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    堆取料机的调速研究(摘要)

李毅民 王英洁 石长忠 2011年4月30日

  堆取料机是现代移动散料装卸机械的主要设备,应用在港口、电厂、冶金、水泥、矿山等行业的原料场。堆取料机有许多种形式,其中包括斗轮式、刮板式、滚筒式等。堆取料机的各个机构随着技术的进步逐渐采用先进的调速方式进行调速。通过调速较容易地对取料能力进行相应的调整,并提高了设备的性能与可靠性。堆取料机调速的目的主要有:提高效率,减少冲击,调整取料能力。
1.摇臂式斗轮堆取料机或斗轮取料机回转机构的调速
    斗轮堆取料机的回转机构通常在回转角度范围内为变速运行,速度的变化方法一般采用与轨道长度方向的夹角余弦函数的倒数成正比的速度变化规律调速。过去由于控制技术水平的限制采用的是分三级直流电机可控硅调速的方法。现在,随着先进的交流变频电机技术及直流电机控制技术的应用,斗轮堆取料机回转机构普遍采用连续调速的方法调整回转机构的转速。
对应的回转角速度为: ω=ω0 (1/cosα) 

2.堆取料机大车走行机构的调速
2.1斗轮堆取料机、斗轮取料机与堆料机的大车调速
  斗轮堆取料机的大车走行速度一般采用两个速度。
  采用高速的目的是为了提高设备的效率,采用低速的目的是便于准确控制每次步进的距离或堆料点的位置。
  过去由于技术落后的原因,调速大多采用冶金起重类异步鼠笼式双绕组电机的方式解决。即在一个电机里设有两个绕组,一个绕组为四极电机,另一个绕组为十六极电机。这样折算到电机轴的输出转速分别为375r/min与 1500r/min。选用适当的减速机速比使得堆取料机大车的速度分别为低速7.5m/min,高速30m/min。
  现在,由于技术的进步。大车机构几乎全部采用变频电机驱动。走行机构实现双速变得非常容易。调整变频器的频率就可实现大车速度的改变。堆取料机大车走行机构的调速属于有级调速,实际变频调速应用中仍然分两挡速度,即高速与低速。而在大车启制动时仍需要调速。只不过这种调速不需要人为干预而自动实现。启制动的时间通常高速在4-6秒,低速在3-4秒。
2.2混匀堆料机的大车走行调速
  混匀堆料机是应用在料场堆料并对物料进行均化的设备。在堆料时设备的大车会不停地从一端到另一端运行。为了得到比较好的均化效果。通常大车走行的速度是变化的,即前进与后退的速度不同。前进的速度要比后退的速度慢。
其原理是在设备前进与后退时所堆到料堆上沿着轨道长度方向的物料线密度相等。

   (Vo-V1)/V1=(Vo+V2)/V2 
   V0------- 地面皮带机带速,单位为 m/min;
   V1 V2---- 大车走行前进与后退的速度,单位为 m/min;

   大车前进的方向是大车运行时与地面皮带机皮带运行方向一致,大车后退运行的方向是与地面皮带机皮带运行方向相反的方向。所以,混匀堆料机的大车走行速度通常按照公式 设计计算。
2.3 桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速
  桥式刮板取料机与滚筒式取料机的大车速度通常分为高速与低速。其共同的特点是采用料耙将物料耙下,由刮板或滚筒上的料斗取料。取料时大车是连续低速运行的。
  桥式刮板取料机与滚筒式取料机为料堆全断面取料。
  大车取料时的速度:
  V = Q/(Aγ) (19) 
  式中: V---表示大车取料状态的速度;单位 m/min ;
  Q----取料能力,单位 t/h;
  γ----- 物料密度 ,单位 t/m3;
  A----- 料堆的横截面积,m2;
  调车速度通常取15-30m/min。
  由式(19)可以看出,取料能力与取料工作时大车运行的速度成正比,调整取料时的速度V可以改变取料机的取料能力。但是,取料状态的速度不能大于挖取装置所能够承受的能力,否则会出现取料过载。最终导致滚筒取料过载或取料刮板过载。
  为取得良好的调速性能。桥式刮板取料机或滚筒式取料机的取料大车调速装置通常采用大电机和小电机驱动的方式驱动,原因是速度变化范围过大,在采用变频调速时一个变频器无法实现。要求严格时应选用两个变频器分别驱动高速与低速。通常取料时大车速度在0-200mm/min之间,具体数值由设计计算确定。而调车速度设计为20m/min。所以必须增设小电机与小减速机驱动。在高速调车运行时,离合器分开。大电机驱动大减速机带动车轮旋转实现大车运行;低速取料走行时,离合器闭合,大电机断电,由小电动机驱动小减速机,再由小减速机驱动大减速机运行。小减速机的速比一般在50-100之间,具体的速比值根据具体设备设计计算确定。
桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速系统高速运行时的启制动也需要设置成具有一定时间(3-5秒)梯度的加速度或减速度,以减少冲击,实现平稳启制动。
3. 堆取料机俯仰装置的调速
  俯仰装置是驱动悬臂和斗轮上下运动实现改变堆料高度和取料位置的机构。大多数堆取料机其最前端的俯仰线速度设计成5-7m/min。俯仰装置运行速度并不高,但俯仰机构存在着势能。所以,在启制动时始终存在着一定的冲击载荷。为避免和减少冲击。设计时通常要考虑增加启制动时间来减少冲击。
3.1堆取料机钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速
  堆取料机钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速通常是电机带动减速机,再由减速机带动卷筒,驱动钢丝绳拉动系统运动。所选电机主要采用两种形式的电机,一种是绕线转子式电机,另一种是变频电机。绕线转子式电机采用在转子回路中调整电阻的方式来改变启制动性能,达到调速的目的。绕线转子式电机的调速是有级调速,是通过开关切换电阻的方式达到调速的目的。
  俯仰机构采用变频电机驱动是通过调整电源频率的方式调整启制动性能。启制动的时间与速度变化控制和回转机构与大车走行机构类似。
3.2堆取料机液压油缸驱动俯仰装置的调速
  目前斗轮堆取料机液压油缸驱动俯仰装置的液压系统大多采用比例阀来控制油缸的速度与换向。
  比例阀调速的原理在于通过先导阀控制主阀流量。通常比例阀的先导阀阀芯为锥形,并带有位置反馈线圈,一般用电流毫安信号(4-20mA),转换为相应的先导阀阀芯驱动距离,当锥形阀芯处于不同位置时,其与油管之间的间隙不同,流量发生变化,比例阀也就产生了不同的流量而产生不同的速度。 比例阀的开度与比例放大器的输入电流或者输入电压成比例关系。
  为实现启制动的平稳性,可以在比例放大板上设定启制动过程的开度与时间的梯度关系,见图7。也可以通过PLC等电气控制原件控制比例阀的开度与时间的关系,达到延时变化的流量。
4. 堆取料机其它机构的调速
  堆取料机的其它机构的调速功能使用的比较少。有部分用户将斗轮转速设计成可调速的,其目的是改变取料能力。由于斗轮转速的改变的同时还需要同时改变斗轮的进尺量或者是回转机构的转速范围,所以,采用斗轮调速的设备非常少。早期斗轮的调速方法是采用拨杆方法调整减速机的啮合齿轮达到调整斗轮转速的目的。
  悬臂皮带运输机通常不需要进行调速。为降低皮带运输机的启动电流,部分设备采用软启动器等方法启动皮带运输机驱动电机。极少用户在同一设备上运送不同种类的物料时悬臂皮带运输机采用调速电机进行皮带带速的调整。

更多细节请阅读《起重运输机械》2011年4期

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