淺談液粘軟啟動裝置在兗礦集團東灘煤礦東翼一采區帶式輸送機中的應用

溫顯航+劉銀民+張正春

摘要：隨著礦山企業機械化程度的提高，大功率運輸設備逐漸得到廣泛的應用，其啟動的過程直接影響運輸設備的使用性能。選擇良好的軟啟動設備，可以大大提升設備的使用壽命。液粘軟啟動裝置在兗礦集團東灘煤礦井下東翼一采區帶式輸送機上的應用，取得了良好的效果。

關鍵詞：液粘軟啟動裝置；帶式輸送機；煤礦開采

中圖分類號：TD75 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0031-03

帶式輸送機是一種應用最為廣泛的散料輸送設備，在現代礦山運輸中起著重要的作用。隨著煤礦機械化程度的不斷提高，帶式輸送機的應用范圍越來越廣，大運量和長距離的帶式輸送機越來越符合生產的需要。根據生產發展的需要，帶式輸送機的啟動過程受到高度重視，直接啟動時，不僅會沖擊電網，增加電機的沖擊負荷，而且會使膠帶和機械設備承受很大的拉伸力和沖擊力，產生巨大的震動，降低了帶式輸送機的使用壽命以及有可能造成安全事故，可靠的軟啟動方式能夠大大改善輸送機的工作性能、降低輸送機安全事故以及在電機選型方面可以選取小容量電機，從而降低投資成本。

目前，常用的軟啟動方式有四種：變頻軟啟動器、調速型液力偶合器、進口的CST可控啟動裝置以及液粘軟啟動裝置。

1 變頻軟啟動器、調速型液力偶合器以及進口的CST可控啟動裝置簡要分析

（1）變頻軟啟動裝置最近幾年發展迅速，技術也日臻成熟，軟啟過程需要5～300s的時間，啟動系數為1.05～1.15，可實現慢速驗帶功能，故障率較低，但目前只有防爆低壓變頻器，高壓變頻器僅有礦用一般型。近幾年，國家提倡節能減排，礦山企業為了達到節能效果，帶式輸送機供電系統逐漸向高壓方面發展，以此降低電網中間供電環節，降低線路損耗，根據《煤礦安全規程》第444條規定，礦用一般型高壓電氣開關適用面小，而且變頻器價格高，現場安裝空間較大，設備維護、保養困難。

（2）調速型液力偶合器的啟動時間通常為80～150s，啟動系數為1.1～1.3，屬于液力傳動，基于歐拉方程，由液體動量矩的變化來傳遞動力；調速型液力偶合器工作時主、被動輪之間必須有滑差，因此傳動效率低理論值最高為98%，在空載條件下，調速型液力偶合器可以以正常速度的30%～40%長時間運行，實現慢速驗帶功能，調速型液力偶合器的適應性強，對運行環境要求不高，采用水冷卻方式，運行可靠性高、維護費用低，尤其在運行的前幾年，可以做到零維護；但調速型液力偶合器需要配備冷卻水箱，占地較大，且調速型液力偶合器價格不菲。

（3）進口的CST可控啟動裝置啟動時間通常為30～240s，啟動系數為1.05～1.1，屬于液體粘性傳動，基于牛頓液體內摩擦定律，以液體的粘性或油膜的剪切力來傳遞動力。CST可控啟動裝置工作時主、被動輪可以實現完全同步，傳動效率可達100%，在空載條件下，其很難實現慢速驗帶功能；CST可控啟動裝置將減速器與液粘軟啟動裝置做成一體，控制部分結構復雜液壓原件多對運行環境有嚴格的要求，另外CST采用風冷方式，由于井下灰塵大，短時間內冷卻風扇被灰塵覆蓋，因此CST可控啟動裝置運行可靠性較差，維護費用高。據了解，CST的維護費用是調速型液力偶合器的3～4倍，并且其對操作者的要求也很高。

2 液粘軟啟動裝置在帶式輸送機中的應用

兗礦集團東灘煤礦東翼一采區帶式輸送機主要擔負東翼一采區的原煤運輸任務，設計帶寬1.2m，帶速3.5m/s，原煤運輸能力1800t/h，運輸長度為2792m（水平運距），采用中間集中驅動（即中間雙驅動滾筒三電機驅動），2006年對其驅動部進行改造，軟啟動方式采用山東科大機電科技有限公司生產的液粘軟啟動裝置（型號為YN-150）。驅動單元配置形式為“電機+液粘軟啟動裝置+減速器+驅動滾筒”，供電電壓為1140V，裝機總功率為250kW×3，電機功率配比為1∶2，電控系統采用山東科技大學研制的PLC控制系統，直到2013年4月份，對其驅動部進行了升級改造，采用6000V高壓供電，軟啟動裝置是型號為YN-250的液粘軟啟動裝置。

2.1 液粘軟啟動裝置的工作原理

液粘軟啟動裝置是集機、電、液于一體的新型裝置。該裝置集其他軟啟裝置功能于一身，具有結構體積小、傳動效率高和工作壽命長等優點。這種液體粘性軟啟動傳動裝置主要由液體粘性軟啟動器、傳感器以及液壓控制裝置等機械和電子部件組成，其基本工作原理與CST系統工作原理相類似。液體粘性新型可控傳動裝置的理論基礎是液體的粘性傳動，它利用液體粘性的剪切力來傳遞動力，它的工作原理是基于牛頓內摩擦定律。

2.1.1 液粘軟啟動裝置的機械系統結構及工作原理。液粘軟啟動裝置的結構如圖1所示，其結構主體由主、從動軸，主、從動摩擦片，控制油缸、彈簧、殼體及密封件等組成。當主動軸帶動主動摩擦片旋轉時，通過摩擦片之間的粘性流體形成油膜帶動從動摩擦片的旋轉，改變控制油缸中的油壓大小可以調節主、從動摩擦片之間的油膜厚度，從而改變從動摩擦片輸出的轉速和扭矩的大小，實現帶式輸送機各項驅動要求和可控軟啟動功能。

圖1

液體粘性軟啟動系統的轉矩方程為：

（1）

式中：

ω1—主動摩擦片的角速度，rad/s

μ—流體的動力粘度，Pa·s

n—油膜數

h—油膜厚度，m

R2—主、從動摩擦片的接觸面外徑，m

R1—主、從動摩擦片的接觸面內徑，m

i—主、從動摩擦片的旋轉速度比

由式（1）可知，對于一定結構的液體粘性軟啟動裝置，其輸出扭矩與主、從動摩擦片的角速度差△ω成正比，與油膜厚度h成反比，所以通過調節油膜厚度可以方便地調節輸出扭矩和角速度差，從而達到調速目的。

2.1.2 電氣控制系統。東翼一采區帶式輸送機電氣控制系統采用的是山東科大機電科技有限公司生產的礦用防爆電控裝置。其主要控制內容有：通過輸送帶速度與液體粘性軟啟動裝置輸出轉速比較，來決策輸送帶與驅動滾筒之間是否打滑和超速保護；通過計算機決策對液體粘性軟啟動裝置的比例閥電流進行閉環控制，實現多機間的功率平衡調整；通過綜保控制箱可以采集輸送機沿線停車、輸送帶跑偏、溫度、煙霧、撕帶、斷帶、堆煤等故障保護信號。起停車按鈕主要有：輸送機起車報警、輸送機正常起車、輸送機正常停車、輸送機緊急停車。

2.1.3 液粘軟啟動裝置液壓系統。液體粘性軟啟動裝置的液壓系統主要由潤滑系統與控制系統組成，其中潤滑系統的作用是當輸送機進行軟啟動或進行調速時強制冷卻摩擦片間產生的熱量，保證摩擦片之間形成剪切油膜，通常潤滑系統油壓工作過程中，需要通過冷卻器降低潤滑系統中油壓的溫度；而控制系統是根據電氣控制系統的指令，通過變頻調速開關調整主軸結構中控制油缸的油壓，調整了摩擦片片間的間隙，從而在一定程度上改變了油膜的厚度，使得輸出的速度也根據需要的變化而變化。

2.2 液粘軟啟動裝置的技術性能

（1）滿足了帶式輸送機對于可控軟啟的技術要求。（2）由于電動機是空載啟動的，這樣就可以減少電氣和機械設備的沖擊。（3）傳動效率高，調速范圍：25%～100%。（4）可以實現多電動機驅動功率平衡。（5）輸送機過載時能實現自動過載保護功能。（6）適用于地面和煤礦井下使用場合，安全性高

2.3 液粘軟啟動裝置在東翼一采區帶式輸送機的運行情況

液粘軟啟動裝置經過在東翼一采區帶式輸送機上近7年的運轉，其傳動品質的優越性受到大家的一致好評。由于其具有了柔性傳動、過載保護、減緩沖擊，使整個膠帶機機械系統的故障率明顯減少，大大降低了系統的維護費用和時間。

但是，在液粘軟啟動裝置安裝完成的一個月內，屬于液粘軟啟動裝置的磨合期，在磨合期內，液粘軟啟動裝置的故障率是比較高的，例如閥芯堵塞、油壓過高等，磨合期過后，故障率逐漸降低，液粘軟啟動裝置的各個性能也趨于穩定。

2.4 液粘軟啟動裝置的優越性

液粘軟啟動裝置在輸入端性能優于液力偶合器，在輸出端性能優于變頻軟啟動裝置。另外，其在制造成本、散熱、維護的方便性等方面相對其他調速方式具有無可比擬的優越性，一臺液壓站可以供多臺液粘軟啟動裝置正常工作，有效地節約了成本，況且，液壓系統中，分配閥的使用，可以簡單地、機械地調節各個驅動單元之間的功率分配問題，從而達到各個驅動單元之間的功率平衡。通過控制液粘軟啟動裝置油膜的厚度，可以實現慢速驗帶

功能。

2.5 液粘軟啟動裝置在使用中存在的問題

液粘軟啟動裝置的研究目前仍處于起步階段，許多問題正處于研究階段，現將液粘軟啟動裝置在運行過程中經常出現的問題總結如下：（1）液粘軟啟動裝置長時間運行后，軸端容易出現滲漏現象；（2）液粘軟啟動裝置主、從摩擦片接觸過程中，容易出現磨損，產生雜質，從而堵塞液壓站控制閥體，縮短油脂的更換周期；（3）液粘軟啟動裝置缺少對潤滑系統的監控檢測，一旦潤滑系統故障，容易導致液粘軟啟動裝置損壞；（4）液粘軟啟動裝置的變頻控制開關容易干擾電控系統中的傳感器，導致帶式輸送機電控系統顯示錯誤信號，導致輸送機故障。

3 結語

液粘軟啟動裝置在井下斜巷長距離帶式輸送機中投入使用，滿足了井下輸送系統的高可靠性及平穩啟動的要求，同時，其低廉的成本、優質的軟啟性能得到了企業的認可。

參考文獻

[1] 楊偉，吳茂剛.電機軟啟動器的原理與應用[J].農機

化研究，2005，（2）.

[2] 鄧勇，謝運祥，盧柱強.用單片機控制的智能型軟啟

動器[J].微電機，2002，（6）.

[3] 戴廣成，韓兵.單片機在交流電機軟啟動器中的應用

[J].測控技術，2003，（2）.

[4] 于永昌，王亞飛.電氣軟啟動方式及在帶式輸送機的

應用[J].經營管理者，2011，（2）.

[5] 逯琳.KDK4型軟啟動器在帶式輸送機中的應用[J].

煤礦機械，2003，（4）.

[6] 吳紅國.深井坑下排水系統配置優化[J].礦業快報，

2004，（12）.

[7] 郭潞興，李文德.調壓調頻軟啟動器在刮板輸送機中

的應用[J].煤，2003，（6）.

[8] 潘潔，許中.電機軟啟動控制器在帶式輸送機的應用

[J].煤炭科學技術，2000，（8）.

作者簡介：溫顯航（1985—），男，陜西人，兗州煤業股份有限公司東灘煤礦皮帶工區技術員，助理工程師，研究方向：礦山機電。

2.1.3 液粘軟啟動裝置液壓系統。液體粘性軟啟動裝置的液壓系統主要由潤滑系統與控制系統組成，其中潤滑系統的作用是當輸送機進行軟啟動或進行調速時強制冷卻摩擦片間產生的熱量，保證摩擦片之間形成剪切油膜，通常潤滑系統油壓工作過程中，需要通過冷卻器降低潤滑系統中油壓的溫度；而控制系統是根據電氣控制系統的指令，通過變頻調速開關調整主軸結構中控制油缸的油壓，調整了摩擦片片間的間隙，從而在一定程度上改變了油膜的厚度，使得輸出的速度也根據需要的變化而變化。

2.2 液粘軟啟動裝置的技術性能

（1）滿足了帶式輸送機對于可控軟啟的技術要求。（2）由于電動機是空載啟動的，這樣就可以減少電氣和機械設備的沖擊。（3）傳動效率高，調速范圍：25%～100%。（4）可以實現多電動機驅動功率平衡。（5）輸送機過載時能實現自動過載保護功能。（6）適用于地面和煤礦井下使用場合，安全性高

2.3 液粘軟啟動裝置在東翼一采區帶式輸送機的運行情況

液粘軟啟動裝置經過在東翼一采區帶式輸送機上近7年的運轉，其傳動品質的優越性受到大家的一致好評。由于其具有了柔性傳動、過載保護、減緩沖擊，使整個膠帶機機械系統的故障率明顯減少，大大降低了系統的維護費用和時間。

但是，在液粘軟啟動裝置安裝完成的一個月內，屬于液粘軟啟動裝置的磨合期，在磨合期內，液粘軟啟動裝置的故障率是比較高的，例如閥芯堵塞、油壓過高等，磨合期過后，故障率逐漸降低，液粘軟啟動裝置的各個性能也趨于穩定。

2.4 液粘軟啟動裝置的優越性

液粘軟啟動裝置在輸入端性能優于液力偶合器，在輸出端性能優于變頻軟啟動裝置。另外，其在制造成本、散熱、維護的方便性等方面相對其他調速方式具有無可比擬的優越性，一臺液壓站可以供多臺液粘軟啟動裝置正常工作，有效地節約了成本，況且，液壓系統中，分配閥的使用，可以簡單地、機械地調節各個驅動單元之間的功率分配問題，從而達到各個驅動單元之間的功率平衡。通過控制液粘軟啟動裝置油膜的厚度，可以實現慢速驗帶

功能。

2.5 液粘軟啟動裝置在使用中存在的問題

液粘軟啟動裝置的研究目前仍處于起步階段，許多問題正處于研究階段，現將液粘軟啟動裝置在運行過程中經常出現的問題總結如下：（1）液粘軟啟動裝置長時間運行后，軸端容易出現滲漏現象；（2）液粘軟啟動裝置主、從摩擦片接觸過程中，容易出現磨損，產生雜質，從而堵塞液壓站控制閥體，縮短油脂的更換周期；（3）液粘軟啟動裝置缺少對潤滑系統的監控檢測，一旦潤滑系統故障，容易導致液粘軟啟動裝置損壞；（4）液粘軟啟動裝置的變頻控制開關容易干擾電控系統中的傳感器，導致帶式輸送機電控系統顯示錯誤信號，導致輸送機故障。

3 結語

液粘軟啟動裝置在井下斜巷長距離帶式輸送機中投入使用，滿足了井下輸送系統的高可靠性及平穩啟動的要求，同時，其低廉的成本、優質的軟啟性能得到了企業的認可。

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[8] 潘潔，許中.電機軟啟動控制器在帶式輸送機的應用

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作者簡介：溫顯航（1985—），男，陜西人，兗州煤業股份有限公司東灘煤礦皮帶工區技術員，助理工程師，研究方向：礦山機電。

2.1.3 液粘軟啟動裝置液壓系統。液體粘性軟啟動裝置的液壓系統主要由潤滑系統與控制系統組成，其中潤滑系統的作用是當輸送機進行軟啟動或進行調速時強制冷卻摩擦片間產生的熱量，保證摩擦片之間形成剪切油膜，通常潤滑系統油壓工作過程中，需要通過冷卻器降低潤滑系統中油壓的溫度；而控制系統是根據電氣控制系統的指令，通過變頻調速開關調整主軸結構中控制油缸的油壓，調整了摩擦片片間的間隙，從而在一定程度上改變了油膜的厚度，使得輸出的速度也根據需要的變化而變化。

2.2 液粘軟啟動裝置的技術性能

（1）滿足了帶式輸送機對于可控軟啟的技術要求。（2）由于電動機是空載啟動的，這樣就可以減少電氣和機械設備的沖擊。（3）傳動效率高，調速范圍：25%～100%。（4）可以實現多電動機驅動功率平衡。（5）輸送機過載時能實現自動過載保護功能。（6）適用于地面和煤礦井下使用場合，安全性高

2.3 液粘軟啟動裝置在東翼一采區帶式輸送機的運行情況

液粘軟啟動裝置經過在東翼一采區帶式輸送機上近7年的運轉，其傳動品質的優越性受到大家的一致好評。由于其具有了柔性傳動、過載保護、減緩沖擊，使整個膠帶機機械系統的故障率明顯減少，大大降低了系統的維護費用和時間。

但是，在液粘軟啟動裝置安裝完成的一個月內，屬于液粘軟啟動裝置的磨合期，在磨合期內，液粘軟啟動裝置的故障率是比較高的，例如閥芯堵塞、油壓過高等，磨合期過后，故障率逐漸降低，液粘軟啟動裝置的各個性能也趨于穩定。

2.4 液粘軟啟動裝置的優越性

液粘軟啟動裝置在輸入端性能優于液力偶合器，在輸出端性能優于變頻軟啟動裝置。另外，其在制造成本、散熱、維護的方便性等方面相對其他調速方式具有無可比擬的優越性，一臺液壓站可以供多臺液粘軟啟動裝置正常工作，有效地節約了成本，況且，液壓系統中，分配閥的使用，可以簡單地、機械地調節各個驅動單元之間的功率分配問題，從而達到各個驅動單元之間的功率平衡。通過控制液粘軟啟動裝置油膜的厚度，可以實現慢速驗帶

功能。

2.5 液粘軟啟動裝置在使用中存在的問題

液粘軟啟動裝置的研究目前仍處于起步階段，許多問題正處于研究階段，現將液粘軟啟動裝置在運行過程中經常出現的問題總結如下：（1）液粘軟啟動裝置長時間運行后，軸端容易出現滲漏現象；（2）液粘軟啟動裝置主、從摩擦片接觸過程中，容易出現磨損，產生雜質，從而堵塞液壓站控制閥體，縮短油脂的更換周期；（3）液粘軟啟動裝置缺少對潤滑系統的監控檢測，一旦潤滑系統故障，容易導致液粘軟啟動裝置損壞；（4）液粘軟啟動裝置的變頻控制開關容易干擾電控系統中的傳感器，導致帶式輸送機電控系統顯示錯誤信號，導致輸送機故障。

3 結語

液粘軟啟動裝置在井下斜巷長距離帶式輸送機中投入使用，滿足了井下輸送系統的高可靠性及平穩啟動的要求，同時，其低廉的成本、優質的軟啟性能得到了企業的認可。

參考文獻

[1] 楊偉，吳茂剛.電機軟啟動器的原理與應用[J].農機

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[6] 吳紅國.深井坑下排水系統配置優化[J].礦業快報，

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[7] 郭潞興，李文德.調壓調頻軟啟動器在刮板輸送機中

的應用[J].煤，2003，（6）.

[8] 潘潔，許中.電機軟啟動控制器在帶式輸送機的應用

[J].煤炭科學技術，2000，（8）.

作者簡介：溫顯航（1985—），男，陜西人，兗州煤業股份有限公司東灘煤礦皮帶工區技術員，助理工程師，研究方向：礦山機電。