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皮带输送机变频启动的运动特性分析

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-01-11 11:12:12

近些年我国经济快速发展,类似于皮带输送机这种负载启动的机械设备大量使用,但是这些设备的启动电流过大(能够达到额定电流的5~7 倍),容易引发电机的损坏。为了避免此种问题常常会提升电动机的功率来保护电机,但是在正常运行时所需功率较小,较大的功率会造成电能浪费。所以对于这些设备要采取变频启动的方式,有效降低启动电流,延长设备的实用寿命。因此对于皮带输送机的变频启动特性进行分析研究是非常重要的,对于确保皮带输送机的正常运行是非常重要的。

 

1     皮带输送机启动过程中的问题分析

 

为了降低启动电流对电机的影响,常常会提升电动机的功率。此种方式虽然能够对电机进行保护,但是由于正常运行情况下无需较大功率从而造成电能的浪费,随着皮带输送机数量的增加此种浪费会非常严重。另外也会对引发皮带输送机启动当中的问题包括:

 

1)功率有所增加。

较大功率以及较高速度的皮带输送机在启动时的瞬时张拉力会有所提升,并且会有较大程度的增长,此种情况下会对皮带输送机相关零 部件造成非常大的冲击,容易影响到零部件的使用寿命,可能会产生断带的问题。为了进一步提升可靠性一定要适度增加零件性能指标,提升 输送带的质量等级,这就会在一定程度上增加设备的成本。

 

2)启动打滑问题.

负载启动过程中由于皮带输送机具有比较大的惯性,受到载荷的影响会造成静止惯性>启动摩擦力。随着启动时间的缩短,启动力矩会有所增加,若是不满足目标就会出现打滑问题。这就需要一定程度上增加皮带的张紧力,为了满足此方面需求需要进一步提升设备支架的刚性。

 

3)电动机功率提升,启动过程中会形成非常大的启动电流,容易对设备供电网络产生严重冲击,会对同个供电网络的其他设备造成影响。停机时往往是利用瞬时断电方式对于电网实施保护,但是此种方式会使得电机在很多时间内从较高转速下降到零,会对设备造成非常严重的冲击,直接影响设备使用寿命。

 

2     皮带输送机变频启动的分析研究

 

2.1 软启动的基本概述

 

所谓的软启动主要就是指机械设备在满载条件下可以遵照设定标准实现合理启动速度,能够有效克服系统惯性,能够实现较为平稳的启动。对于电网系统来说,采取软启动的方式能够使得电动机启动电流对电网影响最小,可以降低对设备的冲击影响。对于功率相对较大的电机来说,通过软启动能够有效降低启动电流,能够减少启动电流冲击延时。对于此种电机来说,一般会采取空载启动的方式,在达到额定工况之后再利用逐渐加载的方式提升皮带机载荷。软启动可以提供不同的操控模式,包括软启动、软停车、无极调控、过载保护等等。

 

2.2 皮带输送机输送带的动态特性分析

 

在进行皮带输送机动态特性分析时需要对输送带做出如下几方面的设定:

 

1)输送带顺着纵向的力学性能大体相同,并且物料在输送带上都是均匀传动的;

 

2)传动输送带的托辐都是均匀分布的,同时阻力系数和带速并无关联;

 

3)顺着输送机长度方向可以将输送带看作一维杆件,并且将转向滚筒作为刚性物质;

 

4)起制动过程中输送带横向振动并不会对纵向振动产生影响。

 

通过对皮带输送机动力学分析可知:谐波激励所引发的动态冲击相对较小而阶跃激烈的动态冲击相对较大;相对于谐波激励来说,正弦激励产生的输送带总张力相对较小,动态冲击较小,能够有效延长皮带输送机使用寿命,可以采用此种方式。

 

2.3 理想启动速度分析

 

最为理想的皮带输送机启动速度,此种启动方式可以有效降低动应力,可以进一步延长输送带以及整机的使用寿命。

 

输送机启动初始阶段速度会平稳增加,并且加速度为零;在T0/2 时加速度达到最大值,速度达到v0/2;随后随着速度的上升加速度会对称性下降,速度上升到额定速度情况时加速度降低为零,完成启动过程。在输送机启动之前,输送带并没有拉紧力作用,为了防止输送带冲击要在输送带拉紧之后启动,此种方式能够有效优化启动性能。所以在启动初始阶段要加入时间延迟段。一般情况下延迟段速度设定为设计速度的10%

 

3     皮带输送机变频启动各个阶段分析

 

3.1 第一阶段

 

此阶段也称之为预启动阶段,就是指从电机开始启动到电机达到额定转速的阶段。变频器会控制调速电机,确保其根据设定的启动曲线实施程序化启动。但是因为输出轴的负载远远超出电机惯性载荷,调速电机驱动力不能驱动减速轮系而转动,因此传动轮系就成为了具有相应自由度的定轴轮系,调速电机在经过减速系统后驱动主电机转子产生转动,确保主电机达到空载额定转速。

 

3.2 第二阶段

 

经过一定时间运行后主电动机转子达到额定速度,之后连接和主电动机连接的电源。此种情况下无需另行加速,因此在主电动机通电之后启动电流非常小,理论上此种情况下的电流值为0,这样电动机就完成了空载启动。此种情况下两种电机都处于空载状态。之后利用PLC控制变频器输出功率,确保电机可以遵照设定的工作曲线缓慢减速。利用减速机将主动机的动力传递到皮带输送机上。随着调速电机速度逐渐下降,传动系统输出轴的转速也会遵照事先设定的曲线实施稳定输出,最终达到额定转速。

 

3.3 第三阶段

 

此阶段属于皮带机正常稳定运行阶段,输出轴的转速即为额定转速。由于蜗轮蜗杆具有反向锁定的功能,所以即使调速电机断电也可以保证内齿圈的固定,主电机的输入功率在经过减速系统后驱动皮带输送机运行。

 

3.4 第四阶段

 

此阶段为皮带输送机的软停车过程,也就是第二阶段的逆向操作。PLC 会通过变频器控制调速电机遵照设定速度曲线实施启动,当调速电机达到设定转速情况下驱动轮系的输出达到0,在不用停止主动电机的情况下皮带输送机就实现软制动。

 

3.5 第五阶段

 

此阶段属于停车阶段,在切断主电动机电源的情况下整个系统回到初始时刻,此种情况下遵照设定的速度曲线降低调速电机转速到零,最后断开调速电机的电力供应,实现整个系统的停机。

 

4     结束语

 

皮带输送机具有较大的负载,启动时会形成较大的电流,容易对电机造成冲击,所以需要采取变频启动的方式。本文主要分析了皮带输送机变频启动的运行特性,能够对皮带输送机的稳定运行提供一定参考和帮助。


 

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