实例分析液粘软启动装置的应用

实例分析液粘软启动装置的应用

带式输送机是一种应用最为广泛的散料输送设备，在现代矿山运输中起着重要的作用。随着煤矿机械化程度的不断提高，带式输送机的应用范围越来越广，大运量和长距离的带式输送机越来越符合生产的需要。根据生产发展的需要，带式输送机的启动过程受到高度重视，直接启动时，不仅会冲击电网，增加电机的冲击负荷，而且会使胶带和机械设备承受很大的拉伸力和冲击力，产生巨大的震动，降低了带式输送机的使用寿命以及有可能造成安全事故，可靠的软启动方式能够大大改善输送机的工作性能、降低输送机安全事故以及在电机选型方面可以选取小容量电机，从而降低投资成本。

目前，常用的软启动方式有四种：变频软启动器、调速型液力偶合器、进口的CST可控启动装置以及液粘软启动装置。

1 变频软启动器、调速型液力偶合器以及进口的CST可控启动装置简要分析

（1）变频软启动装置最近几年发展迅速，技术也日臻成熟，软启过程需要5～300s的时间，启动系数为1.05～1.15，可实现慢速验带功能，故障率较低，但目前只有防爆低压变频器，高压变频器仅有矿用一般型。近几年，国家提倡节能减排，矿山企业为了达到节能效果，带式输送机供电系统逐渐向高压方面发展，以此降低电网中间供电环节，降低线路损耗，根据《煤矿安全规程》第444条规定，矿用一般型高压电气开关适用面小，而且变频器价格高，现场安装空间较大，设备维护、保养困难。

（2）调速型液力偶合器的启动时间通常为80～150s，启动系数为1.1～1.3，属于液力传动，基于欧拉方程，由液体动量矩的变化来传递动力；调速型液力偶合器工作时主、被动轮之间必须有滑差，因此传动效率低理论值最高为98%，在空载条件下，调速型液力偶合器可以以正常速度的30%～40%长时间运行，实现慢速验带功能，调速型液力偶合器的适应性强，对运行环境要求不高，采用水冷却方式，运行可靠性高、维护费用低，尤其在运行的前几年，可以做到零维护；但调速型液力偶合器需要配备冷却水箱，占地较大，且调速型液力偶合器价格不菲。

（3）进口的CST可控启动装置启动时间通常为30～240s，启动系数为1.05～1.1，属于液体粘性传动，基于牛顿液体内摩擦定律，以液体的粘性或油膜的剪切力来传递动力。CST可控启动装置工作时主、被动轮可以实现完全同步，传动效率可达100%，在空载条件下，其很难实现慢速验带功能；CST可控启动装置将减速器与液粘软启动装置做成一体，控制部分结构复杂液压原件多对运行环境有严格的要求，另外CST采用风冷方式，由于井下灰尘大，短时间内冷却风扇被灰尘覆盖，因此CST可控启动装置运行可靠性较差，维护费用高。据了解，CST的维护费用是调速型液力偶合器的3～4倍，并且其对操作者的要求也很高。

2 液粘软启动装置在带式输送机中的应用

兖矿集团东滩煤矿东翼一采区带式输送机主要担负东翼一采区的原煤运输任务，设计带宽1.2m，带速3.5m/s，原煤运输能力1800t/h，运输长度为2792m （水平运距），采用中间集中驱动（即中间双驱动滚筒三电机驱动），2006年对其驱动部进行改造，软启动方式采用山东科大机电科技有限公司生产的液粘软启动装置（型号为YN-150）。驱动单元配置形式为“电机+液粘软启动装置+减速器+驱动滚筒”，供电电压为1140V，装机总功率为250kW×3，电机功率配比为1∶2，电控系统采用山东科技大学研制的PLC控制系统，直到2013年4月份，对其驱动部进行了升级改造，采用6000V高压供电，软启动装置是型号为YN-250的液粘软启动装置。

2.1 液粘软启动装置的工作原理

液粘软启动装置是集机、电、液于一体的新型装置。该装置集其他软启装置功能于一身，具有结构体积小、传动效率高和工作寿命长等优点。这种液体粘性软启动传动装置主要由液体粘性软启动器、传感器以及液压控制装置等机械和电子部件组成，其基本工作原理与CST系统工作原理相类似。液体粘性新型可控传动装置的理论基础是液体的粘性传动，它利用液体粘性的剪切力来传递动力，它的工作原理是基于牛顿内摩擦定律。

2.1.1 液粘软启动装置的机械系统结构及工作原理。液粘软启动装置的结构如图1所示，其结构主体由主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、壳体及密封件等组成。当主动轴带动主动摩擦片旋转时，通过摩擦片之间的粘性流体形成油膜带动从动摩擦片的旋转，改变控制油缸中的油压大小可以调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度，从而改变从动摩擦片输出的转速和扭矩的大小，实现带式输送机各项驱动要求和可控软启动功能。

图1

液体粘性软启动系统的转矩方程为：

（1）

式中：

ω1—主动摩擦片的角速度，rad/s

μ—流体的动力粘度，Pa·s

n—油膜数

h—油膜厚度，m

R2—主、从动摩擦片的接触面外径，m

R1—主、从动摩擦片的接触面内径，m

i—主、从动摩擦片的旋转速度比

由式（1）可知，对于一定结构的液体粘性软启动装置，其输出扭矩与主、从动摩擦片的角速度差△ω成正比，与油膜厚度h成反比，所以通过调节油膜厚度可以方便地调节输出扭矩和角速度差，从而达到调速目的。

2.1.2 电气控制系统。东翼一采区带式输送机电气控制系统采用的是山东科大机电科技有限公司生产的矿用防爆电控装置。其主要控制内容有：通过输送带速度与液体粘性软启动装置输出转速比较，来决策输送带与驱动滚筒之间是否打滑和超速保护；通过计算机决策对液体粘性软启动装置的比例阀电流进行闭环控制，实现多机间的功率平衡调整；通过综保控制箱可以采集输送机沿线停车、输送带跑偏、温度、烟雾、撕带、断带、堆煤等故障保护信号。起停车按钮主要有：输送机起车报警、输送机正常起车、输送机正常停车、输送机紧急停车。

2.1.3 液粘软启动装置液压系统。液体粘性软启动装置的液压系统主要由润滑系统与控制系统组成，其中润滑系统的作用是当输送机进行软启动或进行调速时强制冷却摩擦片间产生的热量，保证摩擦片之间形成剪切油膜，通常润滑系统油压工作过程中，需要通过冷却器降低润滑系统中油压的温度；而控制系统是根据电气控制系统的指令，通过变频调速开关调整主轴结构中控制油缸的油压，调整了摩擦片片间的间隙，从而在一定程度上改变了油膜的厚度，使得输出的速度也根据需要的变化而变化。