裝船機中繼皮帶驅(qū)動改造

周亦民

上海振華重工(集團)股份有限公司

摘 要：回轉(zhuǎn)型裝船機尾車中繼皮帶是裝船機的關(guān)鍵機構(gòu),，它將地面皮帶的物料引入裝船機料斗，從而實現(xiàn)裝船,，并能在地面皮帶故障停機后滿載再啟動。結(jié)合改造實例,，分析了雙電機驅(qū)動中繼皮帶機帶載啟動失敗原因,，進行電機驅(qū)動工況分析，增強了中繼皮帶機的帶載重啟能力,。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)型裝船機,； 中繼皮帶； 雙電機驅(qū)動,；軟啟動,；調(diào)頻

1 引言

本公司一期裝船機投產(chǎn)試運行后，裝船機中繼皮帶帶載啟動故障頻發(fā),，主要表現(xiàn)為：當?shù)孛嫫б蚬收匣蚱渌钦Ｔ蛲C時,，皮帶機剩余物料全部堆積在皮帶機上。當再次啟動時,，原控制中繼皮帶電機采用軟啟降壓啟動,，導致力矩不夠，帶載啟動失敗,，必須在輕載情況下才能再次啟動,。這就需要每次清除皮帶機上的積料，這樣的工況無法滿足現(xiàn)場的需要,，必須改進,。通過實際多次現(xiàn)場軟啟數(shù)據(jù)測試和與業(yè)主溝通，決定將原先中繼的軟啟動方式改成變頻啟動方式,，以滿足現(xiàn)有條件下的滿載啟動要求,。改造工作見表1。

2 工作原理及調(diào)試工作過程

2.1 軟啟動原理及改造方案

軟啟動的原理是利用固態(tài)繼電器(或雙向可控硅)通過移相觸發(fā)(或是過零觸發(fā)),，進行電機降壓啟動,，需犧牲啟動力矩。如果要從一般輕載啟動變成重載啟動,，采用加大軟啟功率的配置,，會引起啟動時原主回路電流增大，造成原驅(qū)動變壓器壓降大的不良后果,。而變頻啟動是通過調(diào)頻,，可以在零速時輸出電機最大力矩,，從而滿足現(xiàn)場帶載啟動的要求。在主回路不變的情況下,，可選用變頻控制來改善機構(gòu)的啟動特性,。改造后的設(shè)備信息模擬圖見圖1。

表1 中繼皮帶機改造工作表

改造項目原設(shè)計改造后備注驅(qū)動方式軟啟+電機+液耦變頻器+電機+液耦控制柜 皮帶軟啟動柜增加2個變頻器柜ZPMC設(shè)計完成編碼器 無電機軸端增加2個速度編碼器ABB電機廠家提供空調(diào) 有下部電氣房增加1個5匹空調(diào)柜機大金品牌用于變頻器散熱電纜 非變頻電纜電機動力電纜更換為變頻電機電纜控制電纜增加若干

圖1 設(shè)備信息模擬圖

變頻控制設(shè)備信息見表2,。

表2 變頻控制設(shè)備信息表

主機從機變頻器柜號+01F17.2+01F17.1變頻器型號ACS880-04-725A-3+D150+E210ACS880-04-725A-3+D150+E210電機參數(shù) 380V△,556A,315kW,1490r/min,50Hz380V△,556A,315kW,1490r/min,50Hz序列號 31627048573162704855電機編碼器1024HTL/(9～30V)1024HTL/(9～30V)

變頻器控制要求包括：DTC控制,、主/從模式、DI口控制啟/停,、一段恒速(1 500 r/min),、故障復位、RO口提供故障和運行信號,、AO口輸出4～20 mA電機電流模擬信號,、20 s加速時間、自由停車,、實際速度反饋由HTL編碼器提供,、2臺電機的旋轉(zhuǎn)方向相反。

2.2 測試過程記錄

完成所有改造的安裝工作之后,，根據(jù)用戶生產(chǎn)安排,，對裝船機中繼皮帶驅(qū)動進行了空載和滿載的測試。測試過程包括：調(diào)試前變頻器參數(shù)組設(shè)置,，部分參數(shù)設(shè)置詳見表3,；調(diào)試過程中的參數(shù)修改；實時記錄重載測試波形及數(shù)據(jù)分析,。皮帶機節(jié)點時刻數(shù)據(jù)見表4,。

表3 變頻器部分參數(shù)設(shè)置

地址說明值地址說明值主機設(shè)置按啟動鍵進行辨識96.04宏選擇工廠宏91.11模塊1類型FEN-3195.01供電電壓380-41591.12模塊1位置SLOT195.04控制板供電外部24V92.01編碼器1類型HTL99.03電機類型異步電機92.02編碼器信號源模塊199.04電機控制模式DTC92.10脈沖/轉(zhuǎn)102499.06電機額定電流556A92.12速度計算模式自動上升99.07電機額定電壓380V92.13位置估算開啟禁用99.08電機額定頻率50Hz92.15瞬時濾波器1220Hz99.09電機額定轉(zhuǎn)速149091.10編碼器參數(shù)更新刷新99.10電機額定功率315kW測試編碼器回饋轉(zhuǎn)速是否與電機轉(zhuǎn)速估算值相同99.13辨識請求靜止90.41編碼器反饋選擇編碼器1

表4 皮帶機節(jié)點時刻數(shù)據(jù)表

皮帶機節(jié)點時刻數(shù)據(jù)時間/s電流/A轉(zhuǎn)速/r·min-1轉(zhuǎn)矩/%初始狀態(tài)無料啟動749.38200.020啟2000-4000停57.98400.02-0.1啟6000498.98400.020空載達到穩(wěn)態(tài)(負載或可視為液耦泵輪及其油液)無料啟動751.014181.9580.245.2啟2000-4000停59.598181.5879.925.2啟6000500.58181.5878.295啟動電流達到峰值無料啟動479.82719.713.254.8啟2000-4000停58.41719.193.564.6啟6000499.416719.294.034.7液耦渦輪啟動無料啟動756.624182.88495.3116.5啟2000-4000停68.508267.41728.5342.5啟6000512.748419.7960.8774.5液耦達到穩(wěn)態(tài)無料啟動761.202185.74837.8322.2啟2000-4000停73.35238.81124.635.1啟6000518.412373.781426.2965.7達到給定轉(zhuǎn)速無料啟動772.152173.441495.0116啟2000-4000停78.624189.681495.5821.4啟6000519.336343.241495.4758.9主機發(fā)電狀態(tài)開始啟6000528.816149.821510.38-0.1主機發(fā)電狀態(tài)結(jié)束啟6000536.142149.351498.36-0.1

3 波形分析

從圖2～圖4可以看出，皮帶機空載啟動時,，主機和從機的轉(zhuǎn)速電流轉(zhuǎn)矩基本相同,，能較好地分攤負載，從機在任何時刻都能夠較好地跟隨主機的轉(zhuǎn)速,。到達給定轉(zhuǎn)速后,，從機的超調(diào)量及超調(diào)時間較小。

圖2 皮帶機無物料啟動波形圖

圖3 2 000 t帶載啟動波形圖

圖4 6 000 t帶載啟動波形圖

分析圖3可得,，在帶載2 000 t工況下液力耦合器渦輪啟動時,，輸出電流與輸出轉(zhuǎn)矩波動幅度較圖2高，從機電機轉(zhuǎn)速與主機電機轉(zhuǎn)速相差較大,，考慮到此刻的從機電流和轉(zhuǎn)矩能很好地跟隨主機電機電流和轉(zhuǎn)矩,，故分析可能原因為主/從電機輸出側(cè)負載液耦反饋滯后。到達給定轉(zhuǎn)速后,，從機的超調(diào)量及超調(diào)時間較圖2有一定的增加,。

當負載增加至6 000 t,，液力耦合器渦輪啟動時，圖4輸出電流與輸出轉(zhuǎn)矩波動幅度較圖2有明顯的增大,，從機轉(zhuǎn)速與主機轉(zhuǎn)速差比圖3小,，達到給定轉(zhuǎn)速后，從機的超調(diào)量明顯增加,，使主機在某一時間段內(nèi)處于發(fā)電狀態(tài),，超調(diào)時間也更長。

由圖2～圖4推斷出皮帶機設(shè)備啟動流程如下：

(1) 電機空載啟動,。由于電機后級為液力耦合器，所以無論皮帶機所帶負載多大,，電機啟動時的啟動電流約等于空載啟動時的啟動電流,。

(2) 電機轉(zhuǎn)速到達某速度(Vs)時，電機側(cè)的液耦泵輪帶動負載側(cè)的液耦渦輪轉(zhuǎn)動,，負載越重,，Vs越高，電機電流(I)與電機轉(zhuǎn)矩(T)變化幅度越大,，持續(xù)時間越長,。

(3) 皮帶機到達給定轉(zhuǎn)速后，從機的轉(zhuǎn)速會發(fā)生超調(diào)現(xiàn)象：從機電機的電流和轉(zhuǎn)矩在一段時間內(nèi)會高于主機電機的電流(I)和轉(zhuǎn)矩(T),，經(jīng)過一段時間后達到平衡狀態(tài)(I主≈I從,；T主≈T從)，且負載越重,，兩者相差的幅度越大,，達到平衡的時間越長，以至于當負載扭矩超過某一值時,，從機速度會超過主機,，使主機轉(zhuǎn)矩為負值，主機處于發(fā)電狀態(tài),。

根據(jù)實測波形和實際啟動過程,，更換變頻器后中繼皮帶驅(qū)動的帶載啟動能力明顯增加，整機壓降得到很好的控制,，完全滿足業(yè)主實際生產(chǎn)需要,，也符合技術(shù)規(guī)格書要求。

周亦民： 200125,，上海市浦東新區(qū)東方路3261號

Improvement of Relay Belt driver for Ship-loader

Zhou Yimin

Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co., Ltd.

Abstract：The relay belt of the tail car in the rotary ship-loader is the key mechanism, which carries the material from ground belt to shipper hopper in shipment process and capable to restart with full load after shutdown at ground belt malfunction. Combined with the transformation cases, the reasons for the failure to restart of relay belt with load that driven by double motor are analyzed. In addition, this work changes to use ABB frequency conversion control method to analyze the motor driving conditions. Through this method, the restart capability of the relay belt under load condition is enhanced.

Key words：rotary ship-loader; relay belt; double-motor driving; soft start; frequency conversion

收稿日期：2016-12-16

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2017.02.008