液力耦合器在输送带过载保护的应用

梁建峰

（大同煤矿集团有限责任公司燕子山矿，山西 大同 037037）

据统计表明，我国是煤炭年产量和年消耗量最大的国家之一，而且在未来的很长一段时间内煤炭依然在我国能源结构中占据主导地位。为了满足生活、生产的需求，对综采工作面的煤炭的开采效率和安全性提出了更高的要求和挑战。输送带作为煤矿生产中必不可少的设备之一，在综采工作面的主要功能是将煤炭、煤矸石以及设备等运送至地面[1]。根据实际生产的需求，输送带常需要配合现场检修进行紧急停机，再次启动时处于满载状态，若采用常规的启动手段常会对综采工作面整个电网造成冲击，进而对相关设备造成损伤。尤其是在满载启动时对输送带本身电机及相关机械部件的造成极大的消耗。为降低大功率、长距离输送带在过载或满载启动时对系统及相关设备造成的损害，实际生产中最为理想的方法为采用液力耦合器。

1 液力耦合器应用背景分析

随着综采工作面越来越长，输送带朝着长距离、大运量的方向发展[2]。为了满足综采工作面的生产需求对输送带的驱动装置提出了新的要求和挑战。在当前工作面生产能力的推动下，要求驱动装置满足如下要求。

1）要求输送带驱动装置启动时降低对机械及电气部件的冲击。

2）要求输送带驱动装置能够为带式输送机提供可调、无冲击的启动力矩。

3）要求驱动装置能够与带式输送机电机进行完美匹配，最大限度的发挥电机的功能。

4）要求带式输送机过载运行时能够实现对输送机的过载保护功能。

2 液力耦合器的工作原理概述

简单的说，液力耦合装置是有两部分组成的，分别为离心式水泵和涡轮机。液力耦合器的具体结构如图1 所示。

图1 液力耦合器结构示意图

具体工作原理：当液力耦合器开始工作时，在耦合器工作腔内部的液体在其自身离心力和工作轮叶片推动的双重作用下从半径小的泵轮入口被加速推至半径较大的泵轮出口，该过程为将泵轮的机械能转换为耦合器腔内液体的动能。具备一定动能的液体推动与泵轮相对的涡轮叶片转动，使得叶片的旋转方向与泵轮的方向一致，该过程为将液体动力转换为涡轮机械能的过程。将动能传递至涡轮叶片机械能的液体会在此进入泵轮入口，开始下一个循环能量的转换[3]。

通过液力耦合器腔内液体动能到机械能的转换实现能量的传递，避免了机械部件硬碰硬的接触而造成机械部件表面加剧磨损，在提升机械部件使用寿命的同时，从一定程度上实现了输送带的过载保护。

3 液力耦合器的应用

3.1 液力耦合器的应用机理

液力耦合器在输送带中的应用如图2 所示。

图2 液力耦合器在输送带的应用示意图

液力耦合器安装于带式输送机的电动机和减速器之间。其中，液力耦合器的泵轮与电动机相连为主动轮，涡轮与减速器相连为从动轮[4]。实现主动轮与从动轮之间的非刚性连接是实现输送带过载保护的关键。

3.2 液力耦合器的选型

液力耦合器的性能是决定其能否发挥过载保护功能的关键[5]。在实际生产中，需根据现场情况选择相匹配的液力耦合器。在选型时需遵循如下原则：

3.2.1 液力耦合器的要求

为了满足实际生产的需求（带式输送机的运输速度），要求液力耦合器的输出转速与最高运输速度所转化的滚筒的转速一致。由于液力耦合器输入与输出存在一定的转差率，二者存在如下关系：

式中：nr为液力耦合器的输入转速；nc为液力耦合器的输出转速。

一般的，带式输送机的电机选型确定后，与其相对应的液力耦合器的转速已确定，具体如表1 所示。

表1 不同电机所对应的液力耦合器的转速 r/min

3.2.2 驱动滚筒的最大功率

在实际生产中，液力耦合器的输出功率主要包含两部分。其一为传递至带式输送机滚筒的功率，即为有效功率；其二为在传递过程中所损失的功率。因此，要求液力耦合器的功率满足如下关系：

式中：PZ为液力耦合器的总功率，kW；PY为液力耦合器传递至滚筒的有效功率，kW；PX为传递过程中所损失的功率，kW。

3.3 液力耦合器的应用效果

根据上述液力耦合器的选型原则选择与燕子山矿带式输送机相匹配的液力耦合器应用于实际生产中。在近一个月的实际应用验证中，可将液力耦合器的应用效果总结如下：

1）液力耦合器能够实现带式输送机的软启动。带式输送机的启动时间能够根据实际生产需求进行调节。并对比不同的启动下的输送带的启动性能发现，S 启动曲线下的启动最为平稳，而且能够实现满载启动。在满载工况下启动时对输送带的冲击较小，能够有效控制启动过程中输送带的张紧力，从而减小在启动过程中对输送带的损耗。

2） 液力耦合器能够缩短带式输送机的启动时间，降低在启动过程中对功率和电网的冲击，即能够实现带式输送机电机的“空载启动”。

3）能够实现带式输送机的过载保护功能。当带式输送机处于过载状态运行时，液力耦合器具有隔离扭矩、减缓冲击的液力传动特性，使得泵轮和涡轮之间发生滑差。即，在过载状态下涡轮停止转动，使得泵轮出现空转的情况，直接保护了电机和减速器等相关传动部件。

4 结语

带式输送机作为综采工作面的关键运输设备，其运输效率直接决定综采工作面的采煤效率。在实际生产中，带式输送机的运行状态包括有空载、满载以及过载，而且以过载的工况所占比例最高。为了确保带式输送机的稳定运行，需有效解决过载工况给设备及相关设备所带来的冲击。液力耦合器在带式输送机驱动系统中的应用，安装于电机和减速器之间能够有效控制设备在启动阶段的加速度，降低带式输送机启动时的张紧力，有效提升输送带的使用寿命；能够实现输送带的过载保护功能，在过载工况中保护了带式输送机的电机和相关传动部件。因此，在实际生产中应将液力耦合器推广应用，并在今后生产中加强对液力耦合器调速控制系统的研究。