液力偶合器在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

王雪

摘要：大功率、長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中，因多機(jī)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用軟啟動(dòng)技術(shù)是改善其啟動(dòng)條件的主要手段，而調(diào)速型液力偶合器是理想的元部件。本文就此簡(jiǎn)單介紹了液力偶合器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其匹配選型原則。根據(jù)井下帶式輸送機(jī)的具體需要，結(jié)合軟啟動(dòng)技術(shù)，選用調(diào)速型液力偶合器，與其他軟啟動(dòng)方式進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)用液力調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果明顯優(yōu)于其他方式。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；調(diào)速型液力偶合器

中圖分類號(hào)：TD528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0．前言

大功率、長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中,因多機(jī)驅(qū)動(dòng),應(yīng)用軟啟動(dòng)技術(shù)是改善其啟動(dòng)條件的主要手段,而調(diào)速型液力偶合器是理想的元部件。原先大功率、長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)多采用多電機(jī)配限矩型液力偶合器的驅(qū)動(dòng)方式。多電機(jī)的同時(shí)啟動(dòng),使啟動(dòng)電流過大,對(duì)電網(wǎng)的沖擊增大,壓降增加,造成啟動(dòng)困難。且電機(jī)直接啟動(dòng),輸送機(jī)起動(dòng)加速度過快,使膠帶松邊拉緊裝置反應(yīng)速度滯后,膠帶下垂度加大,使儲(chǔ)帶倉內(nèi)多層膠帶層間相互碰撞、摩擦,導(dǎo)致膠帶磨損快、壽命短、傳動(dòng)不平衡。帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)技術(shù)就是在一定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi),控制啟動(dòng)加速度,確保帶式輸送機(jī)按所要求的速度曲線平穩(wěn)地起動(dòng),達(dá)到額定運(yùn)行速度,同時(shí)使電機(jī)的啟動(dòng)電流和輸送帶的啟動(dòng)張力控制在允許范圍內(nèi)。采用調(diào)速型液力偶合器配電氣調(diào)節(jié)裝置,可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。

1．液力偶合器的工作原理

液力偶合器的實(shí)質(zhì)是離心式水泵與渦輪機(jī)的組合。主要由輸入軸、輸出軸、泵輪、渦輪、外殼、輔助腔及安全保護(hù)裝置等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.

當(dāng)動(dòng)力機(jī)通過輸入軸帶動(dòng)偶合器泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，充填在耦合器工作腔內(nèi)的工作液體受到離心力和工作輪葉片推動(dòng)的雙重作用，從半徑小的泵輪入口被加速加壓拋向半徑

較大的泵輪出口，同時(shí)，液體的動(dòng)量矩獲得

增量，即泵輪將動(dòng)力機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成

了液體動(dòng)能。當(dāng)具有液體動(dòng)能的工作液體由

泵輪出口沖向?qū)γ娴臏u輪時(shí)，液流便沖擊渦

圖1.液力偶合器結(jié)構(gòu)示意圖

1-主動(dòng)軸；2-從動(dòng)軸；3-轉(zhuǎn)動(dòng)外殼；

4-葉片；B-泵輪；T-渦輪

輪葉片，使之與泵輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說液體動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)工作機(jī)做功。釋放完液體動(dòng)能的工作液體由渦輪入口流向渦輪出口并再次進(jìn)入泵輪入口，開始下一次循環(huán)流動(dòng)。就這樣，工作液體在泵輪與渦輪間周而復(fù)始不停地作螺旋環(huán)流運(yùn)動(dòng)，于是輸入與輸出在沒有任何機(jī)械連接的情況下，僅靠液體動(dòng)能便柔性地連接在一起了。

2．液力偶合器的選型匹配原則

（1）滿足工作機(jī)最高轉(zhuǎn)速要求

由于液力偶合器輸出與輸入之間存在轉(zhuǎn)差率，所以偶合器最高輸出轉(zhuǎn)速總是低于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即

式中—工作機(jī)最大轉(zhuǎn)速；

—偶合器最大輸出轉(zhuǎn)速（渦輪轉(zhuǎn)速）；

—偶合器輸入轉(zhuǎn)速（泵輪轉(zhuǎn)速）；

—電機(jī)轉(zhuǎn)速。

實(shí)際上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定以后，偶合器的最高輸出轉(zhuǎn)速也就確定了，見表1。

表1.不同輸入轉(zhuǎn)速下的偶合器最高

輸出轉(zhuǎn)速

（2）滿足工作機(jī)最高耗用功率要求

液力偶合器泵輪功率必須大于工作機(jī)最大耗用功率與液力偶合器再次工況下的最大功率損失之和，即

式中， —工作機(jī)最大耗用功率，

—偶合器泵輪功率，

—偶合器在工作機(jī)最大耗用功率工況時(shí)的最大功率損失，

（3）滿足工作機(jī)調(diào)速范圍要求

液力偶合器的調(diào)速范圍主要取決于載荷特性，對(duì)于恒力矩負(fù)載，調(diào)速范圍為1~1/3;對(duì)于直線型負(fù)載或拋物線型負(fù)載，調(diào)速范圍為1~1/5。

（4）滿足工作機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行要求

工作機(jī)經(jīng)液力偶合器調(diào)速后，要求任意工況點(diǎn)均能穩(wěn)定運(yùn)行。液力偶合器傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是液力偶合器某一沖液量的特性曲線能與載荷特性曲線相交，兩曲線交角越大，運(yùn)行越穩(wěn)定。若曲線接近于平行，則運(yùn)行不穩(wěn)定。

（5）滿足工作機(jī)調(diào)速時(shí)間要求

大部分工作機(jī)對(duì)調(diào)速過程的時(shí)間沒司馬要求，但也有些工作機(jī)對(duì)完成調(diào)速的時(shí)間有要求。

（6）滿足熱平衡要求

液力偶合器在調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)中存在轉(zhuǎn)差率損失、鼓風(fēng)損失、軸承摩擦損失、供油油路損失等，這些損失轉(zhuǎn)化成熱量，使偶合器工作液體溫度升高，如不能及時(shí)散熱，就會(huì)影響正常工作。

（7）滿足工作環(huán)境要求

當(dāng)偶合器工作在潮濕、戶外、煤礦井下、易燃易爆、寒冷等條件時(shí)，應(yīng)考核偶合器適應(yīng)環(huán)境要求的能力。

（8）滿足工作機(jī)調(diào)速控制要求

調(diào)速型液力偶合器有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室收操電動(dòng)控制和控制室自動(dòng)控制三種，選型時(shí)要明確控制方式。

（9）滿足工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向要求

調(diào)速型液力偶合器的轉(zhuǎn)向雖然可以正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)，但是已經(jīng)調(diào)定后，在工作中就無法改變，因此要注意把轉(zhuǎn)向搞準(zhǔn)。

（10）滿足工作機(jī)其他要求

包括動(dòng)力機(jī)、工作機(jī)的安裝要求、偶合器為電機(jī)、減速器集中供油，設(shè)立高位油箱、改型，改變連接尺寸等。

（11）滿足經(jīng)濟(jì)適用要求

液力偶合器合理選型匹配除上述要求外，還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)、高效、適用要去。包括兩點(diǎn)：

①合理經(jīng)濟(jì)地確定電機(jī)型號(hào)和功率

②合理經(jīng)濟(jì)地選擇偶合器規(guī)格和運(yùn)行工況。

3．調(diào)速型液力偶合器的應(yīng)用實(shí)例

（1）在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

例如某煤礦井下南翼運(yùn)輸大巷的高強(qiáng)度帶式輸送機(jī)，輸送距離為1637 ，帶速為3.5 ，設(shè)計(jì)輸煤量為1750 ，由三臺(tái)電機(jī)通過三臺(tái)YOT 650B調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了工業(yè)性運(yùn)行測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果表明：

①三臺(tái)調(diào)速型液力偶合器自投入運(yùn)行以來已連續(xù)無故障運(yùn)行14個(gè)月，其可靠性和安全性符合要求；

②該帶式輸送機(jī)位于地下600 深，環(huán)境潮濕，實(shí)踐證明，液力偶合器適合在煤礦井下惡劣環(huán)境下工作；

③液力偶合器堅(jiān)實(shí)可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)容易，不需要特殊技術(shù)；

④調(diào)速型液力偶合器對(duì)均衡各電機(jī)功率有良好作用，三臺(tái)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流穩(wěn)定在19~20 范圍內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；

⑤設(shè)計(jì)帶速為3.15 ，實(shí)際帶速為3.2 ，符合控制帶速要求；

⑥啟動(dòng)柔和平穩(wěn)，軟啟動(dòng)延長(zhǎng)時(shí)間8~10 ，對(duì)輸送帶有明顯的保護(hù)作用；

⑦防爆性能好，符合井下安全生產(chǎn)要求。

（2）與其他軟啟動(dòng)裝置的比較

對(duì)調(diào)速型液力偶合器、CST 液黏調(diào)速裝置、軟啟動(dòng)電控器在帶式輸送機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如下：

①調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)性能優(yōu)于軟啟動(dòng)電控器，基本無故障，滿足使用要求，價(jià)格合理，性價(jià)比高。

②軟啟動(dòng)電控器價(jià)格低于調(diào)速型液力偶合器，但啟動(dòng)性能不如偶合器，且故障率較高。

③CST液黏調(diào)速裝置，其啟動(dòng)性能優(yōu)于調(diào)速型液力偶合器，但是進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格太高，對(duì)工作油的清潔度要求極高，需經(jīng)常換油，維修不便。國產(chǎn)產(chǎn)品故障率高，摩擦片易磨損，污染工作油，需經(jīng)常更換，使用不便。

帶式輸送機(jī)屬于恒力矩機(jī)械，因而理論上，調(diào)速型液力偶合器在帶式輸送機(jī)上應(yīng)用不節(jié)能，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不要求偶合器作答轉(zhuǎn)差調(diào)速，只是在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差達(dá)，而正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差不大，所以電能損耗較少。

4．結(jié)語

對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)速型液力偶合器進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，分析了其節(jié)能運(yùn)行效率，結(jié)合實(shí)際的例子，從結(jié)果可以看出使用調(diào)速型液力偶合器后，能耗被大大降低，起到了明顯的節(jié)能效益。

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雙機(jī)驅(qū)動(dòng)同步調(diào)速與功率平衡控制方法探討[J].煤礦機(jī)械,2007,28(2):57-59.

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