調速型液力偶合器在帶式輸送機中的應用

摘要：介紹了調速型液力偶合器在帶式輸送機中的應用原理，以期實現軟啟動及多機功率平衡。

關鍵詞：調速型液力偶合器；軟啟動；帶式輸送機；功率平衡

1 前言

對于大功率、長運距的帶式輸送機，由于多機驅動，容易造成啟動時電流大、運行中各電機分配的功率不均等缺陷，應用軟啟動技術是改善其啟動條件的主要手段，而采用調速型液力偶合器則是較為理想的方法。為了解決啟動困難和協調多機均衡驅動問題，近些年煤礦長距離帶式輸送機開始應用調速型液力偶合器，并取得較好的技術經濟效益。

2 調速型液力偶合器的工作原理

液力偶合器是安裝在電機與工作機之間，當電機通過液力偶合器輸入軸驅動泵輪旋轉時，進入泵輪里的油在葉片的帶動下因離心作用由泵輪內側流向外緣，形成高壓高速液流沖向渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉，油在渦輪中由外緣流向內側減壓減速，然后流入泵輪。在這種循環過程中泵輪將電機的機械能轉變成油的動能和勢能，而渦輪將油的動能和勢能又轉變成輸出軸的機械能，從而實現能量的柔性傳遞。

3 液力偶合器的應用機理

3.1 實現軟啟動

由液力偶合器的外特性曲線（如圖）及帶式輸送機的啟動角加速度公式可以看出：通過調節泵輪工作腔的充油量大小即可調節偶合器的輸出力矩。

帶式輸送機的啟動角加速度可按下式計算：ε=I×(M-Me)/J

式中，ε：工作機的啟動角加速度；I：充油量；J:輸送機的總轉動慣量；M:液力偶合器的輸入力矩；Me：輸送機的總阻力矩。

對于特定的工作機，其負載已確定，即J和Me均為定值，可通過控制I（充油量），改變M（液力偶合器的輸入力矩），從而調節ε（工作機的啟動角加速度）。工作腔內充油量I的大小可通過導管在工作腔內的位置來調節。在帶式輸送機啟動前，先將導管插到工作腔的最外端，保證啟動時工作腔不充油，電機在空載下迅速啟動。這樣，降低了啟動電流的持續時間，減少了對電網的沖擊電流。待電機空載啟動完畢后，通過電控裝置控制調速型液力偶合器的導管伺服機構，操縱導管在液力偶合器工作腔內的位置，調節工作腔體內的充油量I，改變液力偶合器的輸入力矩M的大小，不斷調節角加速度，即改變調速型液力偶合器的外特性曲線，使電動機與調速型液力偶合器的共同工作的特性曲線相應變軟，逐漸增加電動機的載荷，自動調節電動機的負荷分配，使之趨于平衡，最后將工作腔油量充滿，負載到達額定速度運行，實現帶式輸送機的負載軟啟動的要求。

3.2 實現功率平衡

在長距離、重負荷輸送時，常需要多臺電機驅動同一負載，此時容易出現一機過載而另一機欠載的情況。多機驅動時，各電機間的功率分配不均，會發生偏載現象，嚴重時，會損壞電機。使用液力偶合器以后，可使各電動機負荷分配趨于均衡。帶式輸送機在運行階段，其電機功率為：P=√3UIηcosφ由上式知，當采用同一型號電機時，其ηcosφ基本相同，電網電壓U認為是定值，則各單臺電動機電流In的大小基本反映了其功率的變化。在帶式輸送機運行過程中，以多電機的平均電流值I(I=∑In/n)為基準電流，確定基準電流I∑范圍（基準電流范圍應符合多機驅動的功率不平衡精度）取單臺電機電流In與基準電流范圍I∑相比較，有電控裝置控制調速型液力偶合器的導管伺服結構，如In ＞I∑，則將導管插入，以減小偶合器工作腔內充油量，降低電機的輸出功率；如In ＜I∑，則降導管拉出，以增加偶合器工作腔內的充油量，增加電機的輸出功率；如In在I∑范圍內，則導管伺服機構不動作，從而使各單臺電機的輸出功率誤差保持在允許范圍內。在這里，功率不平衡精度、電動機電流取樣間隔時間、導管動作時間均由電氣調節裝置程序任意設定，以達到具有較高的精度，而又不頻繁動作的效果。

這樣，無論在帶式輸送機是否帶載，均能使電動機空載迅速啟動，而皮帶則緩慢均勻加速，其啟動加速度在0.1-0.3m/s2

4 調速液力偶合器的應用效果

（1）能實現帶式輸送機的軟啟動。啟動時間可隨帶式輸送機主參數任意調節，使輸送機按照S型啟動曲線平穩啟動，并能實現滿載啟動。從實際使用效果看，滿足啟動要求，且較為直觀，維修操作方便，便于電動機不停轉的情況下頻繁啟動、制動。對輸送帶沖擊小，可使帶式輸送機緩慢啟動，有效地控制啟動及運行中輸送帶的張力，延長使用壽命。

（2）改善啟動性能。電動機啟動時，啟動時間長、電流大、啟動力矩小、電機發熱嚴重，而且耗電量大。采用液力偶合器后，電動機相當于空載啟動，啟動電流很小，能降低啟動時的功率和電網的沖擊，而且可利用電機最大力矩滿負荷平穩啟動，既能使電機空載啟動，又能利用其尖峰力矩作啟動力矩，提高啟動能力，縮短啟動時間，從而使輸送機滯后于電機緩慢啟動。

（3）多機驅動時，能實現多機順序啟動，減少對外界電網的沖擊，并能實現各電機的功率平衡，其功率不平衡精度控制在±5％以內。

（4）自動防止過載。基于偶合器能隔離扭矩、緩慢沖擊的液力傳動特性，當輸送機發生過載時，偶合器泵輪與渦輪之間的滑差必然增大，渦輪甚至不動，此時工作油溫迅速上升，達到100℃-140℃時，易熔塞熔化，工作液體噴出，使泵輪空載，保護電機和傳動部件不受損壞。

（5）除能方便地實現微機控制外，在故障狀態下可臨時實現手動。

5 結束語

應用調速型液力偶合器，通過控制啟動的加速度而大幅度降低帶式輸送機的動張力，減小輸送帶選用的安全系數，降低帶式輸送機的制造成本；多機驅動時，功率不平衡狀況得到改善，減小了皮帶張力，延長皮帶使用壽命，同時還消除了皮帶的打滑、抖動現象，從而提高了帶式輸送機的經濟技術指標。

參考文獻

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