大功率帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)技術(shù)方案對(duì)比分析

王漢生

（焦作市科瑞森機(jī)械制造有限公司，河南焦作 454001）

0 引言

大型帶式輸送機(jī)的常見傳動(dòng)方式有以下幾種：電機(jī)+調(diào)速型液力偶合器+減速機(jī)傳動(dòng)，電機(jī)+CST（可控起動(dòng)傳輸）傳動(dòng)，電機(jī)+液黏軟啟動(dòng)裝置+減速機(jī)傳動(dòng)，電機(jī)+永磁偶合器+減速機(jī)傳動(dòng)，變頻器+變頻電機(jī)+減速機(jī)傳動(dòng)，液壓馬達(dá)傳動(dòng)。上述傳動(dòng)方式都是通過軟啟動(dòng)方式對(duì)帶式輸送機(jī)傳遞扭矩，但是傳動(dòng)原理、傳動(dòng)效率、工作條件、運(yùn)行維護(hù)等方面都有差異。以下將通過對(duì)這幾個(gè)方面的對(duì)比，進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

1 工作原理

1.1 調(diào)速型液力偶合器的工作原理

調(diào)速液力偶合器是以液體為介質(zhì)傳遞動(dòng)力并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的液力傳動(dòng)裝置，液力偶合器主要由與輸入軸相聯(lián)的泵輪，與輸出軸聯(lián)接的渦輪以及把渦輪包容在其中的轉(zhuǎn)動(dòng)外殼組成。在調(diào)速型液力偶合器中充滿工作油，當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，工作油在泵輪葉片的作用下帶動(dòng)渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)輸出軸及負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。改變液力偶合器工作腔中工作油的充滿度就可在輸入軸轉(zhuǎn)速不變的情況下無級(jí)地改變輸出軸的轉(zhuǎn)速。調(diào)速型液力偶合器可以通過其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或者集中控制。

1.2 CST（可控起動(dòng)傳輸）的工作原理

CST 系統(tǒng)是一個(gè)可控制的機(jī)-液傳動(dòng)系統(tǒng)，主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、風(fēng)冷熱交換器、油泵系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)等五部分組成。主要部分是一個(gè)帶有內(nèi)齒圈與濕式摩擦離合器結(jié)合的行星齒輪減速箱。當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸入軸與電動(dòng)機(jī)軸同步旋轉(zhuǎn)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，動(dòng)、靜摩擦片間隙減小，二者間形成傳遞力矩的油膜，這時(shí)輸出力逐漸驅(qū)動(dòng)負(fù)載。通過油泵系統(tǒng)控制動(dòng)、靜摩擦片的油膜剪切力，來改變行星齒輪減速箱的輸出轉(zhuǎn)速，以此控制帶式輸送機(jī)加、減速度及運(yùn)行速度，達(dá)到可控軟起動(dòng)、制動(dòng)的目的。

1.3 液黏軟啟動(dòng)裝置的工作原理

液黏軟啟動(dòng)裝置是一種機(jī)電液一體化傳動(dòng)裝置，主要由液黏軟起動(dòng)裝置、液壓系統(tǒng)組成。其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)由輸入、輸出軸，主、從動(dòng)摩擦片，控制油缸等組成。工作原理與油膜離合器類似，電機(jī)啟動(dòng)后，其輸入軸帶動(dòng)主動(dòng)摩擦片，通過液壓系統(tǒng)控制主、從動(dòng)摩擦片間的油膜厚度，改變輸出軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的可控軟啟動(dòng)。

1.4 永磁偶合器的工作原理

永磁偶合器主要由導(dǎo)體盤、永磁盤和控制器三部分組成。導(dǎo)體盤的外殼用鋼材制造，銅導(dǎo)體鑲嵌在鋼殼的內(nèi)表面上；永磁盤含有強(qiáng)力稀土磁，磁轉(zhuǎn)子由釹鐵硼合金制造，半衰期可長(zhǎng)達(dá)2 000a。

導(dǎo)體盤與電機(jī)連接，永磁盤與減速機(jī)連接，安裝后銅導(dǎo)體與磁轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)。兩者之間無直接接觸。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)體盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使磁體形成強(qiáng)大的渦流，從而帶動(dòng)永磁盤和減速機(jī)工作。導(dǎo)體盤和永磁盤之間的空隙大小可以改變磁力的大小，從而控制輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

1.5 變頻器的工作原理

變頻器通過一系列的電氣系統(tǒng)來改變變頻電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率，從而改變變頻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)和調(diào)速控制。

1.6 液壓馬達(dá)傳動(dòng)的工作原理

液壓馬達(dá)傳動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、液壓泵、控制系統(tǒng)和液壓馬達(dá)組成。采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)裝置不再需要另外配備電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。其動(dòng)力部分主要由電動(dòng)機(jī)和液壓泵及控制系統(tǒng)組成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)帶動(dòng)液壓泵工作，將電能轉(zhuǎn)換為液壓能，工作油通過液壓管路將液壓能提供給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)的速度是由液壓泵的流量決定的，通過控制系統(tǒng)可以控制功率、速度和轉(zhuǎn)矩。這種液壓閉式回路系統(tǒng)可以提供強(qiáng)勁的四象限驅(qū)動(dòng)，可以在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)。

2 各技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）調(diào)速型液力偶合器方案。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；軟起動(dòng)特性良好，電機(jī)可空載啟動(dòng)，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間到數(shù)分鐘;可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡。運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：需配套油冷卻器，設(shè)備較大，需要較大的驅(qū)動(dòng)裝置安裝空間；動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)速度慢，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡精度低。

2）CST（可控起動(dòng)傳輸）方案。

優(yōu)點(diǎn)：軟啟動(dòng)性能較好，傳動(dòng)效率較高，動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)快，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率平衡精度高;設(shè)備集成度高，體積較小，無需再配減速機(jī)；能夠?qū)崿F(xiàn)可控停車。

缺點(diǎn)：電氣、液壓及控制設(shè)備較調(diào)速型液力偶合器多；備件訂貨周期長(zhǎng)，費(fèi)用高；無法低速驗(yàn)帶。目前逐步被國(guó)產(chǎn)MST（機(jī)械軟啟動(dòng)）裝置取代。

3）液黏軟啟動(dòng)裝置方案。

優(yōu)點(diǎn)：傳遞效率高；性能可靠；減少對(duì)電氣和機(jī)械設(shè)備的沖擊；有過載保護(hù)功能。

缺點(diǎn)：液壓控制設(shè)備需另外布置。

4）永磁偶合器方案。

優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量小，幾乎免維護(hù)；簡(jiǎn)化安裝；使用壽命長(zhǎng)；控制精度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)惡劣環(huán)境；體積小；對(duì)電力質(zhì)量不敏感；驅(qū)動(dòng)和負(fù)載之間無機(jī)械連接，部分型號(hào)可以立式安裝。

缺點(diǎn)：對(duì)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)軸的徑向載荷比其他方案略大，但一般仍在許可范圍內(nèi)。

5）變頻調(diào)速裝置方案。

優(yōu)點(diǎn)：精度高，效率高；可實(shí)現(xiàn)可控啟動(dòng)和停車；通過降低電機(jī)輸入功率可以達(dá)到節(jié)能目的；標(biāo)準(zhǔn)化程度高；體積小，安裝維護(hù)方便。

缺點(diǎn)：需配備變頻電機(jī)，增加投資成本；需要配置容量適當(dāng)?shù)暮哪苎b置或可以向電網(wǎng)反饋能量的裝置；對(duì)使用者素質(zhì)要求高；控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求高。

6）液壓馬達(dá)傳動(dòng)方案。

優(yōu)點(diǎn)：體積小；無需另外配備電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備；集成程度高；適用惡劣環(huán)境；能實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)或反轉(zhuǎn)。控制柜和動(dòng)力柜可以與液壓馬達(dá)分層布置，節(jié)省驅(qū)動(dòng)空間。

缺點(diǎn)：維護(hù)與其他用油設(shè)備一樣，較繁瑣。

3 各技術(shù)方案的特性比較

目前現(xiàn)有用戶使用最多的是變頻器、調(diào)速型液力偶合器兩種軟啟動(dòng)裝置，其他傳動(dòng)方案使用較少。上述6 種傳動(dòng)技術(shù)方案的特性比較歸納如表1 所示。

表1 6 種技術(shù)方案的特性比較

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中一般使用電機(jī)+調(diào)速型液力偶合器+減速機(jī)傳動(dòng)、變頻器+變頻電機(jī)+減速機(jī)傳動(dòng)、電機(jī)+CST（可控起動(dòng)傳輸）傳動(dòng)、電機(jī)+液黏軟啟動(dòng)裝置+減速機(jī)傳動(dòng)。CST 傳動(dòng)方案由于其初始投資額大，備件購(gòu)買周期長(zhǎng)、價(jià)格高等原因，正逐步被國(guó)產(chǎn)的MST（機(jī)械軟啟動(dòng)）裝置淘汰；而變頻裝置方案被越來越多的使用，但價(jià)格較高，其大功率防爆產(chǎn)品價(jià)格昂貴；調(diào)速型液力偶合器方案的使用也較多，其價(jià)格與其他幾種比較價(jià)格較低，但其需要較大的驅(qū)動(dòng)空間；永磁偶合器（調(diào)速器）方案因其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、使用維護(hù)較為簡(jiǎn)便，也越來越多地被采用在大功率帶式輸送機(jī)中。

在考慮傳動(dòng)技術(shù)方案可行性的同時(shí)，也應(yīng)考慮用戶在價(jià)格上的接受能力，包含初始投資費(fèi)用和后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。在滿足系統(tǒng)功能的前提下，選用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較好的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，必要時(shí)可以通過專家咨詢論證。

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