限矩型与调速型液力偶合器在带式输送机中的应用.docx

限矩型与调速型液力偶合器在带式输送机中的应用北京起重运输机械研究所邹铁汉摘 要 : 主要介绍限矩型与调速型液力偶合器的结构与性能特点 , 阐述了其用于带式输送机时的软起动特性及其他优点 。关键词 : 液力偶合器 带式输送机 软起动abstract : this paper introduces constant2filling and variable2speed fluid couplings. the main descrip2tion includes their structure , features , soft start characteristics when used in belt conveyors , etc .key words : fluid coupling belt conveyorsoft start液力偶合器是一种应用十分广泛的通用传动元件 。它主要依靠工作液体在叶轮里的动能变化来传 递动力 , 无机械磨损 , 可靠性高 , 因而广泛应用于 各种连续输送机械 、塔式起重机 、搅拌机 、风机 、涡轮 t、外壳及主轴等组成 。泵轮 、涡轮均为具有径向直叶片的叶轮 。由泵轮和涡轮具有叶片的凹腔 部分所形成的圆环状空腔称为工作腔 , 供工作液体 在其中循环流动 , 传递动力 。工作腔的最大直径称 为有效直径 , 是标示液力偶合器规格的尺寸 。111 限矩型液力偶合器的特点限矩 型 液 力 偶 合 器 ( yox) 的 结 构 如 图 1 所 示 。它一般具有辅助腔或挡板等限矩措施 , 能够限 制超载力矩使其升至一定范围后不再升高 , 从而保 护电机 。它的特点是运转前需充入一定量的工作液水泵等百余种大惯量机械设备上 ,还在不断扩大 。而且其应用领域液力偶合器的发展已有 80 余年的历史 。在国外 , 德国 、英国 、日本 、美国等的技术较为先进 。 我国曾多次引进英国液力驱动工程 ( fluidrive) 公司 、德国伏依特 (voith) 公司技术 , 现已形成 规模生产 , 技术相当成熟 , 一些产品已达到世界水 平 , 产品除满足国内市场需要外 , 部分已开始出 口 。液力偶合器按其应用特性主要分为普通型 、限 矩型 、调速型及液力偶合器传动装置和液力减速器 等类型 ; 按工作腔模型分类则有静压泄液式 、动压 泄液式 、复合泄液式 、长圆型 、扁圆型 、斜蛋型等 类型 ; 按工作腔数量分类则有单工作腔 、双工作腔 等类型 。为适应市场需要 , 液力偶合器的结构型式 日趋多样化 , 并朝着高转速 、大功率的方向发展 。 用于带式输送机驱动系统的主要为限矩型和调速型液力偶合器 。1限矩型和调速型液力偶合器的结构与性 能特点典型的液力偶合器 ( 见图 1) 主要由泵轮 b 、起重运输机械 2002 (6)图 1 限矩型液力偶合器结构简图(a) 静压泄液式( b) 动压泄液式(c) 复合泄液式 9体 , 在运转期间 , 其充液量不能改变 , 因此国外称之为常充型液力偶合器 ( constant filling fluid cou2pling) 。同一型号的液力偶合器所传递的功率随充 液量变化而不同 , 充液量越多 , 传递功率就越大 。根据运行功率的需要 , 充液率 (腔体中实际充液量与腔体 总 容 积 的 比 值 ) 可 在 40 % 80 %内 选 定 。 由于限矩型液力偶合器设有辅助腔 , 运行时辅助腔 中可存有部分液体 , 因而工作腔内的充液量可在一 定范围内变化 , 从而使其性能发生变化 。根据辅助腔的不同 , 限矩型液力偶合器可分为静压泄液式( yoxj ) 、动 压 泄 液 式 ( yoxd ) 及 复 合 泄 液 式( yoxf) 等 。静压泄液式的特点是在涡轮与外壳间 有一个侧辅腔 , 超载时工作腔中的液体大量流入侧 辅腔 , 工作腔中的充液量减少 , 限制了力矩的升 高 , 起到过载保护的作用 。由于突然加载时侧辅腔 不能立即发挥限矩作用 , 因而防止瞬时过载的性能 不理想 , 主要用于过载不频繁的工作机 。动压泄液 式液力偶合器具有前 、后辅腔 , 在零速或低转速比 时可储存油液以减少工作腔中的充液量 , 从而限制 力矩的升高 。其后辅腔还有 “延充”作用 , 使液力 偶合器起动阻力矩降低 , 使电机轻载起动 , 从而缩 短了起动电流持续时间 。复合泄液式液力偶合器兼 具静压泄液与动压泄液的特点 , 性能更优越 。112 调速型液力偶合器的特点调速 型 液 力 偶 合 器 ( yot) 的 结 构 如 图 2 所 示 , 其结构比限矩型液力偶合器要复杂得多 。它主 要由泵轮 、泵轮轴 、涡轮 、涡轮轴 、旋转外壳及导 管组件 、冷却系统等构成 。它的主要特点是在输入 转速不变的情况下 , 通过导管或其他调节方式调节工作腔中的充液量以改变输出转速和力矩 , 其充液 量的调节是在运行中进行的 , 国外称之为变充型或 变速型液力偶合器 (variable speed turbo coupling) 。调速型液力偶合器进 、出工作腔的油路为循环 回路 , 按调节方式可分为进口调节式 、出口调节式及复合调节式 3 种 。目前国内应用以出口调节式 ( yotc) 居多 , 其特点是液力偶合器工作腔进口流 量不变 , 由定量油泵供油 , 而出口流量随导管开度 的调节而变化 , 从而引起工作腔充液量和液力偶合 器输出转速的变化 。即当电机带动泵轮旋转时 , 供油泵向工作腔内供定量的工作油 , 而与工作腔油位 相适应的排油腔内形成旋转油环 , 导管伸入旋转油 环内吸油并排入油箱 , 排油的多少取决于导管开度 10图 2 yotc 调速型液力偶合器结构简图1. 挡板2. 涡轮3. 工作腔7. 排油器11. 吸油管4. 泵轮8. 导管腔12. 供油泵5. 外壳 6. 导管9. 油箱 10. 箱体(即导管插入排油腔的深度 , 以 0 100 %计) 。因此 , 在运行中通过控制导管开度即可使调速型液力 偶合器工作腔中的充液量不断变化 , 从而改变输出 转速与功率 , 实现无级调速 。导管开度的调节是通 过电动执行器来完成的 , 电动执行器可以手动 , 配 上电控系统也可以实现遥控和自动控制 。2 液力偶合器在带式输送机中的应用211带式输送机的驱动要求现代带式输送机正向长运距 、大运量 、高速度的 方向发展 。由于大型电机在设计 、安装与维修等方 面的不便 , 大功率驱动一般采用多电机 、多滚筒驱 动 ,对于 1 个滚筒又有单电机驱动和双电机驱动 2种形式 。所以带式输送机对驱动系统有如下要求 :(1) 满载起动 ;(2) 延长起动 , 实现平稳起动即软起动 , 以减 少输送带的起动张力 ;(3)(4) (5)多电机驱动时使负荷均衡 ;多级驱动时使负荷均衡 ;过载保护 。在驱动系统中装入限矩型或调速型液力偶合是满足上述驱动要求的有效办法之一 。限矩型液力偶合器在带式输送机中的应用由 于 动 压 泄 液 式 ( yoxd ) 和 复 合 泄 液 式器 ,212( yoxf) 液力偶合器具有快速泄液的辅助腔 , 动态反应灵敏 , 而且后辅腔具有 “延充”作用 , 对于带 式输送机的起动和防过载十分有利 。起重运输机械 2002 (6)图 3 为有 、无限矩型液力偶合器时电机与载荷起动过程比较 , 其中带下标 “d”的为电机直接起 动时的参数 , 带下标 “o”的为装有限矩型液力偶合器的电机驱动的参数 。从图中可以看出 , 应用限矩型液力偶合器有以下优点 :(1) 提 高 了 电 机 的 起 动 能 力 , 起 动 时 mo md , 克服了异步电机起动力矩小的缺点 , 利用电机的尖峰力矩去起动载荷 ;图 3 有 、无限矩型液力偶合器时电机与载荷的起动过程比较(2) 缩短了起动电流的持续时间 , 减小了起动电流平均值 , io 在短时间内就降了下来 ;(3) 电机只带泵轮空载起动 , 而载 荷 却 可 满 载 、平稳地起动和加速 (见图中 nd 、 no) , 即实现了软起动 , 降低了输送带的起动张力 ;(4) 对电机 与 工 作 机 均 有 良 好 的 过 载 保 护 性 能 , 工作机卡住不转时 , 动力机仍能带动泵轮照常 转动 , 不超载 、不失速 、不堵转 ;(5) 多机驱动时 , 可以均衡负载 , 并可顺序起 动以减小起动电流峰值 ;(6) 可以隔离扭振与冲击 , 延长设 备 使 用 寿 命 ;(7) 使用 、维护简便 , 可长期无检修运行 , 无 机械磨损 , 寿命长 。213调速型液力偶合器在带式输送机中的应用带式输送机在起动时要求延长起动时间 、降低 起动加速度 , 实现软起动 。虽然限矩型液力偶合器能达到软起动的要求 , 由于结构的限制 , 其软起动 不可控 , 并与载荷大小和液力偶合器腔型有很大关系 。而调速型液力偶合器能实现可控软起动 。图 4 为 2 种推荐的带式输送机起动时的速度 、 加速度及冲击曲线 。带调速型液力偶合器的驱动系 统在微机控制下就能满足起动时输送机对加速度的 要求 。在电机转速恒定的情况下 , 调速型液力偶合 器通过改变导管位置可以改变工作腔充液量 , 通过 控制导管动作的过程和时间 , 就能控制输出转速和 功率 , 从而实现带式输送机满载慢速起动 , 减小胶起重运输机械 2002 (6)带的动态张力 , 使带式输送机按预设的起动速度曲线运行 。调速型液力偶合器用于带式输送机时调速 范围为 0140197 。一般情况下 , 应将带式输送机2的最大起动加速度控制在 013 m/ s 以内 , 起动时间根据输送机的长度及输送量而定 , 距离愈长 、输 送量愈大 , 起动时间就愈长 , 一般在 1560 s 以内选取 ,均可获得满意的起动性能 。图 4 起动时的速度 、加速度及冲击曲线(a)harrision 曲线( b) nordell 曲线1. 速度 2. 加速度 3. 冲击此外 , 调速型液力偶合器也能实现多机驱动的 功率平衡 、输送机的过载保护 , 易于实现遥控与自 动控制 , 并具有良好的可靠性与经济性 。214液力偶合器选型 11常开式液压钳盘式制动器的3新结构及设计要点宁波绍兴文理学院工学院华小洋摘 要 : 介绍常开式液压钳盘制动器的一种新结构形式 、工作原理及特点 , 并研究了关键元件特性参数的确定方法 , 给出了具体的计算公式 。关键词 : 液压钳 盘式制动器 结构 特性参数 设计abstract : this paper presents the working principle and properties of a new open2type hydraulic caliper disc brake , and re2searches the method to calculate characteristic parameters of the key elements , deriving the corresponding formulas.key words : hydraulic caliper disc brake compositioncharacteristic parameter design常开式液压钳盘式制动器 60 年代首先用于车辆制动 。由于其具有制动转矩可调且与制动激励力 成线性关系 、散热性能好 、无热衰退现象 、对油液污染敏感性小 、制动衬垫退距均匀且小 、制动衬垫磨损均匀 、制动平稳冲击小等优点 , 80 年代初一 些先进工业国家把这种制动器应用到起重运输设备 上 。目前 , 我国的起重设备仍沿用常闭块式制动器 , 只有在一些引进起重设备上才应用了这种钳盘 式制动器 , 据用户反映使用效果良好 , 主要表现 在 : 主机停位准确 , 可提高主机的工作效率 , 改善 主机的受载状况 ; 可以急停以避免主机与其他设备或物体发生碰撞事故 , 提高主机的可靠性和安全性 。常开式液压钳盘式制动器主要由制动 、复位和 制动衬垫磨损的自动补偿这 3 部分组成 , 国内外学 8者对此进行了不少研究1, 提出了多种结构形(1) 油路中的补油是 每次制动时密封皮碗式 , 但尚存在以下 3 点不足 :通过密封皮碗的变形来实现 ,都要移动通过一个小孔 , 这将影响皮碗的密封性能和工作寿命 ; (2) 制动衬垫磨损的自动补偿装置结 构较复杂 , 制造 、调整和维护较困难 , 制动衬垫的 稳定退距不能调整而限制了其适用范围 , 而且有的带式输送机为恒力矩载荷 , 其在过载保护 、平稳起动及输送带张力控制等方面均有严格要求 , 因 此一般应选用 yoxd 或 yoxf 限矩型液力偶合器 ,动态反应灵敏 , 可以有效地保护电机 。外特性曲线在低速比 ( i 019) 区段比较平直 , 起动过载系数 较低 , 可满足带式输送机起动张力小 、加速度小而 稳定且无峰值的要求 。特别推荐使用 yoxf 型内轮驱动限矩型液力偶合器 , 它既可用油也可用水作传 动介质 , 用水时传动功率增加 20 % , 此种结构由 电机轴承承受液力偶合器重量 , 可有效地防止减速 器断轴事故的发生 。由于调速型液力偶合器可实现可控起动与传输 , 在某些场合为进一步改善起动条件 , 均衡负根据限矩型液力偶合器技术参数选型时 , 功率下限值对应充液率 40 %左右 , 功率上限值对应充 液率 80 %左右 , 其他功率与转速的关系接近