液力耦合器在輸送帶過載保護的應用

梁建峰

（大同煤礦集團有限責任公司燕子山礦，山西 大同 037037）

據(jù)統(tǒng)計表明，我國是煤炭年產(chǎn)量和年消耗量最大的國家之一，而且在未來的很長一段時間內(nèi)煤炭依然在我國能源結構中占據(jù)主導地位。為了滿足生活、生產(chǎn)的需求，對綜采工作面的煤炭的開采效率和安全性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。輸送帶作為煤礦生產(chǎn)中必不可少的設備之一，在綜采工作面的主要功能是將煤炭、煤矸石以及設備等運送至地面[1]。根據(jù)實際生產(chǎn)的需求，輸送帶常需要配合現(xiàn)場檢修進行緊急停機，再次啟動時處于滿載狀態(tài)，若采用常規(guī)的啟動手段常會對綜采工作面整個電網(wǎng)造成沖擊，進而對相關設備造成損傷。尤其是在滿載啟動時對輸送帶本身電機及相關機械部件的造成極大的消耗。為降低大功率、長距離輸送帶在過載或滿載啟動時對系統(tǒng)及相關設備造成的損害，實際生產(chǎn)中最為理想的方法為采用液力耦合器。

1 液力耦合器應用背景分析

隨著綜采工作面越來越長，輸送帶朝著長距離、大運量的方向發(fā)展[2]。為了滿足綜采工作面的生產(chǎn)需求對輸送帶的驅動裝置提出了新的要求和挑戰(zhàn)。在當前工作面生產(chǎn)能力的推動下，要求驅動裝置滿足如下要求。

1）要求輸送帶驅動裝置啟動時降低對機械及電氣部件的沖擊。

2）要求輸送帶驅動裝置能夠為帶式輸送機提供可調(diào)、無沖擊的啟動力矩。

3）要求驅動裝置能夠與帶式輸送機電機進行完美匹配，最大限度的發(fā)揮電機的功能。

4）要求帶式輸送機過載運行時能夠實現(xiàn)對輸送機的過載保護功能。

2 液力耦合器的工作原理概述

簡單的說，液力耦合裝置是有兩部分組成的，分別為離心式水泵和渦輪機。液力耦合器的具體結構如圖1 所示。

圖1 液力耦合器結構示意圖

具體工作原理：當液力耦合器開始工作時，在耦合器工作腔內(nèi)部的液體在其自身離心力和工作輪葉片推動的雙重作用下從半徑小的泵輪入口被加速推至半徑較大的泵輪出口，該過程為將泵輪的機械能轉換為耦合器腔內(nèi)液體的動能。具備一定動能的液體推動與泵輪相對的渦輪葉片轉動，使得葉片的旋轉方向與泵輪的方向一致，該過程為將液體動力轉換為渦輪機械能的過程。將動能傳遞至渦輪葉片機械能的液體會在此進入泵輪入口，開始下一個循環(huán)能量的轉換[3]。

通過液力耦合器腔內(nèi)液體動能到機械能的轉換實現(xiàn)能量的傳遞，避免了機械部件硬碰硬的接觸而造成機械部件表面加劇磨損，在提升機械部件使用壽命的同時，從一定程度上實現(xiàn)了輸送帶的過載保護。

3 液力耦合器的應用

3.1 液力耦合器的應用機理

液力耦合器在輸送帶中的應用如圖2 所示。

圖2 液力耦合器在輸送帶的應用示意圖

液力耦合器安裝于帶式輸送機的電動機和減速器之間。其中，液力耦合器的泵輪與電動機相連為主動輪，渦輪與減速器相連為從動輪[4]。實現(xiàn)主動輪與從動輪之間的非剛性連接是實現(xiàn)輸送帶過載保護的關鍵。

3.2 液力耦合器的選型

液力耦合器的性能是決定其能否發(fā)揮過載保護功能的關鍵[5]。在實際生產(chǎn)中，需根據(jù)現(xiàn)場情況選擇相匹配的液力耦合器。在選型時需遵循如下原則：

3.2.1 液力耦合器的要求

為了滿足實際生產(chǎn)的需求（帶式輸送機的運輸速度），要求液力耦合器的輸出轉速與最高運輸速度所轉化的滾筒的轉速一致。由于液力耦合器輸入與輸出存在一定的轉差率，二者存在如下關系：

式中：nr為液力耦合器的輸入轉速；nc為液力耦合器的輸出轉速。

一般的，帶式輸送機的電機選型確定后，與其相對應的液力耦合器的轉速已確定，具體如表1 所示。

表1 不同電機所對應的液力耦合器的轉速 r/min

3.2.2 驅動滾筒的最大功率

在實際生產(chǎn)中，液力耦合器的輸出功率主要包含兩部分。其一為傳遞至帶式輸送機滾筒的功率，即為有效功率；其二為在傳遞過程中所損失的功率。因此，要求液力耦合器的功率滿足如下關系：

式中：PZ為液力耦合器的總功率，kW；PY為液力耦合器傳遞至滾筒的有效功率，kW；PX為傳遞過程中所損失的功率，kW。

3.3 液力耦合器的應用效果

根據(jù)上述液力耦合器的選型原則選擇與燕子山礦帶式輸送機相匹配的液力耦合器應用于實際生產(chǎn)中。在近一個月的實際應用驗證中，可將液力耦合器的應用效果總結如下：

1）液力耦合器能夠實現(xiàn)帶式輸送機的軟啟動。帶式輸送機的啟動時間能夠根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行調(diào)節(jié)。并對比不同的啟動下的輸送帶的啟動性能發(fā)現(xiàn)，S 啟動曲線下的啟動最為平穩(wěn)，而且能夠實現(xiàn)滿載啟動。在滿載工況下啟動時對輸送帶的沖擊較小，能夠有效控制啟動過程中輸送帶的張緊力，從而減小在啟動過程中對輸送帶的損耗。

2） 液力耦合器能夠縮短帶式輸送機的啟動時間，降低在啟動過程中對功率和電網(wǎng)的沖擊，即能夠實現(xiàn)帶式輸送機電機的“空載啟動”。

3）能夠實現(xiàn)帶式輸送機的過載保護功能。當帶式輸送機處于過載狀態(tài)運行時，液力耦合器具有隔離扭矩、減緩沖擊的液力傳動特性，使得泵輪和渦輪之間發(fā)生滑差。即，在過載狀態(tài)下渦輪停止轉動，使得泵輪出現(xiàn)空轉的情況，直接保護了電機和減速器等相關傳動部件。

4 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其運輸效率直接決定綜采工作面的采煤效率。在實際生產(chǎn)中，帶式輸送機的運行狀態(tài)包括有空載、滿載以及過載，而且以過載的工況所占比例最高。為了確保帶式輸送機的穩(wěn)定運行，需有效解決過載工況給設備及相關設備所帶來的沖擊。液力耦合器在帶式輸送機驅動系統(tǒng)中的應用，安裝于電機和減速器之間能夠有效控制設備在啟動階段的加速度，降低帶式輸送機啟動時的張緊力，有效提升輸送帶的使用壽命；能夠實現(xiàn)輸送帶的過載保護功能，在過載工況中保護了帶式輸送機的電機和相關傳動部件。因此，在實際生產(chǎn)中應將液力耦合器推廣應用，并在今后生產(chǎn)中加強對液力耦合器調(diào)速控制系統(tǒng)的研究。