煤矿用减速器效率试验

洪美娟

(中煤科工集团 上海有限公司，上海 201401)

1 煤炭行业减速器型式试验和效率影响因素分析

1.1 煤炭行业标准规定的减速器型式检验项目

根据MT/T 681—1997 《煤矿用带式输送机减速器检测标准》和MT/T 101—2000《刮板输送机减速器检测标准》，检测项目见表1、表2[1-2]。

表1 MT/T 101—2000标准规定的减速器型式检验项目表

由表1、表2可以看出，煤矿用减速器型式检验必须进行效率试验。

1.2 减速器效率影响因素分析

减速器的功率有机械功率和热功率两种。机械功率是根据减速器主要零件(如齿轮和轴)的强度条件所计算和确定的功率；而热功率是在环境温度为常温(一般取20 ℃)，减速器连续负荷运转至热平衡时，达到允许温度(一般为90 ℃～100 ℃)时的最大功率[3]。 根据专业标准可知，机械功率要比热功率大得多，机械功率越大，其对热功率所占的比例越小。所以提高减速器的热功率能够直接提高减速器的额定功率。齿轮减速器在自然散热状态下达到热平衡时的热功率的计算式为[3]：

PT=KF(t-t0)/[1000(1-η)]

(1)

表2 MT/T 681—1997标准规定的减速器型式检验项目

式中：t0为环境常温，一般取20 ℃；t为润滑油允许温度，一般为90 ℃～100 ℃；F为散热面积(m2),根据减速器箱体外形尺寸计算；K为导热系数，J/(m2s℃),设计手册推荐值K=8.7～17.5；η为减速器总效率，包括齿轮的啮合效率、轴承效率、搅油损失效率等。

由式(1)可知，影响热功率的因素有3个：散热面积、散热条件、减速器效率。散热面积越大，散热条件好，减速器效率高，热功率也就高。

通过式(1)换算得：

(2)

可见,循环系统影响和热平衡温度也是影响减速器效率试验重要因素。

2 减速器加载试验原理和试验数据分析

2.1 常见的减速器加载试验台分析

目前煤炭行业减速器开式试验台包括：直流电动机加载的试验台；电涡流加载试验台；水力测功机加载的性能试验台。

常见的闭式试验台均为电密封加载试验台，包括直流电机电控电密封加载试验台和交流电动机电密封加载性能试验台。其中，直流电机电密封加载试验台分为加载电机能量直接回馈电网和加载电机能量直接回馈驱动电动机两种。交流电动机电密封加载试验台包括四象限变频器电密封加载性能试验台和两象限变频器电密封加载性能试验台。

开式试验台由于输入试验台的功率被传动链和加载装置完全消耗掉。动力源功率要达到被试机的125%才能完成测试。故只适用于减速器额定功率250 kW以下的试验台[4]。对于大功率的减速器，从能量消耗和成本角度，选用电密封加载试验台中两象限变频器电密封加载试验台更合理，其原理见图1[5]。

图1 两象限变频器电密封加载试验台原理

2.2 减速器试验分析

通过减速器型式试验来分析减速器的效率影响因素。对额定功率为1 320 kW的MDB3型减速器进行加载试验，试验台如图2所示。该减速器三级传动，风冷+减速器内安装盘状管水冷结构，如图3所示。该试验减速器正向齿轮精度为5级，反向加工齿轮精度为7级。依据MT/T681—1997标准进行效率试验。当水流速度一定，但冷却水进口处水压为3 MPa时，正向旋转，热平衡时温度为52 ℃，得出的数据如表3所示，效率曲线如图4所示。

当冷却水压为1.2 MPa时，正转时热平衡温度

图2 两象限变频器电密封加载试验台

为70 ℃，得出的效率数据如表4所示，效率曲线如图5所示。

由表3、表4数据得知，当冷却水压为3 MPa,正

表3 冷却水水压3 MPa时的效率

(a)(b)图3 试验台减速器实物

转热平衡时，油温52 ℃，满载效率为84.3%；当水压为1.2 MPa时，正转热平衡时，油温72 ℃，满载效率为96.1%；当水压为1.2 MPa时，反转热平衡温度为72 ℃，100%加载时，效率为96.5%；当冷却水循环水压为0.3 MPa,油温持续上升，运行6 h时，油温已超过100 ℃，直接停止试验。

图4 冷却水压3 MPa时减速器负荷效率曲线

表4 冷却水水压1.2 MPa时的效率数据

图5 冷却水压1.2 MPa时减速器负荷效率曲线

3 结论

1) 齿轮加工精度对减速器的效率有影响。同等试验条件下,齿轮加工精度越高，满载时减速器效率越高。

2) 散热装置对减速器效率也有影响，但不是散热效果越强越好。因为冷却水压过大，导致热平衡时温度不高，效率达不到标准要求。但同样散热水压过低，散热效果差，油池温度过高，超过煤炭行业标准要求，给煤矿安全生产会带来隐患。

由此，通过本次试验得知，对于大型减速器，水冷却循环水流、水压，散热速度至关重要，必须控制在合理的范围内。