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液粘技术在煤矿机械中的应用研究

供稿:工控网 2006/8/22 9:07:00

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  • 关键词: 液粘 煤矿机械 传动
  • 摘要:液体粘性传动是利用液体的粘性或油膜的剪切作用来传递动力的一种新技术。由于液粘传动 的特点与煤矿生产的许多需要相吻合,因此在煤矿机械中有广阔的应用前景。介绍了液粘技 术在下运带式输送机应用的实例。指出该技术用于煤矿机械时在核心结构、设计计算、散热 防爆和使用维护上应当注意的问题。

1 前言 液粘技术是国际上正在发展中的新技术。液体粘性传动是利用液体的粘性或油膜剪切作 用来传递动力的,简称液粘传动,也称油膜切剪传动。它是继液压、液力之后第三种以液体 为工作介质的传动技术,在基本概念和工作原理上与前两者都有着本质上的不同,并且在传 动性能上具有一系列的优点,因此,已在冶金、石油、化工、发电、车辆、船舶等领域获得 了广泛应用。液粘传动技术具有很大的发展前途和应用价值,但目前在煤矿生产中的应用还 较少,已有的也主要是在国外引进设备上。实际上,液粘传动的特点与煤矿生产的许多需要 相吻合,在煤矿机械中有着广阔的应用前景,同时,由于井下工作环境和条件与地上的差异 ,又给液粘传动与煤矿机械的结合带来了相应的特殊问题。我们应当尽快改变依靠引进国外 现成设备的现状,大力开拓液粘技术与煤矿机械的结合,研制开发自己的适用产品 。本文根据科研实践,介绍液粘技术及其在煤矿机械中应用的多种可能及实例,并指出在煤 矿工程应用中应注意的问题。
2 液粘传动的性能特点
液粘传动具有多方面优良的工作性能,主要特点表现在:
(1)传动性能上,可无级调节所传递的转矩和输出转速,并且调速的范围大,灵敏度高; 传动性能不受主动轴旋转方向的影响;可以实现无转速差的同步传动,传动效率为100%(理 论)。
(2)传热性能上,相对运动的传动件之间存有一层完整的油膜,没有相互间的直接接 触与直接摩擦;功率损耗发生在油膜里,所产生的热量使油膜发热,通过油液强迫流动,实 现的是直接冷却。
(3)控制性能上,属于机液复合系统,易于实现转速调节的遥控和自动控制性能;采 用闭环控制时,转速的稳定性高。
(4)使用性能上,噪声小,易于维护且费用低;由于油膜的存在,特征传动件无磨损或磨 损很小,可以在有转速差的状态下长期工作,加之冷却散热条件好,使用寿命长。
3 液粘技术在煤矿机械中的应用概要〖HT〗〖ST〗 液粘技术在应用上具有较大的灵活性与可变性。在煤矿机械系统中,它既可以单独用来 实现高性能的传动或制动,还可以与其它类型的传动联合,实现综合性能更好的复合传动, 满足煤矿生产中的一些特定需要,改善煤矿机械的工作状况与性能,提高煤矿生产系统的运 行水平。现将液粘技术在煤矿机械中可行的主要应用归纳简介如下:
31 复合传动大运量、长距离上运或平运带式输送机对启动、功率平衡的性能要求较高,可以采用液 粘技术,将液粘制动器与减速器有机结合,在电机与滚筒之间实现具有多种功能的复合传动 。装置组成见图1。
该装置巧妙地利用径向尺寸较大的行星齿轮系,作为减速器与液粘制动器之间的联系纽 带,在外设液压、测控系统的配合下,通过改变制动器的动、静摩擦片隙,可以无级调节其 输出扭矩与转速,从而满足电机空载启动,输送机稳速运行,匀加(减)速及停车,多级或 多点驱动的功率平衡等多种功能要求。与带式输送机的其它传动方式相比,该复合式液粘传 动的效率最高,是提高电动机、输送机及减速器的使用寿命,减小对电网冲击的一种较为完 善的传动方式。
电 机 外齿合齿轮组+ 行星轮
系+液粘制动器 输送机滚筒
图1 复合式液粘传动装置的应用
32 节能调速通风机是现代化煤矿的重要设备,一般服务年限很长,其选型是按矿井所需的最大风量 来确定的。矿井投产初期的产量小、巷道短、通风阻力小,所需风量少,而随着采 煤量的增大,巷道延伸,通风阻力变大,又需相应增大风量。因此,煤矿通风机要具有良好 的调节性能。用调速方法来调节风机的流量是节能的有效措施,对于离心式风机而言,其轴 功率与转速的三次方成正比,当流量减小,转速下降时,轴功率降低很多,节电量相当可观 。可以应用液粘技术,即在电机和风机之间增加一个可实现无级调速的液粘调速离合器,它 不仅能够代替阀门的调节作用,而且能够显著减少管路和阀门的压力损失,避免严重的电能 浪费,在某种情况下还能改善机组性能,大大提高整个通风系统的效率。在节能调速方面, 液粘调速离合器的综合性能优于调速型液力偶合器,它是煤矿通风机和其它需要调节流量机 械的一种较好的技术选择。
〖HTK〗〖STFZ〗33〓平稳制动〖HT〗〖ST〗 煤矿生产中运输机械的负荷一般都较大,属于大惯量运行设备,对制动的性能要求较高 ,停车制动是此类设备技术上的关键问题。如大倾角、长距离下运带式输送机,其工作中载 荷是随机变化的,当制动力矩为定值时,若按重载调定,轻载时由于制动力过大会引起滚 料打滑;反之,若按轻载调定,则重载时由于制动力小于下滑力,制动失效而导致飞 车、滚料、撞击等严重事故,因此其制动力矩必须能根据载荷大小而进行调控。由于矿井工 作环境的特殊性,制动器还必须具有良好的散热性能,以满足防爆要求;此外,考虑到有时 会突然发生停电事故,还要求制动器具备停电制动的能力。液粘制动的性能特点与上述要 求正相吻合,通过适当的结构设计与系统配置,可以使大惯量煤矿机械运输设备实现平稳安 全的停车制动。
4 液粘技术在下运带式输送机上的应用下运带式输送机作为井下的常用运输设备,经研究与试验表明,对其采用液粘制动是一条可 行的技术途径。
41 总体方案由于液体粘性制动扭矩与转差成正比的特性,为获得较大的制动扭矩而又使制动器的体 积尽可能小,应将液粘制动器安装在减速器的高速轴上。下运带式输送机液粘制动总体方案 见图2。为实现下运带式输送机的匀减速度制动,在输送机滚筒处设置加速度传感器,传感 器的电信号输入至控制器与给定值比较,若减速度值在预定范围内则控制器输出不变,否则 其输出电流改变,从而实现匀减速的闭环自动控制。
〖KH+35mmD〗
图2〓液粘制动系统方案简图
1电动机;2液粘制动器;3减速器;
4带式输送机;5加速度传感器;6控制器;7液压站。
42〓主机结构
图3〓液粘制动器主结构〖HT6〗
1静摩擦片;2动摩擦片;3机壳;4传动轴;5活塞;6碟簧〖JZ)〗〖HT〗
液粘制动器的主结构如图3所示。动、静摩擦
片分别以花键与传动轴及机壳相连,动、静片均可沿轴向移动,动、静片构 成转动副,片隙由活塞的位移控制,活塞向左片隙减小,反之增大。活塞内腔的碟簧实现制 动器的压合。为了补偿摩擦片在使用过程中的磨损量,保证预定的制动扭矩,可以在碟簧右 端设置轴向调整机构,确保碟簧的预压缩量。
液粘制动器内设有两个油腔,一个是摩擦片处的制动油腔,另一个是机壳与活塞构成的控制 油腔,两腔彼此独立。通过外设液压系统控制油腔的压力,实现制动器的松闸和扭矩调节, 若采用电液调压装置,可以手动或自动调控制动过程。工作油腔的油液在压差作用下强迫流 动,及时将油膜中产生的制热量带走。
〖HTK〗〖STFZ〗43〓液压系统〖HT〗〖ST〗 〖KH+55mmD〗
〖HT5”〗〖JZ(〗图4〓液粘制动器液压控制系统原理图〖HT6〗
1滤油器;2油泵组;3溢流阀;4精滤油器;5单向阀;
6电液比例阀;7单向节流阀;8、16节流阀;9液压蓄能器;
10液粘制动器;11压力表;12液控单向阀;13换向阀;
14加速度传感器;15控制器。〖JZ)〗〖HT〗
液粘制动器的工作是在外设液压系统的控制下完成的,液压系统分为制动和液控两个回 路,如图5所示。由加速度传感器14、控制器15、电液比例阀6及油泵2等实现液粘制动扭矩 的调控;液压蓄能器9用于事故停电制动时提供冷却液并防止减速度过大。制动时由油泵经 相应的液压阀向制动油腔供给预定流量和压力的工作油液。
44 技术对策(1)机液电闭环控制,实现平稳制动。
采用机—液电—闭环控制,即由电控系统自动检测胶带机的减速度,并给出相应的电流 信号,经电液比例阀后输出液压信号作用于制动器的活塞上,通过膜厚来控制制动扭矩,从 而在不同载荷下实现匀减速度的平稳制动。
(2)制动油液强迫流动,实现可靠散热。
通过结构设计和计算,使制动油液在一定流量下强迫流动,利用循环油液将制动产生的 热量及时带走,经冷却后重复使用,这样可以确保液粘制动器壳体表面的温度≤120℃,满 足矿井安全规程的防爆要求。
(3)机液配合,自动实现事故停电制动。
事故停电时,油泵和电控系统将失去作用。液粘制动器内设置有碟簧,一旦活塞上控制 油压降为零,蝶簧便会自动将摩擦片压合,并保持预定的压合力使主机可靠制动。停电制动 过程中,为防止蝶簧动作过猛,导致制动过快和制动温升过高,可通过液压蓄能器与配用液 压元件,保持所需的制动平稳性和散热性,避免意外事故发生。
5 液粘技术有关应用说明 液粘传动,无论是单一式的还是复合式的,均适宜在运行性能要求高、传动功能要求多 的煤矿机械系统中应用。工程应用中,要注意液粘传动的技术关键,并考虑煤矿工作条件与 环境上的特殊性,有关问题说明如下:
(1)核心结构上。液粘传动装置看似与湿式摩擦离合器相同,但实际上有本质性的差 异。其油液首先是工作介质,其次才是润滑,故油液的选择有特殊要求;摩擦片系液粘传动 装置的核心零件,其端面几何结构与尺寸关系到传动、润滑及传热特性,为了形成具有良好 刚度的油膜,摩擦片上必须开设能产生动压的油槽,其形状不仅要易于加工,还应有足够的 过油能力,并与旋向相适应。
(2)设计计算上。为了使理论设计与实际工况贴近,液粘传动的几何与力学参数的计 算,宜按液粘传动理论所提供的公式及有关限制要求进行,设计计算中,应先建立计算模型 并确定计算流程,一般需要经过反复计算和调整才能获得较满意的结果,应当编程后上机 完成;对于发热问题突出的液粘制动器,其制动油液的流量不仅应与制动功率

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