（6）张紧装置。采用自动液压绞车拉紧装置，最大张紧力>130kN。
（7）支架。带式输送机的头部支架、尾部支架、拉紧装置支架、传动装置支架有足够的刚度和强度，其制造误差不得超过有关标准的要求。机头后部设置涨紧装置并满足不少于50m涨紧储带。制造所使用的板材与型材选用优质钢材，并经过钢材预处理生产线喷丸处理。钢板、型钢下料均无裂纹、裂缝、皱纹等，并清除毛刺。焊缝不得有烧穿、裂纹、未熔合、未焊透、未焊满等现象。支架焊接工艺应符合有关标准要求，主要受拉的焊接部位应进行探伤检查。
（8）逆止器。逆止器选用NJZ100型，数量2台，单台逆止力矩100kN·m。 （9）制动器。制动器选择KZP1000/2×100盘式制动器1台，制动力矩45kN·m。
（10）机身。机身采用钢架落地式，中间架和中间架支腿采用螺栓连接，中间架每3m为一节，中间架支腿每3m布置一个。中间架采用120×53×5.5号槽钢，支腿为DTII型。
（11）机尾。机尾采用固定式三角头架机尾。
（12）清扫器。输送机头部设置H型、P型清扫器各1道，机尾设置两道空段清扫器，均采用高分子聚氨酯材料刮刀。
4 智能永磁直驱系统胶带输送机的使用效果
由于主焦煤业公司23采区综采工作面和掘进工作面产出的原煤及矸石全部通过胶带输送机进行运输，如何提高系统运输效率成为关键因素。23采区皮带下山通过使用配套永磁直驱变频驱动装置的胶带输送机，使驱动设备结构大大简化。
（1）省去减速箱。每年节省减速箱直接使用的齿轮油费用约1.2万元。
（2）省去液力耦合器。使电机直接与传动滚筒进行刚性连接，过载系数由原来的0.8提高至2.5，满足了现场设备重载起动要求。
（3）效率、节能有所提高。电机机械传动效率由原来的75%提高至95%，节能效率提高20%。
（4）传动设备实现免维护，使工人维修劳动强度大大降低。
（5）通过变频，运行速度可实现由0.2～2.4m/s的高低速实时调节，极大提高了生产效率。
5 结语
主焦煤业公司23采区皮带下山胶带输送机使用智能永磁直驱系统后，与传统带式输送机系统相比去掉了减速机、液力耦合器和同步齿轮，具有安全可靠、高效节能、低噪声、免维护、运行平稳等特点，其中永磁电动机效率达到了国家一级耗能（IE4）標准，具有高级数、可输出较大转矩的特点，从而使传动系统的机械结果变得简单，既提高了设备效率，又降低了成本。因此，智能永磁直驱系统在胶带运输方面的应用将会成为一种趋势。
参考文献
[1] 乔爱凤.永磁直驱变频装置在皮带运输机中的应用[J].山西焦煤科技，2013（11）：31-35.
[2] 王勇，张君勇，杨海鹏，等.胶带运输机配备永磁电动机的节电研究及应用[J].能源技术与管理，2017，42（1）：170-172.
[3] 郝亚峰，田占元，邓增社.直驱永磁电动机在煤矿的应用[J].煤矿机电，2013（4）：106-107.
[4] 孙晓燕，赵利杰，姜明学.带式输送机用永磁偶合器传动设计[J].煤矿机电，2015（1）：49-50.
[5] 李万魁.基于DSP的永磁同步电机控制器研究[J].机电技术，2014（2）：68-71.