煤礦用減速器效率試驗

洪美娟

(中煤科工集團 上海有限公司，上海 201401)

1 煤炭行業減速器型式試驗和效率影響因素分析

1.1 煤炭行業標準規定的減速器型式檢驗項目

根據MT/T 681—1997 《煤礦用帶式輸送機減速器檢測標準》和MT/T 101—2000《刮板輸送機減速器檢測標準》，檢測項目見表1、表2[1-2]。

表1 MT/T 101—2000標準規定的減速器型式檢驗項目表

由表1、表2可以看出，煤礦用減速器型式檢驗必須進行效率試驗。

1.2 減速器效率影響因素分析

減速器的功率有機械功率和熱功率兩種。機械功率是根據減速器主要零件(如齒輪和軸)的強度條件所計算和確定的功率；而熱功率是在環境溫度為常溫(一般取20 ℃)，減速器連續負荷運轉至熱平衡時，達到允許溫度(一般為90 ℃～100 ℃)時的最大功率[3]。 根據專業標準可知，機械功率要比熱功率大得多，機械功率越大，其對熱功率所占的比例越小。所以提高減速器的熱功率能夠直接提高減速器的額定功率。齒輪減速器在自然散熱狀態下達到熱平衡時的熱功率的計算式為[3]：

PT=KF(t-t0)/[1000(1-η)]

(1)

表2 MT/T 681—1997標準規定的減速器型式檢驗項目

式中：t0為環境常溫，一般取20 ℃；t為潤滑油允許溫度，一般為90 ℃～100 ℃；F為散熱面積(m2),根據減速器箱體外形尺寸計算；K為導熱系數，J/(m2s℃),設計手冊推薦值K=8.7～17.5；η為減速器總效率，包括齒輪的嚙合效率、軸承效率、攪油損失效率等。

由式(1)可知，影響熱功率的因素有3個：散熱面積、散熱條件、減速器效率。散熱面積越大，散熱條件好，減速器效率高，熱功率也就高。

通過式(1)換算得：

(2)

可見,循環系統影響和熱平衡溫度也是影響減速器效率試驗重要因素。

2 減速器加載試驗原理和試驗數據分析

2.1 常見的減速器加載試驗臺分析

目前煤炭行業減速器開式試驗臺包括：直流電動機加載的試驗臺；電渦流加載試驗臺；水力測功機加載的性能試驗臺。

常見的閉式試驗臺均為電密封加載試驗臺，包括直流電機電控電密封加載試驗臺和交流電動機電密封加載性能試驗臺。其中，直流電機電密封加載試驗臺分為加載電機能量直接回饋電網和加載電機能量直接回饋驅動電動機兩種。交流電動機電密封加載試驗臺包括四象限變頻器電密封加載性能試驗臺和兩象限變頻器電密封加載性能試驗臺。

開式試驗臺由于輸入試驗臺的功率被傳動鏈和加載裝置完全消耗掉。動力源功率要達到被試機的125%才能完成測試。故只適用于減速器額定功率250 kW以下的試驗臺[4]。對于大功率的減速器，從能量消耗和成本角度，選用電密封加載試驗臺中兩象限變頻器電密封加載試驗臺更合理，其原理見圖1[5]。

圖1 兩象限變頻器電密封加載試驗臺原理

2.2 減速器試驗分析

通過減速器型式試驗來分析減速器的效率影響因素。對額定功率為1 320 kW的MDB3型減速器進行加載試驗，試驗臺如圖2所示。該減速器三級傳動，風冷+減速器內安裝盤狀管水冷結構，如圖3所示。該試驗減速器正向齒輪精度為5級，反向加工齒輪精度為7級。依據MT/T681—1997標準進行效率試驗。當水流速度一定，但冷卻水進口處水壓為3 MPa時，正向旋轉，熱平衡時溫度為52 ℃，得出的數據如表3所示，效率曲線如圖4所示。

當冷卻水壓為1.2 MPa時，正轉時熱平衡溫度

圖2 兩象限變頻器電密封加載試驗臺

為70 ℃，得出的效率數據如表4所示，效率曲線如圖5所示。

由表3、表4數據得知，當冷卻水壓為3 MPa,正

表3 冷卻水水壓3 MPa時的效率

(a)(b)圖3 試驗臺減速器實物

轉熱平衡時，油溫52 ℃，滿載效率為84.3%；當水壓為1.2 MPa時，正轉熱平衡時，油溫72 ℃，滿載效率為96.1%；當水壓為1.2 MPa時，反轉熱平衡溫度為72 ℃，100%加載時，效率為96.5%；當冷卻水循環水壓為0.3 MPa,油溫持續上升，運行6 h時，油溫已超過100 ℃，直接停止試驗。

圖4 冷卻水壓3 MPa時減速器負荷效率曲線

表4 冷卻水水壓1.2 MPa時的效率數據

圖5 冷卻水壓1.2 MPa時減速器負荷效率曲線

3 結論

1) 齒輪加工精度對減速器的效率有影響。同等試驗條件下,齒輪加工精度越高，滿載時減速器效率越高。

2) 散熱裝置對減速器效率也有影響，但不是散熱效果越強越好。因為冷卻水壓過大，導致熱平衡時溫度不高，效率達不到標準要求。但同樣散熱水壓過低，散熱效果差，油池溫度過高，超過煤炭行業標準要求，給煤礦安全生產會帶來隱患。

由此，通過本次試驗得知，對于大型減速器，水冷卻循環水流、水壓，散熱速度至關重要，必須控制在合理的范圍內。