带式输送机液体粘性传动装置性能试验台

李瑶瑶
上海煤科检测技术有限公司 上海 201401

摘 要：为了验证带式输送机用液体粘性传动装置的工作性能，在分析其工作原理的基础上，提出了以直流电动机作为试验装置的驱动装置、恒扭矩加载装置作为模拟负载验证其启动性能，以直流电动机闭环加载验证其传动性能的性能试验台，结果表明该试验台能很好地验证液体粘性传动装置的起动性能和传动性能，达到了试验装置预期目标。

关键词：带式输送机；液体粘性传动装置；性能试验台；起动性能；传动性能；恒扭矩加载；闭环加载

中图分类号：TH222 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2018）12-0161-03

带式输送机用液体粘性传动装置（以下简称液粘器）能够提供无级可调的起动力矩，具有多电机功率平衡、自动过载保护、电机无负荷空载起动和能匹配电机的特性，充分利用电机的输出力矩大、传动效率高、控制可靠方便、结构简单、使用寿命长等特点，很好地解决了带式输送机尤其是长距离、大功率带式输送机起动、运行中遇到的问题，在带式输送机上得到了较为广泛的应用。但是对液粘器的性能进行检验的专用试验台国内还未涉及。为保证其产品质量符合设计要求，将不安全因素降到最低，要求对其性能进行检验，因此，设计一种满足其性能检验要求的试验台具有非常重要的现实意义。

1 液粘器工作原理
液粘器是依据牛顿内摩擦定律通过主被动摩擦片之间的液体粘性或液体内摩擦力来传递力矩的。当液粘器的主被动摩擦片间隙较大时，传递的力矩较小；当液粘器主被动摩擦片的间隙较小时，传递的力矩较大；当主被动摩擦片间没有间隙时，液粘器靠主被动摩擦片间的摩擦力传递力矩。即液粘器是通过调整主被动摩擦片之间的间隙来调节传动力矩，实现对带式输送机的起（制）动控制，是机电液一体化的控制。通过调整液粘器的传递力矩，可以实现带式输送机驱动电机的空载起动，发挥电机的最大输出力矩，使带式输送机更好地匹配电动机的特性，还能实现多电机驱动的功率平衡。当负载力矩超过液粘器的最大输出力矩时，液粘器主被动摩擦片之间会相对滑动，进而实现对带式输送机的过载保护，避免输送带、减速器、电机等超载运行[1]。液粘器在带式输送机中主要具有传递力矩、改善起（制）动性能的功能。煤矿用带式输送机技术条件中要求软起动装置加速度应可调，且不得大于0.3 m/s2[2]。为此，设计的试验台将对液粘器的起动性能和传动性能进行考核。

2 液粘器起动性能试验
选用调速性能好、可控性好的直流电动机作为试验装置的驱动装置。直流电动机在励磁电流不变的情况下，电枢电流与输出力矩成正比，因此，可以通过限制电枢电流的大小来限制输出力矩，从而实现一台驱动电机对不同传递力矩即不同型号规格液粘器的性能试验。因带式输送机设备正常运转时为恒扭矩负载设备，选用盘式恒扭矩加载装置作为试验装置的模拟负载。盘式恒扭矩加载装置通过制动闸衬与制动盘之间的摩擦实现加载，其加载力矩与制动闸衬的摩擦因数及其与制动盘之间的正压力成正比，在制动闸衬材料固定的情况下，通过调节制动闸衬与制动盘之间的正压力即可实现不同模拟负载的加载 [3] 。其试验控制原理如图1。

图1 液粘器起动性能试验控制原理框图

通过限制驱动电机的电枢电流限制试验装置的输出力矩，满足对不同型号规格液粘器的试验。驱动电机满足最大规格型号的液粘器试验即可，其他规格型号的液粘器试验通过限制直流电机的电枢电流实现力矩匹配。盘式恒扭矩加载装置通过调节制动闸衬与制动盘的正压力，进而调节摩擦力来实现对不同规格液粘器恒扭矩加载。制动闸衬的摩擦因数与制动温度有关，为准确控制加载力矩，需要控制制动过程产生的热量。采用减速器降低恒扭矩加载装置的运行速度，通过增加制动盘直径以及制动闸衬与制动盘的正压力来增大加载力矩，同时采用制动盘强制风冷和制动衬垫水冷相结合的方式，保证恒扭矩加载装置加载运行时温度在合理范围以内，进而保证输出的扭矩恒定。

3 液粘器传动性能试验
液粘器在正常运转传递扭矩时，主被动摩擦片之间依靠静摩擦力传递扭矩，输入输出转速相同。若液粘器传动性能试验采用能耗式加载试验台，试验过程中能量全部转化为热能散发出去，耗能大，不经济、环保，需要配置大功率散热装置，试验费用高。传递扭矩为8 000 N·m 的液粘器已在煤矿得到了应用，若采用能耗式加载试验台，其传动性能试验时耗能至少为1 250kW·h，这些能量全部需要转化为热量散发出去。经过分析比较，采用直流电动机电密封加载方式对液粘器进行试验，将加载产生的电能直接回馈电网，试验控制原理见图2。

图2 液粘器传动性能控制原理框图

通过直流调速装置控制直流电动机实现对被试液粘器的加载试验。对直流电动机采用转速控制方式，确定被试件的试验转速。通过调节加载电机励磁电流实现对不同功率被试件的加载试验。试验中，驱动电机的输出功率由负载及加载电机确定，即仅对加载电机控制转速即可，不用控制其力矩。加载电机发电产生的电能通过直流调速装置直接回馈电网。试验表明在加载功率500kW 时，节能率达到85%。为减少加载电机产生电能逆变回馈电网过程中产生的谐波对电网质量的影响，选用了12 脉冲的直流调速装置，并在直流调速装置前端配置了12 脉冲整流变压器进行隔离，有效减少了谐波干扰对电网质量的影响。试验过程中加载产生的电能直接回馈电网，节约了能量，降低了试验成本，符合节能环保的要求。
4 应用实例
我公司于2015 年采用该试验方案研发设计了一套液粘器性能试验台，该试验台由两台12 脉冲整流变压器、两台1 250 kW 直流电动机、两套西门子直流调速装置、1 台180 kN·m 盘式恒扭矩加载装置、一台速比为20.3 的减速器等设备组成，该试验装置建成以来，完成了多家生产企业共20 余次液粘器的试验，较好地验证了液粘器的起动性能和传动性能，达到了试验预期目标。
5 结论
该试验方案能很好第完成液粘器的起动性能和传动性能试验， 达到了试验预期目标，且传动性能试验时，加载产生的能量直接回馈电网， 减少了能量消耗， 大大降低了试验成本。但在试验过程中还存在如下不足， 需要后续继续改进。
1）大功率液粘器传动性能加载试验时，直流调速装置对电网质量的要求较高，电网电压波动容易引起直流调速装置中快速熔断器的损坏；
2）该加载方案需要配置12 脉冲整流变压器，设备费用较高；
3）该加载系统对电网容量要求较高，当加载功率超过电网容量的30% 时，电网质量较差，谐波较多，容易引起误动作；
4）起动性能试验时，假设带式输送机为恒扭矩负载，未考虑输送带的粘弹性以及输送机的转动惯量，与实际工况有一定的差别；
5）传动性能试验和起动性能试验需要两套独立的试验装置，试验周期长、工作量大。
参考文献
[1] 李瑶瑶. 带式输送机用液体粘性传动装置改造[J]. 起重运输机械，2015(3)：86-88.
[2] 李瑶瑶. 液体粘性传动控制系统及试验验证[D]. 青岛：山东科技大学，2008.
[3] 陈钰，李锋，章伯超.MT820—2006 煤矿用带式输送机技术条件[S]. 北京：煤炭工业出版社，2006.