帶式輸送機(jī)軟啟動裝置分析

喬華

【摘 要】隨著帶式輸送機(jī)逐漸向長距離、大運(yùn)量、高速度方向發(fā)展，其啟動問題日益突出，為保證帶式輸送機(jī)安全可靠地運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)該具備良好的靜、動特性。傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計已經(jīng)不滿足設(shè)計要求的精度，計算結(jié)果有較大的偏差，而動特性分析是決定輸送機(jī)技術(shù)合理安全可靠，經(jīng)濟(jì)可行的主要因素。下面本文對帶式輸送機(jī)軟啟動裝置進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī)；軟啟動裝置；煤礦

一、前言

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)越來越多地應(yīng)用在礦山運(yùn)輸上，并成為生產(chǎn)過程中不可或缺的組成部分，帶式輸送機(jī)啟動是一個加速過程，運(yùn)距越長、帶速越高，啟動時間就越長。輸送帶是帶式輸送機(jī)的一個重要構(gòu)件，它作為承載構(gòu)件來承載被輸送的物料（物品），同時也作為牽引構(gòu)件來運(yùn)動和牽引力。它對帶式輸送機(jī)的摩擦傳動理論、多驅(qū)動裝置傳動理論及功率分配、輸送帶的使用壽命、起制動過程中表現(xiàn)出的動態(tài)響應(yīng)、輸送帶受力后應(yīng)力波的傳播效應(yīng)、輸送機(jī)的縱、橫向振動與共振、張緊效應(yīng)與張緊行程等技術(shù)，有著非常重要的影響。輸送帶在啟動過程中產(chǎn)生粘彈性變形而產(chǎn)生動張力，如果直接啟動或啟動時間短，加速度就會變大，相應(yīng)的輸送帶粘彈性變形就增大，動張力也變大，對輸送機(jī)的元部件產(chǎn)生較大的沖擊，從而影響各元部件、輸送帶及輸送機(jī)的穩(wěn)定性和使用壽命。因此，大型帶式輸送機(jī)的啟動問題是一個重要的技術(shù)問題。帶式輸送機(jī)的軟啟動是指在設(shè)定的時間內(nèi)，通過控制輸送機(jī)啟動加速度值，來保證輸送機(jī)按照要求的啟動速度曲線平穩(wěn)啟動，并達(dá)到額定速度，同時保證啟動張力和啟動電流在允許范圍內(nèi)。所以實現(xiàn)大型帶式輸送機(jī)的軟啟動，不僅可以提高啟動性能，而且還可以降低輸送機(jī)的成本。研究帶式輸送機(jī)動力學(xué)及控制的意義就是了解帶式輸送機(jī)動力學(xué)現(xiàn)象和原理，掌握其動力學(xué)的基本規(guī)律，按照設(shè)計要求，對系統(tǒng)進(jìn)行靜、動特性分析和綜合評價，實現(xiàn)在設(shè)計過程中預(yù)測和優(yōu)化輸送機(jī)的動態(tài)特性，進(jìn)而實現(xiàn)對啟動、制動等過程的控制和優(yōu)化，確定驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、拉緊裝置最佳安裝位置，從而實現(xiàn)帶式輸送機(jī)在經(jīng)濟(jì)上更加合理，在技術(shù)上更加可靠。

二、液粘軟啟動裝置應(yīng)用于帶式輸送機(jī)的重要性

目前，常用的帶式輸送機(jī)啟動方式主要有三種，分別是電控制型調(diào)速軟啟動、液力禍合器調(diào)速啟動以及液粘傳動調(diào)速啟動。液粘軟啟動裝置通過主動摩擦片與被動摩擦片之間的油膜剪切作用實現(xiàn)動力傳遞。主動摩擦片與輸入軸之間以及被動摩擦片與被動摩擦片連接架之間都是通過花鍵進(jìn)行連接，且可以通過花鍵軸向移動。通過液壓缸控制活塞壓緊力可以實現(xiàn)摩擦片間距離的變化，進(jìn)而改變傳遞扭矩的大小。液體粘性傳動調(diào)速啟動在高速段性能優(yōu)于液力禍合器，在低速段性能優(yōu)于電控制型調(diào)速。不僅可以實現(xiàn)電機(jī)的零負(fù)載啟動，還可以實現(xiàn)驅(qū)動滾筒的無極調(diào)速，調(diào)速范圍大。另外，其在制造成本、散熱、維護(hù)的方便性等方面相對其他調(diào)速方式占據(jù)優(yōu)勢。其優(yōu)點主要總結(jié)如下：（1）可以使電機(jī)零負(fù)載啟動，驅(qū)動滾筒無極調(diào)速且調(diào)速范圍廣：（2）調(diào)速的靈敏度高；（3）很容易實現(xiàn)調(diào)速的自動化，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、精度高；（4）調(diào)整油膜厚度可以實現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子間的同步轉(zhuǎn)動，功率損失小，傳動效率高；（5）液粘調(diào)速系統(tǒng)過載保護(hù)容易實現(xiàn)，在重載啟動時，啟動過程由慢及快，啟動平穩(wěn)，防止系統(tǒng)產(chǎn)生過大慣性力；（6）由于煤礦井下特殊工況要求，對運(yùn)行的設(shè)備尤其是電氣設(shè)備必須具備防爆性能。液體粘性傳動調(diào)速所用的傳動調(diào)速裝置是全封閉的純機(jī)械裝置，摩擦片之間是濕摩擦，不會產(chǎn)生火花，所以該裝置容易實現(xiàn)防爆標(biāo)準(zhǔn)。（7）液體粘性傳動調(diào)速的價格相對電調(diào)速很低，且維修費(fèi)用較低。由于液體粘性傳動調(diào)速相對電控制型調(diào)速與液力調(diào)速具有無可比擬的優(yōu)越性，因此液體粘性傳動調(diào)速裝置在煤礦井下輸送機(jī)上使用具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。液體粘性傳動調(diào)速裝置用于連接電機(jī)與輸送機(jī)主驅(qū)動滾筒，作為電機(jī)與驅(qū)動滾筒間的離合器和調(diào)速器使用。在實際使用中常命名為液粘軟啟動裝置，它裝備到中型和大型輸送機(jī)上可以延長輸送機(jī)和傳動系統(tǒng)的壽命，還可以減少對電網(wǎng)的沖擊，提高電動機(jī)使用壽命。另外液粘軟啟動裝置的維護(hù)費(fèi)用較低，可以節(jié)省較大的人力、財力。帶式輸送機(jī)所需帶強(qiáng)的安全系數(shù)由原來的7～9降低為4.5—5.5，降低了輸送機(jī)的購置成本，并節(jié)約了用電成本。

三、液粘軟啟動裝置設(shè)計的注意事項

1、摩擦片設(shè)置

摩擦片是可控傳動裝置中機(jī)械本體的核心部件，它的材料和結(jié)構(gòu)形式都是直接影響可控傳動裝置的啟動性能和使用壽命，所以在設(shè)計摩擦片時，一個主要問題是選擇合適的摩擦材料和摩擦片結(jié)構(gòu)。可控傳動裝置中摩擦片的結(jié)合過程可分為流體粘性摩擦、混合摩擦、邊界摩擦和靜摩擦四種狀態(tài)。流體粘性摩擦?xí)r，摩擦片表面完全被連續(xù)的油膜所隔開，摩擦片間的間隙較大，屬于較大滑差的工況。此時傳遞的扭矩與摩擦片的形狀和材料影響較小?；旌夏Σ?xí)r，摩擦片表面的一部分被油膜隔開，另一部分發(fā)生微凸體間的接觸，摩擦片間的間隙很小，屬于低滑差的工況。此時傳遞的扭矩與摩擦片的形狀和材料影響不大。邊界摩擦?xí)r，摩擦片間的間隙較小，可認(rèn)為相互接觸，摩擦片表面只有極薄的邊界油膜，主要是微凸體接觸，屬于很小滑差的工況。此時摩擦片的摩擦系數(shù)比較穩(wěn)定，摩擦片的壽命和傳遞扭矩的能力與摩擦片的形狀和材料有密切的關(guān)系。靜摩擦?xí)r，摩擦片相互壓得很緊，摩擦片間沒有滑差，靠靜摩擦力來傳遞扭矩。此時性能與摩擦片的形狀和材料也有密切關(guān)系。目前濕式摩擦材料已發(fā)展出四大類：①燒結(jié)青銅基摩擦材料；②橡膠樹脂基摩擦材料；③石墨基摩擦材料；④紙基摩擦材料。其中紙基摩擦材料具有以下一系列優(yōu)良性能而得到廣泛應(yīng)用：（l）富有彈性，壓力分布比較均勻，動摩擦系數(shù)高；（2）易于制造，重量輕，生產(chǎn)簡單；（3）紙基摩擦材料的動靜摩擦系數(shù)之比大，有利于摩擦片的平穩(wěn)結(jié)合，噪聲?。唬?）具有很高的孔隙度，可以獲得充分的潤滑冷卻。應(yīng)用于可控傳動裝置的摩擦片的紙基摩擦材料動摩擦系數(shù)一般為0.12～0.16之間，靜摩擦系數(shù)一般為0.12-0.20之間?？梢婌o動摩擦系數(shù)比很小，在1.0-1.25之間，這樣有利于啟動過程的平穩(wěn)過渡和過載保護(hù)。紙基摩擦片對對偶件的表面光潔度、平整度要求較高，對偶件選用冷軋鋼板較為合理。同時對油的種類也比較敏感。

2、工作液體選擇

工作液體在液體粘性傳動中的作用是傳遞動力、冷卻散熱和潤滑，應(yīng)具有以下性能：（l）有符合傳動要求的粘度。工作液體的粘度涉及轉(zhuǎn)矩傳遞、油膜形成、承載能力、油泵功率等問題。（2）有良好的潤滑性能（油性和極壓性）。粘性和潤滑性能不同，粘度大的工作液體，不一定潤滑性能好。油性可以降低摩擦和減少磨損，極壓性可減小邊界摩擦?xí)r的磨損，縮小轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定工作區(qū)。對于液體粘性調(diào)速離合器，在傳遞大轉(zhuǎn)矩時，油膜變薄，片間壓力增大，轉(zhuǎn)速差減小，處于邊界摩擦狀態(tài)，輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，此時需要有良好的極壓性能。（3）有良好的氧化安定性。工作液體在長期的使用或貯存過程中，在一定的條件下氧氣或空氣接觸變化氧化變質(zhì)，生成酸、膠質(zhì)、和瀝青等氧化產(chǎn)物，這些氧化產(chǎn)物溶解或分散在工作液體中，會使油的顏色變暗、粘度和酸值增大，并生成大量沉淀，同時對金屬產(chǎn)生腐蝕作用并影響傳遞轉(zhuǎn)矩的能力。工作油通過液壓元件和摩擦片間隙時，由于受到運(yùn)動部件表面反復(fù)的剪切作用，其粘度和粘度指數(shù)都會暫時下降，嚴(yán)重時會產(chǎn)生永久性下降，使工作油失去工作能力，對利用油膜來傳遞扭矩的裝置來說，這一點尤為重要。（6）抗泡沫性能好。工作油中混有氣體時，對裝置和液壓系統(tǒng)的動態(tài)影響很大，嚴(yán)重影響油膜的形成，甚至產(chǎn)生氣穴、氣蝕，增加工作的不穩(wěn)定性和難控性，使系統(tǒng)的傳動性能變壞。除了上述要求外，工作液體還應(yīng)具有如下的性能，即防銹作用、抗泡沫能力、凝固點要低、閃點應(yīng)高、不易揮發(fā)、無毒等等。液體粘性傳動常用的工作液體有潤滑油與硅油，都可看作是牛頓流體，其動力粘度不隨剪切速度而變，切應(yīng)力與剪切速度成正比。

總之，液粘傳動技術(shù)具有高效節(jié)能、無級調(diào)速和同步傳動等特點，在帶式輸送機(jī)啟動方面具有極大的優(yōu)勢，還需要我們不斷的進(jìn)行研究和探討。

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