王　坤　李　鑫

摘要：隨著煤礦建設(shè)不斷大型化，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量膠帶機(jī)被廣泛使用，膠帶機(jī)的啟動(dòng)問題也逐漸突出，本文就膠帶機(jī)常用的幾種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：軟啟動(dòng)液力耦合器CST變頻器

0引言

目前，在煤礦建設(shè)中，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的需求迅速增長(zhǎng)。由于膠帶機(jī)具有大慣量的特點(diǎn)，起、制動(dòng)過程需要電機(jī)提供高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如果在起動(dòng)過程中，未采用軟啟動(dòng)方式?？赡軙?huì)有以下問題：①驅(qū)動(dòng)電機(jī)的起動(dòng)電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大沖擊，同時(shí)又造成供電線路壓降過大；②傳動(dòng)設(shè)備要承受猛烈沖擊，膠帶張力過大會(huì)危害輸送帶及其它部件i③膠帶和滾筒之間可能發(fā)生嚴(yán)重打滑，加速膠帶的損耗；④多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)還存在多臺(tái)電機(jī)的負(fù)載分配問題：為此人們不斷研究，開發(fā)新的設(shè)備和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的軟啟動(dòng)。目前實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的主要方式分為機(jī)械和電氣兩大類。機(jī)械方式：包括使用液力偶合器，CST(線性濕式離合器)，等；電氣方式：主要為變頻調(diào)速(其它還有串電阻啟動(dòng)等方法，因在煤礦不經(jīng)常采用，這里不再討論)下面詳細(xì)介紹各種軟啟動(dòng)方式。

1液力偶合器

1.1液力偶合器工作原理和特點(diǎn)液力偶合器是一種液力傳動(dòng)裝置，又稱液力連軸器。液力耦合器的結(jié)構(gòu)主要由殼體、渦輪、泵輪三個(gè)部分組成。泵輪和渦輪相對(duì)安裝，統(tǒng)稱為工作輪。在泵輪和渦輪上有徑向排列的平直葉片，泵輪和渦輪互不接觸。兩者之間有一定的間隙(約3mm～4mm)；泵輪與渦輪裝合成一個(gè)整體后，其軸線斷面一般為圓形，在其內(nèi)腔中充滿液壓油，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)液力耦合器的殼體和泵輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)，泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動(dòng)下隨之一同旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液壓油被甩向泵輪葉片外緣處，并在外緣處沖向渦輪葉片，使渦輪在受到液壓油沖擊力而旋轉(zhuǎn)；中向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動(dòng)，返回到泵輪內(nèi)緣，然后又被泵輪再次甩向外緣。液壓油就這樣從泵輪流向渦輪，又從渦輪返回到泵輪而形成循環(huán)的液流。液力耦合器中的循環(huán)液壓油，在從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣的過程中，泵輪對(duì)其做功，其速度和動(dòng)能逐漸增大：而在從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中，液壓油對(duì)渦輪做功，其速度和動(dòng)能逐漸減小。液壓油循環(huán)流動(dòng)的產(chǎn)生，是泵輪和渦輪之間存在著轉(zhuǎn)速差，使兩輪葉片外緣處產(chǎn)生壓力差。液力耦合器工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能通過泵輪傳給液壓油，液壓油在循環(huán)流動(dòng)的過程中又將動(dòng)能傳給渦輪輸出。液壓油在循環(huán)流動(dòng)的過程中，除受泵輪和渦輪之間的作用力之外，沒有受到其他任何附加的外力。根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，液壓油作用在渦輪上的扭矩應(yīng)等于泵輪作用在液壓油上的扭矩，這就是液力耦合器的工作原理。

液力耦合器調(diào)速原理表明，傳動(dòng)速度的改變，實(shí)質(zhì)是機(jī)械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實(shí)際是輸出功率減小。在調(diào)速過程中，液力耦合器的原傳動(dòng)轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生變化，假設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動(dòng)的機(jī)械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。設(shè)原傳動(dòng)功率為PMl，輸出功率為PM2，損耗功率則為：△P=PMl-PM2。

由以上公式說明液力耦合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，對(duì)于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對(duì)小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。

1.2液力偶合器的優(yōu)缺點(diǎn)①調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)從零調(diào)節(jié)；②沒有電氣連接，可工作于危險(xiǎn)場(chǎng)地，對(duì)環(huán)境要求不高；③價(jià)格便宜，技術(shù)成熟；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；⑤能量轉(zhuǎn)換效率低；⑥液壓油老化后定時(shí)更換。

2CST(線性濕式離合器)

2.1CST(線性濕式離合器)的工作原理CST是一個(gè)由多級(jí)齒輪減速器加上濕式離合器及液壓控制組成的系統(tǒng)。CST的輸出扭矩是由液壓控制系統(tǒng)控制的，隨著離合器上所加的液壓壓力而變化。

對(duì)于CST裝置，操作者可根據(jù)需要，通過控制器設(shè)置所需耍的加速度曲線和啟動(dòng)時(shí)間。在收到啟動(dòng)信號(hào)后，電機(jī)先空載啟動(dòng)，達(dá)到額定速度后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力。當(dāng)反應(yīng)盤相互作用時(shí)，其輸出力矩將與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測(cè)出速度并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號(hào)將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，從而確保穩(wěn)定的加速度斜率。

在啟動(dòng)過程中，離合器滑差所產(chǎn)生的熱量將由流經(jīng)反應(yīng)盤的冷卻液帶走并經(jīng)熱交換系統(tǒng)散熱。冷卻液、減速器潤(rùn)滑液以及液壓控制系統(tǒng)的液壓油采用相同的油。

2.2CST的特點(diǎn)一條膠帶機(jī)可以由一臺(tái)電機(jī)及一臺(tái)CST驅(qū)動(dòng)，也可以由多臺(tái)電機(jī)及多臺(tái)CST驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)在負(fù)載(膠帶機(jī))起動(dòng)之前啟動(dòng)，此時(shí)CST的輸出軸保持不動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí)，控制系統(tǒng)逐漸增加到每臺(tái)CST離合器上的液壓壓力，起動(dòng)膠帶機(jī)并逐漸加速到滿速度。這使得膠帶機(jī)在被加速至滿速度之前有一個(gè)緩慢而均勻的預(yù)拉伸過程。加速時(shí)間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以按順序空載啟動(dòng)，所以電機(jī)的沖擊電流非常小。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以根據(jù)運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行選擇而不必根據(jù)起動(dòng)負(fù)載選擇，所以CST驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以選用功率較小的電機(jī)。

同樣CST也可以象控制膠帶機(jī)的起動(dòng)那樣控制膠帶機(jī)的停車，通過延長(zhǎng)停車時(shí)間可以降低對(duì)膠帶的動(dòng)態(tài)沖擊力。

當(dāng)一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有多臺(tái)CST時(shí)，控制系統(tǒng)可以確保每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分擔(dān)相同的負(fù)載。合理的功率平衡可以有效地延長(zhǎng)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各部件的壽命。功率平衡是通過保持控制每臺(tái)CST離合器的壓力，并允許一臺(tái)或幾臺(tái)CST的離合器進(jìn)行輕微打滑來實(shí)現(xiàn)的。

皮帶正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)中各CST的功率平衡要求，每臺(tái)CST的離合器或者保持少量打滑狀態(tài)，或者維持壓力以無打滑方式輸出所要求的扭矩，但系統(tǒng)中任何負(fù)載的增加都將引起離合器打滑，這種情況被稱為“軟鎖定”。當(dāng)離合器被軟鎖定時(shí)，任何的瞬間的過載或沖擊載荷都將引起離合器的打滑，這樣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有部件，包括聯(lián)軸器、軸承和齒輪等都將在沖擊或過載時(shí)受到保護(hù)，從而延長(zhǎng)其使用壽命。

與液力耦合器相比由于CST具有電一液控制系統(tǒng)，使得CST可以讓用戶設(shè)定啟動(dòng)、停車曲線，并在多臺(tái)CST間實(shí)現(xiàn)功率的平衡非常容易。而可調(diào)液力耦合器雖然可接受由簡(jiǎn)單的電信號(hào)，但本質(zhì)還是純機(jī)械的方式。所以無法提供可控的啟動(dòng)、停車曲線。

2.3CST的優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：a可以讓用戶設(shè)定啟動(dòng)、停車曲線；b離負(fù)載最近，從而動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，對(duì)負(fù)載可精確控制；c減速機(jī)和負(fù)載隔開，從而使減速機(jī)的工作條件良好，提高了減速器的壽命；②缺點(diǎn)：a系統(tǒng)復(fù)雜，有液壓、電控兩套系統(tǒng)，維護(hù)需要較高的技術(shù)；b對(duì)大容量膠帶機(jī)用CST須需多路供電，且需高低壓兩種供電電源；c無法提供可控的啟動(dòng)、停車曲線；d對(duì)油質(zhì)要求較高；e全套國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格較高。