液力偶合器在带式输送机上的应用

王雪

摘要：大功率、长运距带式输送机的设计中，因多机驱动，应用软启动技术是改善其启动条件的主要手段，而调速型液力偶合器是理想的元部件。本文就此简单介绍了液力偶合器的结构、工作原理及其匹配选型原则。根据井下带式输送机的具体需要，结合软启动技术，选用调速型液力偶合器，与其他软启动方式进行对比，应用液力调速技术节能效果明显优于其他方式。

关键词：带式输送机；调速型液力偶合器

中图分类号：TD528文献标识码：A 文章编号：

0．前言

大功率、长运距带式输送机的设计中,因多机驱动,应用软启动技术是改善其启动条件的主要手段,而调速型液力偶合器是理想的元部件。原先大功率、长运距带式输送机多采用多电机配限矩型液力偶合器的驱动方式。多电机的同时启动,使启动电流过大,对电网的冲击增大,压降增加,造成启动困难。且电机直接启动,输送机起动加速度过快,使胶带松边拉紧装置反应速度滞后,胶带下垂度加大,使储带仓内多层胶带层间相互碰撞、摩擦,导致胶带磨损快、寿命短、传动不平衡。带式输送机的软启动技术就是在一定的启动时间内,控制启动加速度,确保带式输送机按所要求的速度曲线平稳地起动,达到额定运行速度,同时使电机的启动电流和输送带的启动张力控制在允许范围内。采用调速型液力偶合器配电气调节装置,可实现带式输送机的软启动。

1．液力偶合器的工作原理

液力偶合器的实质是离心式水泵与涡轮机的组合。主要由输入轴、输出轴、泵轮、涡轮、外壳、辅助腔及安全保护装置等组成，其结构示意图如图1所示.

当动力机通过输入轴带动偶合器泵轮旋转时，充填在耦合器工作腔内的工作液体受到离心力和工作轮叶片推动的双重作用，从半径小的泵轮入口被加速加压抛向半径

较大的泵轮出口，同时，液体的动量矩获得

增量，即泵轮将动力机输入的机械能转化成

了液体动能。当具有液体动能的工作液体由

泵轮出口冲向对面的涡轮时，液流便冲击涡

图1.液力偶合器结构示意图

1-主动轴；2-从动轴；3-转动外壳；

4-叶片；B-泵轮；T-涡轮

轮叶片，使之与泵轮同向转动，也就是说液体动能又转化成了机械能，驱动涡轮旋转并带动工作机做功。释放完液体动能的工作液体由涡轮入口流向涡轮出口并再次进入泵轮入口，开始下一次循环流动。就这样，工作液体在泵轮与涡轮间周而复始不停地作螺旋环流运动，于是输入与输出在没有任何机械连接的情况下，仅靠液体动能便柔性地连接在一起了。

2．液力偶合器的选型匹配原则

（1）满足工作机最高转速要求

由于液力偶合器输出与输入之间存在转差率，所以偶合器最高输出转速总是低于电机的转速，即

式中—工作机最大转速；

—偶合器最大输出转速（涡轮转速）；

—偶合器输入转速（泵轮转速）；

—电机转速。

实际上，当电机转速确定以后，偶合器的最高输出转速也就确定了，见表1。

表1.不同输入转速下的偶合器最高

输出转速

（2）满足工作机最高耗用功率要求

液力偶合器泵轮功率必须大于工作机最大耗用功率与液力偶合器再次工况下的最大功率损失之和，即

式中， —工作机最大耗用功率，

—偶合器泵轮功率，

—偶合器在工作机最大耗用功率工况时的最大功率损失，

（3）满足工作机调速范围要求

液力偶合器的调速范围主要取决于载荷特性，对于恒力矩负载，调速范围为1~1/3;对于直线型负载或抛物线型负载，调速范围为1~1/5。

（4）满足工作机稳定运行要求

工作机经液力偶合器调速后，要求任意工况点均能稳定运行。液力偶合器传动系统稳定运行的必要条件是液力偶合器某一冲液量的特性曲线能与载荷特性曲线相交，两曲线交角越大，运行越稳定。若曲线接近于平行，则运行不稳定。

（5）满足工作机调速时间要求

大部分工作机对调速过程的时间没司马要求，但也有些工作机对完成调速的时间有要求。

（6）满足热平衡要求

液力偶合器在调速运转中存在转差率损失、鼓风损失、轴承摩擦损失、供油油路损失等，这些损失转化成热量，使偶合器工作液体温度升高，如不能及时散热，就会影响正常工作。

（7）满足工作环境要求

当偶合器工作在潮湿、户外、煤矿井下、易燃易爆、寒冷等条件时，应考核偶合器适应环境要求的能力。

（8）满足工作机调速控制要求

调速型液力偶合器有现场手动控制、控制室收操电动控制和控制室自动控制三种，选型时要明确控制方式。

（9）满足工作机构转向要求

调速型液力偶合器的转向虽然可以正转也可以反转，但是已经调定后，在工作中就无法改变，因此要注意把转向搞准。

（10）满足工作机其他要求

包括动力机、工作机的安装要求、偶合器为电机、减速器集中供油，设立高位油箱、改型，改变连接尺寸等。

（11）满足经济适用要求

液力偶合器合理选型匹配除上述要求外，还应满足经济、高效、适用要去。包括两点：

①合理经济地确定电机型号和功率

②合理经济地选择偶合器规格和运行工况。

3．调速型液力偶合器的应用实例

（1）在带式输送机上的应用

例如某煤矿井下南翼运输大巷的高强度带式输送机，输送距离为1637 ，带速为3.5 ，设计输煤量为1750 ，由三台电机通过三台YOT 650B调速型液力偶合器驱动。经过长时间运行后，对机组进行了工业性运行测定，其测定结果表明：

①三台调速型液力偶合器自投入运行以来已连续无故障运行14个月，其可靠性和安全性符合要求；

②该带式输送机位于地下600 深，环境潮湿，实践证明，液力偶合器适合在煤矿井下恶劣环境下工作；

③液力偶合器坚实可靠，操作简单，维护保养容易，不需要特殊技术；

④调速型液力偶合器对均衡各电机功率有良好作用，三台电机实际运行电流稳定在19~20 范围内，达到了设计要求；

⑤设计带速为3.15 ，实际带速为3.2 ，符合控制带速要求；

⑥启动柔和平稳，软启动延长时间8~10 ，对输送带有明显的保护作用；

⑦防爆性能好，符合井下安全生产要求。

（2）与其他软启动装置的比较

对调速型液力偶合器、CST 液黏调速装置、软启动电控器在带式输送机上应用的技术经济性能进行对比，其结果如下：

①调速型液力偶合器软启动性能优于软启动电控器，基本无故障，满足使用要求，价格合理，性价比高。

②软启动电控器价格低于调速型液力偶合器，但启动性能不如偶合器，且故障率较高。

③CST液黏调速装置，其启动性能优于调速型液力偶合器，但是进口产品价格太高，对工作油的清洁度要求极高，需经常换油，维修不便。国产产品故障率高，摩擦片易磨损，污染工作油，需经常更换，使用不便。

带式输送机属于恒力矩机械，因而理论上，调速型液力偶合器在带式输送机上应用不节能，但实际应用时，不要求偶合器作答转差调速，只是在启动时转差达，而正常运行时转差不大，所以电能损耗较少。

4．结语

对工业生产中常用的调速型液力偶合器进行了简单介绍，分析了其节能运行效率，结合实际的例子，从结果可以看出使用调速型液力偶合器后，能耗被大大降低，起到了明显的节能效益。

参考文献：

[1]刘应诚,杨乃乔.液力偶合器应用与节能技

术[M],北京:化学工业出版社,2006.

[2]董泳,闰国军,李小斌.调速型液力偶合器

双机驱动同步调速与功率平衡控制方法探讨[J].煤矿机械,2007,28(2):57-59.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。