摩擦限矩聯軸器過載保護裝置

宋恩澤

摘 要：該文分析了剛性傳動系統過載產生的原因，說明了安裝摩擦限矩聯軸器的必要性，并通過摩擦限矩聯軸器打滑時間、電機電磁力矩及傳動系統機械零件強度的分析，指出設定摩擦限矩聯軸器最大打滑扭矩時應考慮到的因素，從而確定摩擦限矩聯軸器的最大打滑扭矩。

關鍵詞：限矩器 摩擦 過載保護

中圖分類號：TH133.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-02

機械傳動系統的過載保護裝置種類很多，有電氣的過載保護裝置和機械的過載保護裝置。電氣的過載保護裝置，作用時間滯后，無法對機械因過載產生的慣性沖擊載荷實現瞬時保護；而且在工作機構突然卡死時，即使電氣的過載保護裝置起作用，但由于需要有一定延遲時間，此時系統所產生的慣性沖擊載荷實際已施加到機械系統中。這種慣性沖擊載荷力矩很大，對機械系統的破壞力極強。機械的過載保護裝置，如液力偶合器、剪切銷等，使用及維護有一定困難。例如，在雙速電機驅動的刮板輸送機中，由于特性不匹配，液力偶合器無法使用，而剪切銷在其實現保護后，剪切銷被剪斷，機器要重新開始工作時，需更換剪切銷，使用不便，影響生產，效率低。使用摩擦限矩聯軸器（以下簡稱限矩器），在其實現保護后，不需對其進行維護，排除故障后，可直接啟動電機工作，提高了生產效率。目前，限矩器的使用非常普遍，在進口設備中，雙速電機驅動的刮板輸送機，連續采煤機的截割部，以及連續運煤系統的運輸傳動系統，破碎傳動系統都普遍采用限矩器。

1 過載產生的原因

剛性傳動系統如圖1所示。系統由電機、減速器、工作機構組成。由于電機轉子轉速高、質量大（相當于一個大飛輪），其慣性能占整個傳動部慣性能的80%～90%，所以當工作機構瞬時過載、轉速下降時，在很短的時間內會將其慣性能全部釋放出來，傳遞到減速器第一軸。據PT Tech公司研究表明，在轉速突然降低一半的情況下，電機慣性矩大小與電機功率的關系如圖2所示。由于是突然卡死，過載瞬時扭矩即施加到整個機械系統。即使系統有電氣的過載保護裝置，但它需要一定延遲時間才能起作用，所以它無法對機械系統進行瞬時保護。

圖1 剛性傳動系統

圖2 電機慣性矩大小與功率的關系

2 限矩器最大打滑扭矩的設定

帶有限矩器的機械傳動系統如圖3所示。系統由電機、限矩器、減速器及工作機構組成。當工作機構突然卡死、轉速下降時，電機轉子產生的慣性矩傳遞到限矩器，限矩器主動摩擦片與從動摩擦片打滑，將電機轉子的慣性能轉化為熱能，并輸出打滑扭矩到減速器輸入軸。因此，減速器輸入軸所承受的最大扭矩即為限矩器打滑扭矩，故合理設置限矩器打滑扭矩，即可有效地保護減速器及整個機械傳動系統，使系統扭矩小于或等于限矩器打滑扭矩。限矩器最大打滑扭矩的設定應考慮以下因素。

圖3 帶限矩器的傳動系統

2.1 限矩器的發熱

限矩器是通過主動摩擦片與從動摩擦片打滑，從而限制系統扭矩的增加，實現其保護功能的。當主從摩擦片打滑時，會產生大量的熱量。限矩器為干式摩擦，散熱慢。如果打滑時間過長，則會燒壞摩擦片，使限矩器失效。因此，限矩器打滑時間不能過長。在工作機構突然卡死情況下，電機轉子及限矩器主動摩擦片受力狀況如圖4所示。M1為電機轉子所受的電磁力矩；M2為限矩器從動摩擦片作用于主動摩擦片的阻轉矩，即限矩器打滑扭矩；t為限矩器打滑時間，即工作機構突然卡死、電機轉子轉速n1降為0的時間。因為

（1）

（ε—電機轉子及限矩器主動摩擦片的角加速度，

J—電機轉子及限矩器主動摩擦片的轉動慣量。）

（2）

（ω1—電機轉子及限矩器主動摩擦片的初始角速度，

ω2—電機轉子及限矩器主動摩擦片的角速度。）

（3）

所以當ω2=0時 （4）

由（4）式可見，限矩器打滑時間隨轉動慣量J的增大而增大，隨打滑扭矩M2的增大而減小。但要求M2必須大于M1。

1-電機轉子 2-限矩器主動摩擦片

圖4 電機轉子及限矩器主動摩擦片受力狀況

電機電磁力矩的特性曲線如圖5所示，其最大值為電機力矩的2.25倍。

圖5 電機特性曲線

也就是說，限矩器最大打滑扭矩應大于2.25倍的電機額定扭矩，并且大得越多，限矩器打滑時間則越短，發熱也就越少。

2.2 傳動系統機械零件的強度

限矩器的最大打滑扭矩不應超過傳動系統機械零件的最大許用扭矩，否則，會造成傳動件的損壞，從而使限矩器失去保護

作用。

3 結語

在剛性的機械傳動系統中，當工作機構突然被卡死、電機過載時，電氣的過載保護裝置需經過一定的延遲時間后才能起作用；一般的機械過載保護裝置雖然能即時起作用，但其使用和維護有一定的困難；摩擦限矩聯軸器可避免上述保護裝置的缺點，而且具有良好的保護性能。

限矩器的最大打滑扭矩應大于2.25倍的電機額定扭矩，但應小于傳動系統機械零件的最大許用扭矩。我們在實踐中設定限矩器的最大打滑扭矩為電機額定扭矩的3.5倍。連續運煤系統及刮板輸送機用的限矩器采用這一設定值，設備運行良好。

參考文獻

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