带式输送机软启动装置分析

乔华

【摘 要】随着带式输送机逐渐向长距离、大运量、高速度方向发展，其启动问题日益突出，为保证带式输送机安全可靠地运行，其结构系统应该具备良好的静、动特性。传统的静态设计已经不满足设计要求的精度，计算结果有较大的偏差，而动特性分析是决定输送机技术合理安全可靠，经济可行的主要因素。下面本文对带式输送机软启动装置进行了分析。

【关键词】带式输送机；软启动装置；煤矿

一、前言

在现代化的工业生产中，带式输送机越来越多地应用在矿山运输上，并成为生产过程中不可或缺的组成部分，带式输送机启动是一个加速过程，运距越长、带速越高，启动时间就越长。输送带是带式输送机的一个重要构件，它作为承载构件来承载被输送的物料（物品），同时也作为牵引构件来运动和牵引力。它对带式输送机的摩擦传动理论、多驱动装置传动理论及功率分配、输送带的使用寿命、起制动过程中表现出的动态响应、输送带受力后应力波的传播效应、输送机的纵、横向振动与共振、张紧效应与张紧行程等技术，有着非常重要的影响。输送带在启动过程中产生粘弹性变形而产生动张力，如果直接启动或启动时间短，加速度就会变大，相应的输送带粘弹性变形就增大，动张力也变大，对输送机的元部件产生较大的冲击，从而影响各元部件、输送带及输送机的稳定性和使用寿命。因此，大型带式输送机的启动问题是一个重要的技术问题。带式输送机的软启动是指在设定的时间内，通过控制输送机启动加速度值，来保证输送机按照要求的启动速度曲线平稳启动，并达到额定速度，同时保证启动张力和启动电流在允许范围内。所以实现大型带式输送机的软启动，不仅可以提高启动性能，而且还可以降低输送机的成本。研究带式输送机动力学及控制的意义就是了解带式输送机动力学现象和原理，掌握其动力学的基本规律，按照设计要求，对系统进行静、动特性分析和综合评价，实现在设计过程中预测和优化输送机的动态特性，进而实现对启动、制动等过程的控制和优化，确定驱动系统、制动系统、拉紧装置最佳安装位置，从而实现带式输送机在经济上更加合理，在技术上更加可靠。

二、液粘软启动装置应用于带式输送机的重要性

目前，常用的带式输送机启动方式主要有三种，分别是电控制型调速软启动、液力祸合器调速启动以及液粘传动调速启动。液粘软启动装置通过主动摩擦片与被动摩擦片之间的油膜剪切作用实现动力传递。主动摩擦片与输入轴之间以及被动摩擦片与被动摩擦片连接架之间都是通过花键进行连接，且可以通过花键轴向移动。通过液压缸控制活塞压紧力可以实现摩擦片间距离的变化，进而改变传递扭矩的大小。液体粘性传动调速启动在高速段性能优于液力祸合器，在低速段性能优于电控制型调速。不仅可以实现电机的零负载启动，还可以实现驱动滚筒的无极调速，调速范围大。另外，其在制造成本、散热、维护的方便性等方面相对其他调速方式占据优势。其优点主要总结如下：（1）可以使电机零负载启动，驱动滚筒无极调速且调速范围广：（2）调速的灵敏度高；（3）很容易实现调速的自动化，转速稳定、精度高；（4）调整油膜厚度可以实现主动转子与从动转子间的同步转动，功率损失小，传动效率高；（5）液粘调速系统过载保护容易实现，在重载启动时，启动过程由慢及快，启动平稳，防止系统产生过大惯性力；（6）由于煤矿井下特殊工况要求，对运行的设备尤其是电气设备必须具备防爆性能。液体粘性传动调速所用的传动调速装置是全封闭的纯机械装置，摩擦片之间是湿摩擦，不会产生火花，所以该装置容易实现防爆标准。（7）液体粘性传动调速的价格相对电调速很低，且维修费用较低。由于液体粘性传动调速相对电控制型调速与液力调速具有无可比拟的优越性，因此液体粘性传动调速装置在煤矿井下输送机上使用具有很高的经济效益和社会效益。液体粘性传动调速装置用于连接电机与输送机主驱动滚筒，作为电机与驱动滚筒间的离合器和调速器使用。在实际使用中常命名为液粘软启动装置，它装备到中型和大型输送机上可以延长输送机和传动系统的寿命，还可以减少对电网的冲击，提高电动机使用寿命。另外液粘软启动装置的维护费用较低，可以节省较大的人力、财力。带式输送机所需带强的安全系数由原来的7～9降低为4.5—5.5，降低了输送机的购置成本，并节约了用电成本。

三、液粘软启动装置设计的注意事项

1、摩擦片设置

摩擦片是可控传动装置中机械本体的核心部件，它的材料和结构形式都是直接影响可控传动装置的启动性能和使用寿命，所以在设计摩擦片时，一个主要问题是选择合适的摩擦材料和摩擦片结构。可控传动装置中摩擦片的结合过程可分为流体粘性摩擦、混合摩擦、边界摩擦和静摩擦四种状态。流体粘性摩擦时，摩擦片表面完全被连续的油膜所隔开，摩擦片间的间隙较大，属于较大滑差的工况。此时传递的扭矩与摩擦片的形状和材料影响较小。混合摩擦时，摩擦片表面的一部分被油膜隔开，另一部分发生微凸体间的接触，摩擦片间的间隙很小，属于低滑差的工况。此时传递的扭矩与摩擦片的形状和材料影响不大。边界摩擦时，摩擦片间的间隙较小，可认为相互接触，摩擦片表面只有极薄的边界油膜，主要是微凸体接触，属于很小滑差的工况。此时摩擦片的摩擦系数比较稳定，摩擦片的寿命和传递扭矩的能力与摩擦片的形状和材料有密切的关系。静摩擦时，摩擦片相互压得很紧，摩擦片间没有滑差，靠静摩擦力来传递扭矩。此时性能与摩擦片的形状和材料也有密切关系。目前湿式摩擦材料已发展出四大类：①烧结青铜基摩擦材料；②橡胶树脂基摩擦材料；③石墨基摩擦材料；④纸基摩擦材料。其中纸基摩擦材料具有以下一系列优良性能而得到广泛应用：（l）富有弹性，压力分布比较均匀，动摩擦系数高；（2）易于制造，重量轻，生产简单；（3）纸基摩擦材料的动静摩擦系数之比大，有利于摩擦片的平稳结合，噪声小；（4）具有很高的孔隙度，可以获得充分的润滑冷却。应用于可控传动装置的摩擦片的纸基摩擦材料动摩擦系数一般为0.12～0.16之间，静摩擦系数一般为0.12-0.20之间。可见静动摩擦系数比很小，在1.0-1.25之间，这样有利于启动过程的平稳过渡和过载保护。纸基摩擦片对对偶件的表面光洁度、平整度要求较高，对偶件选用冷轧钢板较为合理。同时对油的种类也比较敏感。

2、工作液体选择

工作液体在液体粘性传动中的作用是传递动力、冷却散热和润滑，应具有以下性能：（l）有符合传动要求的粘度。工作液体的粘度涉及转矩传递、油膜形成、承载能力、油泵功率等问题。（2）有良好的润滑性能（油性和极压性）。粘性和润滑性能不同，粘度大的工作液体，不一定润滑性能好。油性可以降低摩擦和减少磨损，极压性可减小边界摩擦时的磨损，缩小转速不稳定工作区。对于液体粘性调速离合器，在传递大转矩时，油膜变薄，片间压力增大，转速差减小，处于边界摩擦状态，输出转速不稳定，此时需要有良好的极压性能。（3）有良好的氧化安定性。工作液体在长期的使用或贮存过程中，在一定的条件下氧气或空气接触变化氧化变质，生成酸、胶质、和沥青等氧化产物，这些氧化产物溶解或分散在工作液体中，会使油的颜色变暗、粘度和酸值增大，并生成大量沉淀，同时对金属产生腐蚀作用并影响传递转矩的能力。工作油通过液压元件和摩擦片间隙时，由于受到运动部件表面反复的剪切作用，其粘度和粘度指数都会暂时下降，严重时会产生永久性下降，使工作油失去工作能力，对利用油膜来传递扭矩的装置来说，这一点尤为重要。（6）抗泡沫性能好。工作油中混有气体时，对装置和液压系统的动态影响很大，严重影响油膜的形成，甚至产生气穴、气蚀，增加工作的不稳定性和难控性，使系统的传动性能变坏。除了上述要求外，工作液体还应具有如下的性能，即防锈作用、抗泡沫能力、凝固点要低、闪点应高、不易挥发、无毒等等。液体粘性传动常用的工作液体有润滑油与硅油，都可看作是牛顿流体，其动力粘度不随剪切速度而变，切应力与剪切速度成正比。

总之，液粘传动技术具有高效节能、无级调速和同步传动等特点，在带式输送机启动方面具有极大的优势，还需要我们不断的进行研究和探讨。

参考文献：

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[2]陈卫峰.大型矿用带式输送机软启动方式的合理选用[J].煤矿机械，2007，28（2）.

[3]张潞平.主斜井带式输送机软启动方式的比较和选用[J].研究探讨，2008，9.