程瑞鹏

陕西国防工业职业技术学院 陕西西安 710300

因 煤矿地质条件、采区布置和煤矸石运输方向等因素的影响，下运带式输送机被广泛应用于煤矿运输系统中，不仅可以缩短工期、减少工作量，而且能缩短运输距离、节约费用[1]。但下运带式输送机存在易跑偏、打滑、断带以及飞车等隐患[2]，其中，跑偏、打滑、断带等故障已经有了相对准确的判断依据及保护措施，但飞车故障还没有可以量化的判断依据。研究分析飞车故障的发生机理和输送机的状态特征，找到飞车故障的判断依据，对保障下运带式输送机安全运行具有十分重要的意义。

1 驱动电动机工作状态研究

在运输过程中，驱动电动机主要有以下 3 种工况。

(1)工况 1 在输送机空载或带料较少时，物料重力沿输送带运行方向的分力不足以克服整个带式输送机的运行阻力[3]，此时电动机为下运带式输送机提供动力。

(2)工况 2 当输送带上的物料重力足以克服整个带式输送机的运行阻力时，输送带加速运行并带动驱动电动机转动，此时驱动电动机为下运带式输送机提供制动力。处于发电工况下的驱动电动机产生的力矩与负载力矩平衡，带式输送机以稳定的速度下行。当带式输送机严重超载时，驱动电动机产生的力矩不足以平衡负载力矩，下运带式输送机将会发生飞车事故[4]。

(3)工况 3 当驱动电动机处于发电工况时，突然断电，电动机的力矩消失，制动失效，也会发生飞车事故[5]。

2 飞车故障原因分析

带式输送机下行时，处于超载运输工况。结合图 1 所示的异步电动机的机械特性曲线分析，当驱动电动机处于发电工况时，电动机转速超过其最大转矩所对应的转速后，其转矩会随着转速的升高而降低。故飞车事故产生的原因是输送机在超载运行时，物料与输送带重力沿运动方向上的合力大于驱动电动机所能产生的最大电磁反力矩，使驱动电动机转速越来越高，驱动电动机失去对输送机带速的控制能力，从而发生飞车事故。

图1 异步电动机的机械特性曲线

3 飞车故障的判断依据

通过分析飞车故障原因可知，判断带式输送机发生飞车的依据是驱动电动机所产生的电磁反力矩能否平衡物料向下的重力；确定飞车依据的阈值是驱动电动机在发电状况下最大转矩所对应的转速。

电动机的最大转矩称为临界转矩，临界转矩所对应的转差率称为临界转差率。要确定飞车判断依据的理论计算公式，首先要微分电动机转矩计算公式，得到其临界转差率即可。

异步电动机转矩

式中：m1为定子绕组相数；P为极对数；U1为相电压；r2′为等效转子电阻；S为转差率；f1为磁场旋转频率；r1为定子电阻；X1为定子绕组阻抗；X2′为等效转子阻抗。

式(1)表示电磁转矩与电源参数(电压、频率)、电动机参数(定转子测电阻、电抗)和转差率的直接关系。电网电压、频率不变，且电动机参数不变的情况下，电动机的电磁转矩仅与转差率有关。由可得临界转差率

当转差率为 -Sm时，处于发电工况下的电动机转矩达到最大值。

临界转差率的另一个计算公式如下[6]：

式中：λ为电动机过载倍数；SN为额定转差率；n0为电动机同步转速，r/min。

由式(3)、(4)可知，当发生飞车事故时，下运带式输送机的驱动电动机所对应的临界转速

式中：nN为电动机额定转速，r/min。

4 数据分析与验证

笔者选取某矿的下运带式输送机作为研究对象，其驱动电动机型号为 Y355L3-4。在生产过程中，当电动机转速超过 1 560 r/min 时，现场操作人员即判断输送机发生飞车事故。

驱动电动机的额定转速为 1 488 r/min，同步转速为 1 500 r/min，异步电动机的过载系数为 1.8～2.5，此处取 2.5，代入式(5)可得

n临界=1 557 (r/min)。

该临界转速与实际发生飞车事故时操作人员的经验判据很接近，可见，飞车事故的判断依据较为准确。

5 结语

通过对飞车事故发生机理和驱动电动机运行工况的分析，得出当下运带式输送机发生飞车事故时其驱动电动机所对应的临界转速计算公式，为正确判断提供了依据。在实际生产过程中，生产单位可根据其采用驱动电动机参数确定对应下运带式输送机发生飞车故障时的电动机临界转速，为触发保护装置提供了准确依据，保证下运带式输送机安全、稳定运行。