安全型液力偶合器在桥式转载机上的应用研究

安全型液力偶合器在桥式转载机上的应用研究摘要：介绍安全型液力偶合器的结构和工作原理，分析液力偶合器的机械特性，并结合桥式转载机的运行情况总结液力偶合器在应用中的优点。关键词：桥式转载机；液力偶合器；机械特性；力矩0引言桥式转载机是机械化缓倾斜长臂采煤工作面运输系统中采用的一种中间转载运输设备，安置在采煤工作面运输巷道中，将刮板输送机运来的煤转运到带式输送机上。安全性液力偶合器在桥式转载机上的应用，可实现电动机轻载或空载启动，负载平缓启动，吸收冲击和消除扭转振动，保护电动机等。1安全性液力偶合器的结构和工作原理安全性液力偶合器是以液体为工作介质的传动元件，主要由泵轮、涡轮、输入轴、输出轴、外壳等构件组成。其中泵轮和涡轮是偶合器的工作轮，两者内腔都布置一些径向叶片，形成液体介质循环流动空间。泵轮和涡轮之间没有任何刚性连接，只是在内腔充一定数量的工作液体，当电动机驱动泵轮旋转时，泵轮叶片带动工作液体做圆周运动。在离心惯性力的作用下，液体由泵轮心部流向外圆周的过程中，液体以泵轮获得能量，动量矩增加，同时产生切向力。液体流出泵轮后在工作腔外圆周处流入并通过涡轮流向工作腔心部，由于切向力的作用而冲击涡轮叶片，推动涡轮旋转，动量矩减少。液体在工作腔心部流出涡轮，在离心力的作用下又重新进入泵轮。工作液体在工作腔内既随液力偶合器做圆周运动，又在工作腔内做环流运动。环流运动使工作液体的速度发生变化，也就是工作液体的动能发生变化。在泵轮外缘出口处，工作液体的速度比在内缘入口处高；在涡轮内缘出口处，工作液体的速度比在外缘入口处低。工作液体流经泵轮时动能增加，流经涡轮时动能减少，增加的动能是电动机通过泵轮给的，而减少的动能是消耗在推动涡轮上。工作液体在偶合器中循环流动的过程，就是进行能量传递和转换的过程：电动机机械能转换为泵轮机械能，泵轮机械能转换为工作液体动能，工作液体动能转换为涡轮机械能。2安全型液力偶合器的机械特性1）力矩。作用于液力偶合器的外阻力矩有2个，即电动机力矩m1和转载机力矩m2，如图1所示。由于液力偶合器的泵轮与电动机相连，因而电动机力矩m1等于泵轮输入力矩mb；涡轮与转载机相连，转载机力矩m2等于涡轮输出力矩mt，即：mb+mt=0mb=-mt液体作用于涡轮上的力矩和液体作用于泵轮上的力矩大小相等，即液力偶合器的输出力矩和电动机的输出力矩相等。当电动机带动液力偶合器的泵轮旋转时，工作液体在液力偶合器内做复合运动，即液体质点一面绕泵轮轴线做圆周运动，一面沿涡轮叶片做环流运动。液力偶合器涡轮的力矩为：m=q（r1n1-r2n2）m=±q（r1μ1-r2μ2）式中：q-环流的质量流量；r1-泵轮出口平均半径；r2-涡轮出口平均半径；n1-泵轮转速；n2-涡轮转速；1-泵轮出口圆周速度；2-涡轮出口圆周速度。负号表示环流对泵轮的力矩，正号表示环流对涡轮的力矩。从式中可以定性看出影响液力偶合器传递力矩的因素。第一个因素是工作液体环流的质量流量q。这里包含两个因素，一是充液量的大小，一是工作液体的性质。环流流量的大小与充入工作腔的液体量有关，充液量大，能进入工作腔的环流量大，液力偶合器传递的力矩也大；充液量小，能进入工作腔的环流量就小，传递的力矩也小。工作液体的性质，即它的重度，同样影响液力偶合器传递力矩的大小。液体的重度大，其出力也大，反之则小。第二个因素是液力偶合器工作腔的几何尺寸。如液力偶合器传递力矩要大，则要求r1大，r2小。即环流在工作腔中所走的循环圆大时，传递力矩就大；环流沿工作腔上部做小循环运动时，传递力矩就小。第三个因素是泵轮转速n1及涡轮转速n2。如n1越大，n2越小，液力偶合器传递力矩就越大，反之则小。2）液力偶合器的特性曲线。仅仅从理论公式中分析液力偶合器的工作特性是不恰当的，因为实际环流的运动情况要复杂，而且液力偶合器的具体结构不同时，各因素产生的影响也不同，所以只有通过实验做出液力偶合器的特性曲线，才能说明在各种不同的工况下，液力偶合器所能传递的力矩大小，以及性能是否理想。①输入特性曲线。液力偶合器的输入特性曲线是指速比i（n2／n1）保持不变时，传动转矩m与泵轮转速n1的关系曲线，即m-n曲线，如图2所示。图中不同i值的曲线表明了泵轮的环流转矩与泵轮转速之间的关系，可以分析液力偶合器的启动性能。其中最重要的1条输入特性曲线是i=0时的特性曲线。是在制动涡轮（n2=0）时，将在每个n1转速下所测得的m值连接而成的一条曲线。②输出特性曲线。输出特性曲线是指泵轮转速n1为常数时，传动转矩m和速比i的关系曲线，即m-i曲线，如图3所示。反应了液力偶合器的本身工作特性，是评价液力偶合器性能的主要依据。3安全型液力偶合器在桥式转载机上的使用效果1）改善了电动机的启动性能。电动机开始启动时的转速很低，故液力偶合器泵轮的输入力矩很小，电动机如空载启动一样加速很快。此时涡轮处于静止状态，而泵轮开始加速。随着电动机转速的增大，泵轮输入力矩也越来越大。当泵轮力矩增大到负载力矩时，涡轮开始拖动负载转动。随着涡轮转速的增加，泵轮与涡轮的速度比由零到达额定值，泵轮转矩由最大值到额定值。采用液力偶合器后，电动机将在轻载下超前于负载启动到转矩尖峰点附近，从而能利用电动机的尖峰转矩来启动较大的负载。2）改善了电动机的保护性能。在传动系统中，电动机不直接启动负载，液力偶合器为电动机的负载。这时电动机的负载由液力偶合器的输入特性曲线2决定，如图4所示。由于曲线2低于电动机的外特性曲线1，所以电动机的负载不会超过其尖峰值。当液力偶合器较长时间在d点运转时，工作液体很快发热，当温升超过允许值时，易熔合金保护塞融化，工作液体喷出，电动机空转，从而保护了电动机。3）减小了桥式转载机的冲击振动。电动机直接拖动负载时，在启动瞬间，由于传动件中存在间隙，因而施加于电动机上的载荷很小，电动机很快加速而储存很大的动能。等到传动件之间的间隙消除后，负载会突然加到动能很大的电动机上，从而引起系统的冲击和振动。使用液力偶合器传动后，电动机的转矩由液力偶合器的输入特性决定，随着转速的升高而逐渐增大，并且电动机与负载之间不是刚性连接，所以引起的冲击和振动要小得多。在负载被制动的时候，如果负载由电动机直接拖动，电动机此时也会制动，这样电动机运转时储存的动能在极短时间内释放，会引起负载的动力过载，甚至造成机件的损害。而采用液力偶合器传动时，电动机仍会在较高的速度运转，这样引起的系统冲击会比较小，也保护了机件。4结语安全型液力偶合器在桥式转载机的应用，极大的改善了桥式转载机的运行，减小了事故故障，降低了维修成本，提高了运煤效率。同时液力偶合器在使用时应定期检查，做到安全运行，保障安全生产。参考文献：[1]方志淮、王吉安，调速型液力偶合器在带式输送机上的应用[j].煤矿机械，2003（10）：103-104.[2]刘应诚主编，液力偶合器实用手册[k].北京：化学工业出版社，2008.[3]杨乃乔，液力偶合器[m].北京：机械工业出版社，1989.作者简介：李占胜（1979-），河北沧州人，助理讲师，2004年毕业于河北建筑科技学院机制专业，现在河北能源职业技术学院从事教学工作。