梁建峰

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司燕子山礦，山西 大同 037037）

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國是煤炭年產(chǎn)量和年消耗量最大的國家之一，而且在未來的很長一段時間內(nèi)煤炭依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。為了滿足生活、生產(chǎn)的需求，對綜采工作面的煤炭的開采效率和安全性提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。輸送帶作為煤礦生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一，在綜采工作面的主要功能是將煤炭、煤矸石以及設(shè)備等運(yùn)送至地面[1]。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需求，輸送帶常需要配合現(xiàn)場檢修進(jìn)行緊急停機(jī)，再次啟動時處于滿載狀態(tài)，若采用常規(guī)的啟動手段常會對綜采工作面整個電網(wǎng)造成沖擊，進(jìn)而對相關(guān)設(shè)備造成損傷。尤其是在滿載啟動時對輸送帶本身電機(jī)及相關(guān)機(jī)械部件的造成極大的消耗。為降低大功率、長距離輸送帶在過載或滿載啟動時對系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備造成的損害，實(shí)際生產(chǎn)中最為理想的方法為采用液力耦合器。

1 液力耦合器應(yīng)用背景分析

隨著綜采工作面越來越長，輸送帶朝著長距離、大運(yùn)量的方向發(fā)展[2]。為了滿足綜采工作面的生產(chǎn)需求對輸送帶的驅(qū)動裝置提出了新的要求和挑戰(zhàn)。在當(dāng)前工作面生產(chǎn)能力的推動下，要求驅(qū)動裝置滿足如下要求。

1）要求輸送帶驅(qū)動裝置啟動時降低對機(jī)械及電氣部件的沖擊。

2）要求輸送帶驅(qū)動裝置能夠?yàn)閹捷斔蜋C(jī)提供可調(diào)、無沖擊的啟動力矩。

3）要求驅(qū)動裝置能夠與帶式輸送機(jī)電機(jī)進(jìn)行完美匹配，最大限度的發(fā)揮電機(jī)的功能。

4）要求帶式輸送機(jī)過載運(yùn)行時能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機(jī)的過載保護(hù)功能。

2 液力耦合器的工作原理概述

簡單的說，液力耦合裝置是有兩部分組成的，分別為離心式水泵和渦輪機(jī)。液力耦合器的具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖

具體工作原理：當(dāng)液力耦合器開始工作時，在耦合器工作腔內(nèi)部的液體在其自身離心力和工作輪葉片推動的雙重作用下從半徑小的泵輪入口被加速推至半徑較大的泵輪出口，該過程為將泵輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為耦合器腔內(nèi)液體的動能。具備一定動能的液體推動與泵輪相對的渦輪葉片轉(zhuǎn)動，使得葉片的旋轉(zhuǎn)方向與泵輪的方向一致，該過程為將液體動力轉(zhuǎn)換為渦輪機(jī)械能的過程。將動能傳遞至渦輪葉片機(jī)械能的液體會在此進(jìn)入泵輪入口，開始下一個循環(huán)能量的轉(zhuǎn)換[3]。

通過液力耦合器腔內(nèi)液體動能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，避免了機(jī)械部件硬碰硬的接觸而造成機(jī)械部件表面加劇磨損，在提升機(jī)械部件使用壽命的同時，從一定程度上實(shí)現(xiàn)了輸送帶的過載保護(hù)。

3 液力耦合器的應(yīng)用

3.1 液力耦合器的應(yīng)用機(jī)理

液力耦合器在輸送帶中的應(yīng)用如圖2 所示。

圖2 液力耦合器在輸送帶的應(yīng)用示意圖

液力耦合器安裝于帶式輸送機(jī)的電動機(jī)和減速器之間。其中，液力耦合器的泵輪與電動機(jī)相連為主動輪，渦輪與減速器相連為從動輪[4]。實(shí)現(xiàn)主動輪與從動輪之間的非剛性連接是實(shí)現(xiàn)輸送帶過載保護(hù)的關(guān)鍵。

3.2 液力耦合器的選型

液力耦合器的性能是決定其能否發(fā)揮過載保護(hù)功能的關(guān)鍵[5]。在實(shí)際生產(chǎn)中，需根據(jù)現(xiàn)場情況選擇相匹配的液力耦合器。在選型時需遵循如下原則：

3.2.1 液力耦合器的要求

為了滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求（帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸速度），要求液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速與最高運(yùn)輸速度所轉(zhuǎn)化的滾筒的轉(zhuǎn)速一致。由于液力耦合器輸入與輸出存在一定的轉(zhuǎn)差率，二者存在如下關(guān)系：

式中：nr為液力耦合器的輸入轉(zhuǎn)速；nc為液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速。

一般的，帶式輸送機(jī)的電機(jī)選型確定后，與其相對應(yīng)的液力耦合器的轉(zhuǎn)速已確定，具體如表1 所示。

表1 不同電機(jī)所對應(yīng)的液力耦合器的轉(zhuǎn)速 r/min

3.2.2 驅(qū)動滾筒的最大功率

在實(shí)際生產(chǎn)中，液力耦合器的輸出功率主要包含兩部分。其一為傳遞至帶式輸送機(jī)滾筒的功率，即為有效功率；其二為在傳遞過程中所損失的功率。因此，要求液力耦合器的功率滿足如下關(guān)系：

式中：PZ為液力耦合器的總功率，kW；PY為液力耦合器傳遞至滾筒的有效功率，kW；PX為傳遞過程中所損失的功率，kW。

3.3 液力耦合器的應(yīng)用效果

根據(jù)上述液力耦合器的選型原則選擇與燕子山礦帶式輸送機(jī)相匹配的液力耦合器應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。在近一個月的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證中，可將液力耦合器的應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1）液力耦合器能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動。帶式輸送機(jī)的啟動時間能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。并對比不同的啟動下的輸送帶的啟動性能發(fā)現(xiàn)，S 啟動曲線下的啟動最為平穩(wěn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)滿載啟動。在滿載工況下啟動時對輸送帶的沖擊較小，能夠有效控制啟動過程中輸送帶的張緊力，從而減小在啟動過程中對輸送帶的損耗。

2） 液力耦合器能夠縮短帶式輸送機(jī)的啟動時間，降低在啟動過程中對功率和電網(wǎng)的沖擊，即能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)電機(jī)的“空載啟動”。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)帶式輸送機(jī)的過載保護(hù)功能。當(dāng)帶式輸送機(jī)處于過載狀態(tài)運(yùn)行時，液力耦合器具有隔離扭矩、減緩沖擊的液力傳動特性，使得泵輪和渦輪之間發(fā)生滑差。即，在過載狀態(tài)下渦輪停止轉(zhuǎn)動，使得泵輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的情況，直接保護(hù)了電機(jī)和減速器等相關(guān)傳動部件。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸效率直接決定綜采工作面的采煤效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)包括有空載、滿載以及過載，而且以過載的工況所占比例最高。為了確保帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需有效解決過載工況給設(shè)備及相關(guān)設(shè)備所帶來的沖擊。液力耦合器在帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用，安裝于電機(jī)和減速器之間能夠有效控制設(shè)備在啟動階段的加速度，降低帶式輸送機(jī)啟動時的張緊力，有效提升輸送帶的使用壽命；能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶的過載保護(hù)功能，在過載工況中保護(hù)了帶式輸送機(jī)的電機(jī)和相關(guān)傳動部件。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將液力耦合器推廣應(yīng)用，并在今后生產(chǎn)中加強(qiáng)對液力耦合器調(diào)速控制系統(tǒng)的研究。