液粘性软启动装置发展前景

液粘性软启动装置发展前景

液粘性软启动装置和液力制动器的发展设想

一、液压粘性软起动装置是兖州煤矿机械厂1994年根据液压粘性传动理论自主开发的一种新型传动装置。主要适用于各种场合使用的带式输送机平稳、均匀的加速起动。对于运距长、体积大、带速高的大型输送机，应用效果更为显著。同年，该装置获得国家发明专利，并于1998年被国家经贸委授予“国家新产品”。目前已在全国数十个煤矿广泛使用，得到了用户的认可，取得了良好的经济效益和社会效益，并初步建立了一定的产品声誉。

液粘性软启动装置与目前使用的液力偶合器（含调速型液力偶合器）在基本概念和工作原理上有着本质的不同，前者基于牛顿内摩擦定律，以液体粘性或油膜剪切力来传递动力；后者则基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力。因此，液粘性软启动装置的性能要比调速型液力偶合器优越的多。

液体粘性软起动装置的发展历史相对较短，只有15年左右。世界上只有两三家公司生产类似的设备，其中美国的CST最具影响力。它们集成了行星减速器和软启动装置。减速器低速端设有软启动装置，需要大直径摩擦片。此外，由于主摩擦副的存在，被动摩擦片的相对速度小，控制精度高。中国也有进口的CST，但用户普遍反映它们并不理想。一是价格贵，二是运营成本太高。一旦出现问题，在中国就无法修复。因此，近年来使用的装置很少。我厂研制的液粘软起动装置的工作原理与CST相同，但它不与减速器的低速轴相连，而是与高速轴相连。这一方面可以降低摩擦片的规格，另一方面也易于控制。但由于当时国内缺乏设计制造经验和类似产品，我厂生产的软启动装置仍存在很多问题，主要是摩擦片、密封圈、液压元件等配套件质量差，影响了产品质量。此外，过分追求控制系统的结构和性能指标，使得系统的液压站和电气控制装置过于复杂，故障点多，操作和维护困难。之后，澳大利亚nm公司还设计并生产了与我厂液体粘性软启动装置结构相同的boss系统。由于成功地解决了密封和摩擦片的问题，在澳大利亚和南非的一些国家得到了广泛应用，实际运行效果良好。事实证明，只要我厂能解决目前液压粘性软启动装置存在的问题，就有广阔的市场发展前景，将输送机的技术水平提高到一个新的水平。因此，我厂决定将其作为未来输送机发展的关键基础部件之一，努力实现突破，打造品牌。

我厂自1994年开始生产软启动装置，到96年，进入稳定期，年产15台左右，但只限于本厂的产品配套。软启动如果能实现单机生产，除煤炭以外，还将在电力、化工、冶金等行业使用，潜力巨大。据预测，全国市场的年需量应在60台左右。

二、液压制动器是我厂与原韩兴煤矿设计研究院联合设计的一种新型下行带式输送机制动装置。其工作原理相当于液力偶合器在I=0（s=1）工况下工作，所有输入功率都转化为工作液体的热能。

我厂从94年开始生产研制液力制动器，在大型下运输送机上应用多台，制动效果非常理想，受到了用户的一致肯定，97年被国家经贸委评为国家级新产品。但由于目前我厂生产的液力制动器品种单一、系统复杂、价格较高，限制了它的应用范围，只适合于大型的下运皮带机使用，在中小型下运皮带机上使用则缺乏竞争力。而从近几年的市场情况来看，下运皮带机的数量在逐年增加，市场前景十分广阔，但大多数是中小型的，我厂的液力制动器市场占有率并不高，技术优势没有得到充分体现。因此，对现有的液力制动器进行改造，以适应不同型式的下运皮带机使用已迫在眉睫。

兖州煤矿机械厂经过多年的研究、勘探、生产、制造和现场技术服务，积累了丰富的经验，掌握了从设计原理、加工制造到现场维护使用的全套技术。我们充分掌握了下行制动技术，具有开发性能更好、可靠性更高的优点，新型液压制动器的能力更能满足用户的要求。我们还相信，随着我们新的和系列液压制动器的成功开发，我们的工厂将在下一个运输阶段再生产

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带式输送机在生产中的领先地位，创造新的经济增长点。

三、现有的基础技术条件

1.兖州煤矿机械厂生产液体粘性软起动装置已有近七年的历史，从一开始就完全依靠自身力量自主研发。因此，在软启动装置的设计、制造、调试和维护方面培养了一批技术人才。

2.多年的设计、制造、现场技术服务，兖州煤矿机械厂对现有液粘性软启动装置的优点和缺点、与国外同类设备相比的不足之处，以及如何扬长避短、如何改进等已有清晰的思路。

3.国产摩擦片、高速密封圈、齿轮泵等关键部件的特性、使用寿命和可靠性，在以前制约软启动装置技术指标的基础上，取得了长足的进步，达到了相当的水平。

4.近几年来，在集团公司的积极帮助扶持下，兖州煤矿机械厂的技术力量、装备水平有了很大提高，新产品开发能力大大增强。

四、研究计划

本次改进的主要目的有三个：

a）除了保持现有软启动装置优越的启动性能外，还应重点提高其运行可靠性和运行维护的舒适性。

b)完成系列化设计。

目前，我厂仅有200kW和500kW两种规格，与市场要求相差甚远。本次初步确定先完成200kW软启动的改进设计，积累经验后形成132200到315400和500kW五个新品种的设计，实现产品系列化。

c)派生其它产品

液体粘性传动不仅可用于软起动，而且适用于大型风机和水泵的调速和节能。因此，这项改进的另一个重要任务是在软启动的基础上开发调速器等其他产品，并扩大其应用范围。

五、主要技术路线和拟采取的主要技术措施a)选用新型摩擦片，提高其可靠性和使用寿命。

目前，可用于液体粘性软起动装置的摩擦片有三种：铜基、纸基和碳基。

铜基摩擦片又称铜基粉末冶金，它以铜为基体，在其中加入固体润滑剂（石墨、硫化物、易熔金属）和摩擦添加剂（氧化物、硅化物、石棉），具有动摩擦系数小、动静摩擦系数相差较大的特点，前者使液粘性软启动装置主机的尺寸加大，后者使滑差状态下的最高转速比减小，影响软启动装置的性能，因此，一般不选用。

纸基和碳基摩擦片是两种新型摩擦材料，具有较大的动摩擦系数和较小的动、静摩擦系数差，适用于软起动装置。相比之下，碳基摩擦片的性能更好，但没有国内制造商，只能进口。因此，我厂目前生产的软起动装置选用纸基摩擦片。

设在上海的贺尔碧格传动有限公司已经开始代理国外的炭基摩擦片，有充足的货源，因此本次改进，我们确定选用炭基摩擦片。

b）改变控制油和润滑油的进口通道，选用结构简单、可靠性高、经济实用的新型唇形密封PTFE动力密封圈。

现有软启动装置控制油（控制摩擦片的离合，压力为25mpa）经过输出轴上的通孔进入执行油缸，控制主被动摩擦片的离合。由于是高压、高速，端盖与输出轴之间不能选用骨架油封，只能采用机械密封。机械密封对安装、调整的精度要求非常严格，但井下的工作环境比较恶劣，因此，实际使用过程中，机械密封故障比较频繁、漏油较严重。再加上机械密封价格昂贵、更换难度大，使得软启动装置的运行成本过高。

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润滑油的通路与控制油基本相同,只不过油压较低,但同样需用机械密封。

改进后的软起动装置的控制油不再通过输出轴，润滑油也从直接外部泄漏变为内部泄漏。因此，无需选择机械密封。理论上，可以选择普通骨架密封。然而，在这次改进中，我们选择了中国最先进的唇形密封——PTEF动力密封圈。密封圈由改性聚四氟乙烯制成。