带式输送机驱动系统优化设计

【摘要】本文将皮带机驱动部分现有三项异步电机驱动改造为永磁电机驱动，取消了减速机、偶合器等中间环节，通过对比结果显示，有效的提高传动效率，降低驱动部分故障率，保证了煤炭输送量。

【关键词】带式输送机；永磁电机；优化

引言

永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，不含直流电机的换向器和电刷点。和异步电动机相比，不需要无功励磁电流，效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；与普通同步电动机相比，不含励磁装置，结构简单，效率高。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制。可见，采用永磁同步电动机取代异步电动机用于大功率带式输送机的驱动是非常有效的节能办法。

1改造方案

1.1已知工况

本文根据潘集某矿西翼2×75KW“智能永磁直驱系统”带式输送机项目设计。皮带机额定运量Q=600（t/h） 、带宽：B=1000（mm）、带速：V=2.5（m/s） 、巷道倾角：β=0～8°、水平运距： Lh=620（m） 、巷道拐弯角度：98.5°、皮带机轴功率：N=115（kW）。原驱动部分由电动机、减速器、液力偶合器组成，驱动部中间环节较多，维护环节多；传动效率低，用电量偏大；驱动部体积偏大，对巷道及硐室要求高，安装工作量大。

1.2带式输送机驱动部改造

根据永磁电机主要技术参数和关于本皮带机工况的技术要求，拟采用75kW永磁直驱系统。皮带机配用两套永磁直驱系统，永磁直驱系统单台额定功率75kW、额定电压1140V、额定频率27Hz、额定转速81 r/min、额定转矩26528N.m、过载转矩/额定转矩2.2倍、起动转矩/额定转矩2倍、电动机冷却方式为水冷、配套变频器为BPJ系列变频器配套变频器额定输入频率50Hz。

传统的带式输送机驱动系统如图1所示，通过异步电动机、液力偶合器、减速器将动力传给滚筒带动皮带运动。该系统的传动方式明显的缺点是：由于通过几级传动，该驱动系统的效率低，启动不平稳，重载启动困难。由于构成的部件多，需要对减速器、液力偶合器等部件的维护及更换，增加用户的日常工作量。

经技术改造后的无齿轮永磁直驱皮带机系统，由永磁同步电机、永磁同步变频器和皮带机机头组成，如图2所示。由于永磁电动机达到国家一级能耗标准，具有高极数，可输出较大的转矩和较低的转速。与传统带式输送机系统相比，去掉了液力偶合器、减速器，可以直接驱动传动滚筒吗，减少了中间传动环节，增加了传动效率；另外，变频器可实现整个系统的软启动和多驱动电机间的功率平衡。与传统皮带系统相比具有高效、节能、低噪音、免维护、启动转矩大、运行平稳等特点。

从图1、2可以看出，永磁电机驱动方案与传统的异步电机比较，取消了减速机、液力偶合器等中间环节，减少了维护，增大了传动效率。因此，与传统的异步电机相比较，采用永磁同步电机驱动的皮带机主要有以下几点优势：

2.1安全性比较

永磁直驱电动机绝缘采用真空灌封技术，比异步电动机绝缘好，防水、防尘、防污效果显著，适用于煤矿井下环境较差的工况。永磁直驱系统中间环节少，故障率低，可靠性较高。自安装以来智能永磁直驱系统运行稳定，未出现过任何故障。

2.2井巷工程比较

永磁直驱系统方案驱动部分没有减速器、偶合器和联轴器等构成，驱动部分尺寸比异步电动机大大减小，西翼矸石大巷现有两个专门为原有电机设计的硐室，其单个造价约为14万，合计约28万。因此永磁直驱系统的驱动系统，今后不需要新建硐室，大大降低了工程成本。

2.3安装工程比较

永磁直驱系统方案驱动部没有减速器，与传动滚筒采用直连方式，因此其安装工程量明显小于异步电动机方案。

2.4维护量比较

异步电动机方案驱动部日常维护量主要为减速器换油及联轴节的检查维护（由于井下地压较大定期需要对连接部位进行找正）。永磁直驱系统方案驱动部日常维护量主要为水冷装置的维护。异步电动机方案维护量大于永磁直驱系统方案。

2.5成本比较

异步电动机方案驱动部分由变频器、异步电动机、减速器及联轴器组成，成本约77万，永磁电机及配套变频器约为110万。

2.6用电费用比较，如表1，表2所示

在同一运量下，永磁直驱系统方案比异步电动机方案一年节约用电34.56万度，节约电费约为29.3万元（单台电机）。

3结束语

永磁电动机绝缘采用真空灌封技术，防水、防尘、防污效果显著，适用于煤矿井下环境较差出煤或出矸系统。永磁直驱电动机采用直接转矩控制方式，能恒定输出额定负载转矩2倍以上的起动转矩，采用永磁直驱系统减少了減速器和高速轴联轴器，具有中间环节少，传动效率高，节能效果明显等特点，属节能新技术，是煤矿未来驱动技术的发展方向。该系统在胶带机需要重载起动的工况下，相比异步电动机性能优势较为明显。

参考文献

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作者简介：高汉利 （1976.2--），男，安徽淮南人，工程师，现在淮南比淮机械有限公司主要从事带式输送机的设计工作。