调速型液力耦合器在带式输送机中的应用

摘要：介绍了调速型液力偶合器在带式输送机中的应用原理,以期实现软启动及多机功率平衡。关键词：调速型液力偶合器；软启动；带式输送机；功率平衡1前言对于大功率、长运距的带式输送机，由于多机驱动，容易造成启动时电流大、运行中各电机分配的功率不均等缺陷，应用软启动技术是改善其启动条件的主要手段，而采用调速型液力偶合器则是较为理想的方法。为了解决启动困难和协调多机均衡驱动问题，近些年煤矿长距离带式输送机开始应用调速型液力偶合器，并取得较好的技术经济效益。2调速型液力偶合器的工作原理液力偶合器是安装在电机与工作机之间，当电机通过液力偶合器输入轴驱动泵轮旋转时，进入泵轮里的油在叶片的带动下因离心作用由泵轮内侧流向外缘，形成高压高速液流冲向涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向旋转，油在涡轮中由外缘流向内侧减压减速，然后流入泵轮。在这种循环过程中泵轮将电机的机械能转变成油的动能和势能，而涡轮将油的动能和势能又转变成输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。3液力偶合器的应用机理3.1实现软启动由液力偶合器的外特性曲线（如图）及带式输送机的启动角加速度公式可以看出：通过调节泵轮工作腔的充油量大小即可调节偶合器的输出力矩。带式输送机的启动角加速度可按下式计算：ε=I×(M-Me)/J式中，ε：工作机的启动角加速度；I：充油量；J:输送机的总转动惯量；M:液力偶合器的输入力矩；Me：输送机的总阻力矩。对于特定的工作机，其负载已确定，即J和Me均为定值，可通过控制I（充油量），改变M（液力偶合器的输入力矩），从而调节ε（工作机的启动角加速度）。工作腔内充油量I的大小可通过导管在工作腔内的位置来调节。在带式输送机启动前，先将导管插到工作腔的最外端，保证启动时工作腔不充油，电机在空载下迅速启动。这样，降低了启动电流的持续时间，减少了对电网的冲击电流。待电机空载启动完毕后，通过电控装置控制调速型液力偶合器的导管伺服机构，操纵导管在液力偶合器工作腔内的位置，调节工作腔体内的充油量I，改变液力偶合器的输入力矩M的大小，不断调节角加速度，即改变调速型液力偶合器的外特性曲线，使电动机与调速型液力偶合器的共同工作的特性曲线相应变软，逐渐增加电动机的载荷，自动调节电动机的负荷分配，使之趋于平衡，最后将工作腔油量充满，负载到达额定速度运行，实现带式输送机的负载软启动的要求。3.2实现功率平衡在长距离、重负荷输送时，常需要多台电机驱动同一负载，此时容易出现一机过载而另一机欠载的情况。多机驱动时，各电机间的功率分配不均，会发生偏载现象，严重时，会损坏电机。使用液力偶合器以后，可使各电动机负荷分配趋于均衡。带式输送机在运行阶段，其电机功率为：P=√3UIηcosφ由上式知，当采用同一型号电机时，其ηcosφ基本相同，电网电压U认为是定值，则各单台电动机电流In的大小基本反映了其功率的变化。在带式输送机运行过程中，以多电机的平均电流值I(I=∑In/n)为基准电流，确定基准电流I∑范围（基准电流范围应符合多机驱动的功率不平衡精度）取单台电机电流In与基准电流范围I∑相比较，有电控装置控制调速型液力偶合器的导管伺服结构，如In＞I∑，则将导管插入，以减小偶合器工作腔内充油量，降低电机的输出功率；如In＜I∑，则降导管拉出，以增加偶合器工作腔内的充油量，增加电机的输出功率；如In在I∑范围内，则导管伺服机构不动作，从而使各单台电机的输出功率误差保持在允许范围内。在这里，功率不平衡精度、电动机电流取样间隔时间、导管动作时间均由电气调节装置程序任意设定，以达到具有较高的精度，而又不频繁动作的效果。这样，无论在带式输送机是否带载，均能使电动机空载迅速启动，而皮带则缓慢均匀加速，其启动加速度在0.1-0.3m/s24调速液力偶合器的应用效果（1）能实现带式输送机的软启动。启动时间可随带式输送机主参数任意调节，使输送机按照S型启动曲线平稳启动，并能实现满载启动。从实际使用效果看，满足启动要求，且较为直观，维修操作方便，便于电动机不停转的情况下频繁启动、制动。对输送带冲击小，可使带式输送机缓慢启动，有效地控制启动及运行中输送带的张力，延长使用寿命。（2）改善启动性能。电动机启动时，启动时间长、电流大、启动力矩小、电机发热严重，而且耗电量大。采用液力偶合器后，电动机相当于空载启动，启动电流很小，能降低启动时的功率和电网的冲击，而且可利用电机最大力矩满负荷平稳启动，既能使电机空载启动，又能利用其尖峰力矩作启动力矩，提高启动能力，缩短启动时间，从而使输送机滞后于电机缓慢启动。（3）多机驱动时，能实现多机顺序启动，减少对外界电网的冲击，并能实现各电机的功率平衡，其功率不平衡精度控制在±5％以内。（4）自动防止过载。基于偶合器能隔离扭矩、缓慢冲击的液力传动特性，当输送机发生过载时，偶合器泵轮与涡轮之间的滑差必然增大，涡轮甚至不动，此时工作油温迅速上升，达到℃-℃时，易熔塞熔化，工作液体喷出，使泵轮空载，保护电机和传动部件不受损坏。（5）除能方便地实现微机控制外，在故障状态下可临时实现手动。5结束语应用调速型液力偶合器，通过控制启动的加速度而大幅度降低带式输送机的动张力，减小输送带选用的安全系数，降低带式输送机的制造成本；多机驱动时，功率不平衡状况得到改善，减小了皮带张力，延长皮带使用寿命，同时还消除了皮带的打滑、抖动现象，从而提高了带式输送机的经济技术指标。