液力耦合器在輸送帶過(guò)載保護(hù)的應(yīng)用

梁建峰

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司燕子山礦，山西 大同 037037）

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)是煤炭年產(chǎn)量和年消耗量最大的國(guó)家之一，而且在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭依然在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。為了滿足生活、生產(chǎn)的需求，對(duì)綜采工作面的煤炭的開采效率和安全性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。輸送帶作為煤礦生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一，在綜采工作面的主要功能是將煤炭、煤矸石以及設(shè)備等運(yùn)送至地面[1]。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需求，輸送帶常需要配合現(xiàn)場(chǎng)檢修進(jìn)行緊急停機(jī)，再次啟動(dòng)時(shí)處于滿載狀態(tài)，若采用常規(guī)的啟動(dòng)手段常會(huì)對(duì)綜采工作面整個(gè)電網(wǎng)造成沖擊，進(jìn)而對(duì)相關(guān)設(shè)備造成損傷。尤其是在滿載啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸送帶本身電機(jī)及相關(guān)機(jī)械部件的造成極大的消耗。為降低大功率、長(zhǎng)距離輸送帶在過(guò)載或滿載啟動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備造成的損害，實(shí)際生產(chǎn)中最為理想的方法為采用液力耦合器。

1 液力耦合器應(yīng)用背景分析

隨著綜采工作面越來(lái)越長(zhǎng)，輸送帶朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的方向發(fā)展[2]。為了滿足綜采工作面的生產(chǎn)需求對(duì)輸送帶的驅(qū)動(dòng)裝置提出了新的要求和挑戰(zhàn)。在當(dāng)前工作面生產(chǎn)能力的推動(dòng)下，要求驅(qū)動(dòng)裝置滿足如下要求。

1）要求輸送帶驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)降低對(duì)機(jī)械及電氣部件的沖擊。

2）要求輸送帶驅(qū)動(dòng)裝置能夠?yàn)閹捷斔蜋C(jī)提供可調(diào)、無(wú)沖擊的啟動(dòng)力矩。

3）要求驅(qū)動(dòng)裝置能夠與帶式輸送機(jī)電機(jī)進(jìn)行完美匹配，最大限度的發(fā)揮電機(jī)的功能。

4）要求帶式輸送機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)的過(guò)載保護(hù)功能。

2 液力耦合器的工作原理概述

簡(jiǎn)單的說(shuō)，液力耦合裝置是有兩部分組成的，分別為離心式水泵和渦輪機(jī)。液力耦合器的具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖

具體工作原理：當(dāng)液力耦合器開始工作時(shí)，在耦合器工作腔內(nèi)部的液體在其自身離心力和工作輪葉片推動(dòng)的雙重作用下從半徑小的泵輪入口被加速推至半徑較大的泵輪出口，該過(guò)程為將泵輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為耦合器腔內(nèi)液體的動(dòng)能。具備一定動(dòng)能的液體推動(dòng)與泵輪相對(duì)的渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，使得葉片的旋轉(zhuǎn)方向與泵輪的方向一致，該過(guò)程為將液體動(dòng)力轉(zhuǎn)換為渦輪機(jī)械能的過(guò)程。將動(dòng)能傳遞至渦輪葉片機(jī)械能的液體會(huì)在此進(jìn)入泵輪入口，開始下一個(gè)循環(huán)能量的轉(zhuǎn)換[3]。

通過(guò)液力耦合器腔內(nèi)液體動(dòng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，避免了機(jī)械部件硬碰硬的接觸而造成機(jī)械部件表面加劇磨損，在提升機(jī)械部件使用壽命的同時(shí)，從一定程度上實(shí)現(xiàn)了輸送帶的過(guò)載保護(hù)。

3 液力耦合器的應(yīng)用

3.1 液力耦合器的應(yīng)用機(jī)理

液力耦合器在輸送帶中的應(yīng)用如圖2 所示。

圖2 液力耦合器在輸送帶的應(yīng)用示意圖

液力耦合器安裝于帶式輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)和減速器之間。其中，液力耦合器的泵輪與電動(dòng)機(jī)相連為主動(dòng)輪，渦輪與減速器相連為從動(dòng)輪[4]。實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間的非剛性連接是實(shí)現(xiàn)輸送帶過(guò)載保護(hù)的關(guān)鍵。

3.2 液力耦合器的選型

液力耦合器的性能是決定其能否發(fā)揮過(guò)載保護(hù)功能的關(guān)鍵[5]。在實(shí)際生產(chǎn)中，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇相匹配的液力耦合器。在選型時(shí)需遵循如下原則：

3.2.1 液力耦合器的要求

為了滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求（帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸速度），要求液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速與最高運(yùn)輸速度所轉(zhuǎn)化的滾筒的轉(zhuǎn)速一致。由于液力耦合器輸入與輸出存在一定的轉(zhuǎn)差率，二者存在如下關(guān)系：

式中：nr為液力耦合器的輸入轉(zhuǎn)速；nc為液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速。

一般的，帶式輸送機(jī)的電機(jī)選型確定后，與其相對(duì)應(yīng)的液力耦合器的轉(zhuǎn)速已確定，具體如表1 所示。

表1 不同電機(jī)所對(duì)應(yīng)的液力耦合器的轉(zhuǎn)速 r/min

3.2.2 驅(qū)動(dòng)滾筒的最大功率

在實(shí)際生產(chǎn)中，液力耦合器的輸出功率主要包含兩部分。其一為傳遞至帶式輸送機(jī)滾筒的功率，即為有效功率；其二為在傳遞過(guò)程中所損失的功率。因此，要求液力耦合器的功率滿足如下關(guān)系：

式中：PZ為液力耦合器的總功率，kW；PY為液力耦合器傳遞至滾筒的有效功率，kW；PX為傳遞過(guò)程中所損失的功率，kW。

3.3 液力耦合器的應(yīng)用效果

根據(jù)上述液力耦合器的選型原則選擇與燕子山礦帶式輸送機(jī)相匹配的液力耦合器應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。在近一個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證中，可將液力耦合器的應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1）液力耦合器能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。并對(duì)比不同的啟動(dòng)下的輸送帶的啟動(dòng)性能發(fā)現(xiàn)，S 啟動(dòng)曲線下的啟動(dòng)最為平穩(wěn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)滿載啟動(dòng)。在滿載工況下啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸送帶的沖擊較小，能夠有效控制啟動(dòng)過(guò)程中輸送帶的張緊力，從而減小在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)輸送帶的損耗。

2） 液力耦合器能夠縮短帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，降低在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)功率和電網(wǎng)的沖擊，即能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)電機(jī)的“空載啟動(dòng)”。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)的過(guò)載保護(hù)功能。當(dāng)帶式輸送機(jī)處于過(guò)載狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，液力耦合器具有隔離扭矩、減緩沖擊的液力傳動(dòng)特性，使得泵輪和渦輪之間發(fā)生滑差。即，在過(guò)載狀態(tài)下渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，使得泵輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的情況，直接保護(hù)了電機(jī)和減速器等相關(guān)傳動(dòng)部件。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸效率直接決定綜采工作面的采煤效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)包括有空載、滿載以及過(guò)載，而且以過(guò)載的工況所占比例最高。為了確保帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需有效解決過(guò)載工況給設(shè)備及相關(guān)設(shè)備所帶來(lái)的沖擊。液力耦合器在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，安裝于電機(jī)和減速器之間能夠有效控制設(shè)備在啟動(dòng)階段的加速度，降低帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的張緊力，有效提升輸送帶的使用壽命；能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶的過(guò)載保護(hù)功能，在過(guò)載工況中保護(hù)了帶式輸送機(jī)的電機(jī)和相關(guān)傳動(dòng)部件。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將液力耦合器推廣應(yīng)用，并在今后生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)液力耦合器調(diào)速控制系統(tǒng)的研究。