煤矿井下“软启动”设备的选型与分析

论文导读：“软启动”设备在煤矿井下已得到广泛的使用，如CST、恒充式和阀控充液式液力偶合器、调速型液力偶合器、变频软启动、高压软启动、变极调速等。近年来，为适应复杂矿区的煤层开采条件，设备选型朝大型化、重型化方向发展，逐步实现“设备现代化，系统自动化，管理信息化”。
关键词：软启动，选型，探讨
 

“软启动”设备在煤矿井下已得到广泛的使用，如CST、恒充式和阀控充液式液力偶合器、调速型液力偶合器、变频软启动、高压软启动、变极调速等。本文将从“软启动”设备的类型、性能特点以及国内“软启动”设备调研情况出发，阐述适应煤矿井下条件的“软启动”类型，目的是选择合适的技术，既讲求实效，又节电增益，确保设备的安全运转。

1.“软启动”是煤矿大型、重型设备启动的必然要求

近年来，为适应复杂矿区的煤层开采条件，设备选型朝大型化、重型化方向发展，逐步实现“设备现代化，系统自动化，管理信息化”。因此，随着装机功率、装备水平的提高，起动问题将成为设备选型的关键问题，“软启动”也必将成为设备选型的唯一选择。

所谓的“软启动”实际上就是对设备的启动过程进行控制，按其预定的、合理的启动加速度启动。例如，输送胶带机启动，由公式：

FQ=FZ+∑M·a

FQ————启动时输送机的圆周力

FZ————正常运行时输送机的圆周力

∑M———输送机总的等效质量（包括其上的货物）

a—————启动加速度

由上式可见，启动加速度大，启动时的圆周力越大。启动所需的功率越大，传动系统本身所受到的启动冲击越大，对关键零部件破坏力就越大。使用“软启动”技术，启动加速度可以得到很好的控制，以上不利因素都可得到有效避免，设备的故障率大大降低，同时供电系统的启动条件、保护条件都容易得到满足。设备的装机功率越大，设备对“软启动”要求就会越强烈。因此，“软启动”是煤矿大型、重型设备启动的必然选择。

2.“软启动”设备类型分析

国内外采用的两种“软启动”类型：一种是调节偶合器转速，即机械“软启动”；另一种是调节电机转速，即电气“软启动”。因电气“软启动”控制的是电机，因此系统得以简化。

2.1机械“软启动”装置

2.1.1恒充式液力偶合器

恒充式液力偶合器代表产品为福伊特恒充式液力偶合器。其主要部件为两个叶轮——泵轮和涡轮，以及外轮壳。两个叶轮相向安装，动力传动部件间没有机械接触，动力传动实现最小的机械磨损。偶合器内有恒定容积的工作液体，通常为矿物油。驱动电机输出的转矩在与之相连的泵轮中转变成工作液体的流动能量，然后在涡轮中将这种流动能量重新转变成机械能。力矩的建立取决于偶合器的特性曲线，同时启动特性受到适当组合的补偿腔(延充腔，侧辅腔)的影响。

2.1.2阀控充液式液力偶合器

其代表产品为福伊特阀控充液式液力偶合器，原理同恒充式液力偶合器，结构上它减少“延充腔，侧辅腔”，增加了充液阀和进液阀，用充进阀来控制偶合器内部的水量和水交换，从而能平稳而迅速地建立力矩。

2.1.3调速型液力偶合器

调速型液力偶合器和以上两种的原理基本相同，只是偶合器腔体内液体量的调节方式不一样，调速型液力偶合器选用油作传递动力的液体，采用导流管（勺杆）机构位置变化来调节腔体内液体量的多少，从而达到调速的目的。

2.1.4液粘型“软启动”装置

液粘型软启动装置是根据液体粘性传动原理设计的传动装置。

液粘离合器功率传递的主体部件是两组彼此穿插的摩擦片，润滑油从其中强制通过。论文格式。两组摩擦片中的一组称主动摩擦片（主动摩擦片可以轴向移动），与输入轴接连，另一组称从动磨擦片，与输出轴连接，通过控制离合器工作活塞的油压来改变两组摩擦片（对偶片）的间距，从而增减它们之间的粘着力，完成液粘离合器的调速功能。

2.1.5 CST“软启动”装置

CST主要由一级普通斜齿轮传动加一级行星齿轮减速机构、液体粘性制动器、传感器以及液压驱动装置等机械和电子部件组成。

这种“软启动”装置与减速箱合二为一，它利用了行星差动轮系特点，将内齿圈作为第二个输入主动件，用液粘制动器（同液粘软启动装置中的液粘偶合器）来控制内齿圈的转速，从而控制输出轴的转速。

2.2电气“软启动”装置

2.2.1变极“软启动”装置

这种软启动就是使用多极（多速）电机，采用多回路组合开关，优点是运行可靠，运行效率高，控制线路很简单，容易维护，对电网干扰小，初始投资低。但它不能实现平滑调速，只能分级调速，从而限制了它的使用范围。

2.2.2调压“软启动”装置

从电机原理知道，异步电机的转矩在一定转差率下，与定子电压平方成正比，改变定子电压就可以改变电动机的机械特性，从而实现调速。论文格式。目前广泛使用可控硅交流开关实现连续调压。尽管这种软启动采用了先进的数字控制技术，使系统控制精度提高，抗扰能力增强，但转子损失大将限制这种调速方法的使用。

2.2.3变频“软启动”装置

变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，在综采综掘系统中，应用最广的交－直－交变频器，它是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经整流成直流，再由电力电子器件逆变为电压和频率可调的交流电源，整个变频装置称为变频器。

3.几种“软启动”装置的性能比较

3.1机械与电气“软启动”装置的性能比较

机械“软启动”CST最具有代表性，电气“软启动”调压和变频最具有代表性，因此，将最具代表性的“软启动”放在一起，见下表。

三种“软启动”设备性能价格比较表

4.实际应用情况调查

调查中，国内矿井主要使用如下几种类型的软启动，CST、阀控充液式液力偶合器、恒充式液力偶合器、调速型液力偶合器、粘液偶合器、高压软启动（调压）、变极软启动、变频软启动。在这些软启动中，CST使用效果最好，粘液偶合器、高压软启动（调压）使用效果次之，阀控充液式液力偶合器和变频软启动使用效果有好有坏，变极软启动在700KW以下时使用较普遍，恒充式液力偶合器在中小功率的运输设备中应用广泛，调速型液力偶合器使用效果普遍不好。

5.煤矿井下“软启动”设备选型分析

根据以上对“软启动”类型性能分析、比较和实际应用调查，主运输系统应首先考虑CST；采掘运输系统，大功率链板机采用变极调速软启动或阀控充液式液力偶合器，大功率皮带机采用粘液偶合器或调压软启动或变频调速软启动，中小功率采用液控外施闸“软启动”或恒充式液力偶合器（大后辅腔）；乳化泵站采用变频调速软启动或直接启动；主排水泵采用可控硅调压软启动。通风设备采用变频调速软启动或直接启动。

应当看到，有的设备在采区使用生命力不强，一是选型不当，二是采区职工的技术培训跟不上，使管理者、操作者、维修者的素质达不到要求。三是环境差，安装难以满足要求。论文格式。因此，尽量选择维护量小，环境要求低的软启动装置，才能够适应采区的软硬件环境，符合采区的主客观要求。在调速方式的选择上，重要的是选择合适的技术以及较高的性价比，提倡因地制宜、讲求实效。