摩擦限矩联轴器过载保护装置

2013-04-29宋恩泽

科技创新导报 2013年6期

关键词：摩擦

宋恩泽

摘要：该文分析了刚性传动系统过载产生的原因，说明了安装摩擦限矩联轴器的必要性，并通过摩擦限矩联轴器打滑时间、电机电磁力矩及传动系统机械零件强度的分析，指出设定摩擦限矩联轴器最大打滑扭矩时应考虑到的因素，从而确定摩擦限矩联轴器的最大打滑扭矩。

关键词：限矩器摩擦过载保护

中图分类号：TH133.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-02

机械传动系统的过载保护装置种类很多，有电气的过载保护装置和机械的过载保护装置。电气的过载保护装置，作用时间滞后，无法对机械因过载产生的惯性冲击载荷实现瞬时保护；而且在工作机构突然卡死时，即使电气的过载保护装置起作用，但由于需要有一定延迟时间，此时系统所产生的惯性冲击载荷实际已施加到机械系统中。这种惯性冲击载荷力矩很大，对机械系统的破坏力极强。机械的过载保护装置，如液力偶合器、剪切销等，使用及维护有一定困难。例如，在双速电机驱动的刮板输送机中，由于特性不匹配，液力偶合器无法使用，而剪切销在其实现保护后，剪切销被剪断，机器要重新开始工作时，需更换剪切销，使用不便，影响生产，效率低。使用摩擦限矩联轴器（以下简称限矩器），在其实现保护后，不需对其进行维护，排除故障后，可直接启动电机工作，提高了生产效率。目前，限矩器的使用非常普遍，在进口设备中，双速电机驱动的刮板输送机，连续采煤机的截割部，以及连续运煤系统的运输传动系统，破碎传动系统都普遍采用限矩器。

1 过载产生的原因

刚性传动系统如图1所示。系统由电机、减速器、工作机构组成。由于电机转子转速高、质量大（相当于一个大飞轮），其惯性能占整个传动部惯性能的80%～90%，所以当工作机构瞬时过载、转速下降时，在很短的时间内会将其惯性能全部释放出来，传递到减速器第一轴。据PT Tech公司研究表明，在转速突然降低一半的情况下，电机惯性矩大小与电机功率的关系如图2所示。由于是突然卡死，过载瞬时扭矩即施加到整个机械系统。即使系统有电气的过载保护装置，但它需要一定延迟时间才能起作用，所以它无法对机械系统进行瞬时保护。

图1 刚性传动系统

图2 电机惯性矩大小与功率的关系

2 限矩器最大打滑扭矩的设定

带有限矩器的机械传动系统如图3所示。系统由电机、限矩器、减速器及工作机构组成。当工作机构突然卡死、转速下降时，电机转子产生的惯性矩传递到限矩器，限矩器主动摩擦片与从动摩擦片打滑，将电机转子的惯性能转化为热能，并输出打滑扭矩到减速器输入轴。因此，减速器输入轴所承受的最大扭矩即为限矩器打滑扭矩，故合理设置限矩器打滑扭矩，即可有效地保护减速器及整个机械传动系统，使系统扭矩小于或等于限矩器打滑扭矩。限矩器最大打滑扭矩的设定应考虑以下因素。

图3 带限矩器的传动系统

2.1 限矩器的发热

限矩器是通过主动摩擦片与从动摩擦片打滑，从而限制系统扭矩的增加，实现其保护功能的。当主从摩擦片打滑时，会产生大量的热量。限矩器为干式摩擦，散热慢。如果打滑时间过长，则会烧坏摩擦片，使限矩器失效。因此，限矩器打滑时间不能过长。在工作机构突然卡死情况下，电机转子及限矩器主动摩擦片受力状况如图4所示。M1为电机转子所受的电磁力矩；M2为限矩器从动摩擦片作用于主动摩擦片的阻转矩，即限矩器打滑扭矩；t为限矩器打滑时间，即工作机构突然卡死、电机转子转速n1降为0的时间。因为

（1）

（ε—电机转子及限矩器主动摩擦片的角加速度，

J—电机转子及限矩器主动摩擦片的转动惯量。）

（2）

（ω1—电机转子及限矩器主动摩擦片的初始角速度，

ω2—电机转子及限矩器主动摩擦片的角速度。）

（3）

所以当ω2=0时（4）

由（4）式可见，限矩器打滑时间随转动惯量J的增大而增大，随打滑扭矩M2的增大而减小。但要求M2必须大于M1。

1-电机转子 2-限矩器主动摩擦片

图4 电机转子及限矩器主动摩擦片受力状况

电机电磁力矩的特性曲线如图5所示，其最大值为电机力矩的2.25倍。