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液体粘性软起动系统 原理及使用说明书 山东省运输提升重点实验室 山东科技大学运输与控制技术研究所 二ＯＯ四年一月 1.引言 随着物流技术的发展，输送机械（特别是带式输送机械）的装机功率也越来越大，为此对驱动装置提出了苛刻的要求，希望驱动装置能够实现：⑴电动机空载起动，以减小对电气和机械的冲击；⑵驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；⑶与电动机具有良好的匹配特性，充分利用电动机的最大力矩；⑷需要时可以实现多电动机驱动功率相互平衡；⑸可以实现输送机的无级调速，以满足不同的工作需要；⑹输送机过载时能实现自动过载保护功能。 同时新的《煤矿安全规程》规定，煤矿主要运输系统的带式输送机必须采用软起动系统，以保证带式输送机的可靠、稳定运行。 液体粘性软起动系统作为国家“十五攻关”项目提出，是我国目前急需解决的新技术之一。它可以实现煤矿输送机的软起动技术要求，改善输送机的各项性能。 2．液体粘性软起动系统实现输送机的软起动原理 2.1液体粘性软起动系统的结构 液体粘性软起动系统是利用液体的粘性即油膜剪切力来传递扭矩的，其结构如图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，当改变控制油缸中的油压大小来调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度，可以改变从动摩擦片输出的转速和扭矩的大小，从而实现带式输送机各项驱动要求和可控软起动功能。 2.2 液体粘性软起动系统的传扭方程 液体粘性软起动系统的传矩方程为： (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起动系统，其输出力矩与主、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出合理的输出扭矩和角速度差，从而达到调速目的。 3．液体粘性软起动系统的使用场合 液体粘性软起动系统可广泛地用于实现矿山输送机、起重运输机械、工程机械、军工机械、风机、水泵等的软起动、调速、软制动驱动过程，它将极大地改善和提高机械的起动、运行和停车性能，有利于消除对电气和机械的冲击，实现过载自动保护、功率均衡等功能。提高机械的工作效率和工作可靠性，节省能源，降低设备使用成本。从技术方面它将极大地促进和推动机械产品的升级换代。 4．技术方案比较 对于大负载、大功率运输机械的软起动技术，国内主要采用的真正软起动装置有以下两种： (1)采用调速型液力偶合器作为软起动传动系统来满足输送机械的上述要求，可以做到延长起动时间、改善输送机满载起动性能。但是这种系统有以下不足之处：①液力偶合器在正常工作时，一般有3—5%的滑差，此时具有3—5%的传动效率损失，而且输送机械大都长时长期工作，使偶合器发热量大，并浪费大量的能量；②调速型液力偶合器无法实现传动比为1的直接传动运行工况；③调速型液力偶合器在起动过程中始终存在一个不稳定的过渡区，使得起动性能还不理想；④实现系列化生产时，功率不同的液力偶合器之间主要部件通用性差；⑤液力偶合器的体积较大，系统控制性能和控制精度较差。 (2)采用变频器的软起动系统具有较好的性能，但目前在国内外还没有开发出能适合应用于矿山井下使用的防爆变频器；另外对于高压、大容量鼠笼电机，采用变频器投资极大，可靠性也较差，而且需采用特殊的电机；同时变频器会产生强大的信号干扰，影响其它电气控制设备的正常工作。这些都限制了变频器在工业生产中的应用。 在国外只有美国道奇（DODGE）公司近些年研究和开发了一种机械可控系统CST（Controlled Start Transmission System），它可以大大改善重型机械的传动工作性能。这种系统制作工艺较复杂，加工及维护要求高，成本和投资较大。 液体粘性传动技术研究开发的结构简单、维护方便、功能完善、性能优越的“液体粘性软起动系统”，可以极大地改善和提高现有大量重型机械设备的性能，特别能提高大功率输送运输设备的动态性能，延长整机寿命，提高安全性、可靠性和自动化水平，降低矿山物料的输送成本，为大功率、长距离、大运量输送机的发展开辟道路；同时还可以达到很大的节能效果。 5．液体粘性软起动系统的设备组成 液体粘性软起动系统由机械系统、液压控制润滑系统、电气控制系统三部份组成。其机械系统结构图如图1所示。 5.1液体粘性软起动系统应用于输送机的电气控制系统的接线原理图根据实现带式输送机另行专门提供。 5.1.1电气控制方案 可编程序控制器（PLC）是专为工业环境控制应用而