浅谈液粘软起动装置在我矿选煤厂皮带机上的应用

浅谈液粘软起动装置在我矿选煤厂皮带机上的应用

【摘 要】文章结合选煤厂装车系统带式输送机的软启动装置的运行与维护经验，就其结构、原理、安装、使用和维护以及常见故障处理等进行分析，并提出操作与维修中的注意事项。

【关键词】带式输送机；软启动装置；摩擦片；油膜

引言

带式输送机的启动是一个复杂的动力学问题，在带式输送机启动过程中输送带会产生很大的动张力。该张力会产生强大的应力冲击波，影响启动的平稳性，甚至造成输送带的破损。随着煤炭洗选产量的提高，选煤厂带式输送机的运载量越来越大，输送距离也越来越长，对应电机的功率和数量也日益增加。电机的刚性启动必然对输出传动设备产生巨大的冲击，容易造成电机过流烧毁、输出传动设备冲击断裂、输送带撕裂断带、液力耦合器过载喷油等事故。传统的刚性联轴器和液力耦合器已经不能满足煤矿大生产的要求。

而采用液体粘性软启动方式可有效解决这些问题。液体粘性传动装置是一种新型的无级调速传动装置。国内的液粘软启动装置类似于国外的CST启动系统装置，国内厂家以其为研究对象，结合国内需要而设计生产的一种产品，其产品质量和性价比都非常好。我选煤厂装车主皮带上就选用了这种液粘软启动装置，效果良好。我厂装车主皮带带宽2.2 m，带速4.5 m/s，单套皮带运量5 000 t/h，两套系统年装车量3 300万t，带长度260 m，电机功率800 kW，电压6 kV。属交流高压鼠笼异步电机，驱动方式为单电机驱动，电机和减速器之间通过液粘软启动装置连接传动。通过应用液粘软启动装置，大大提高了启动性能，使得系统能很好满足机械设备的可控启动要求，减小了大电机启动对电网和设备的冲击。

1 液粘软启动装置特点概述

本液粘软启动装置特点是，能够使大功率电动机空载起动，减小对电网和机械的冲击；解决了带式输送机的重载起车问题；液体粘性软起动装置能够提供平滑的、无冲击的起动力矩；软启动装置与电动机具有良好的匹配特性，能充分利用电动机的额定运行时的最大工作力矩；可以实现输送机的无级调速，平稳启动，满足了工作需要。

2 液粘软启动装置的结构组成和工作原理

液体粘性软起动装置由机械系统、液压控制润滑系统和电气控制系统三部份组成。液体粘性软起动装置是利用液体的，即油膜剪切力来传递扭矩。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。其工作过程是：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，实现带式输送机起动功能。我厂液粘软启动就是

采用多片旋转圆盘的液粘传动原理。它适用于大负荷、大力矩的场合。是目前应用最广的一种液粘传动方式。

液粘软启动的工作原理是：主动轴通过联轴器和异步电动机相联；被动轴通过联轴器与负载相联。主动轴与摩擦副的主动片相连， 被动轴与摩擦副的被动片相连。主动片和被动片之间的微小间隙充满一定动力粘度的粘性液流体。工作时，电机驱动主动轴带动主动片旋转；摩擦副间的粘性流体油膜将产生一定大小的牛顿剪切力，且该力的大小与摩擦副间隙即油膜厚度成反比；油膜的牛顿剪切力驱动被动片同向旋转，存在一定的转速差；被动片通过被动轴把转矩传递给负载。通过改变控制油路的输出油压可以对控制活塞的行程进行调节，从而控制主、被动摩擦片的间距即油膜厚度，最终达到控制传递扭矩的大小和输出转速的大小，实现带式输送机的驱动要求和可控软起动功能。所以，摩擦副的总体结构设计决定着液粘软启动传递转矩的大小。

摩擦片是液体粘性传动装置的核心元件，其摩擦材料、结构形式和尺寸参数是保证形成界面摩擦的重要因素。

3 液粘软启动装置的电气系统和液压系统

3.1 电气控制系统

我选煤厂装车输煤皮带机采用的是单电机驱动的电气控制系统。由于我厂环境煤尘大，因此，现场的电气控制装置采用的是矿用防爆电控装置。其主要电气控制设备有：现场软启动PLC控制柜、现场软启动就地控制按钮箱与抱闸制动电控装置，还有相配套的低压配电室远程PLC上位机联锁控制模块、集控操作室计算机监控装置，以及高压配电室带式输送机高压电机控制柜。这些配电设施通过电缆联系起来，实现软启动带式输送机的启动、停止及运行监控和保护，满足装车生产任务要求。软起动装置的控制方式分为就地手动控制、远程计算机集中控制和零位停车控制。

3.2 液压控制润滑系统

液体粘性软起动装置的液压系统，主要由润滑泵系统与控制泵系统组成。其中，润滑泵系统的作用是当输送机软起动装置在起动、调速或停机时，强制冷却摩擦片间产生的热量，保证摩擦片之间形成剪切油膜。而控制泵系统则进行摩擦片间间隙的调整，从而改变油膜厚度，使得输出速度根据需要而变化。其液压系统的组成，主要有：滤油器、润滑泵电机、润滑泵、单向阀、压力表、温度传感器、压力传感器、安全阀、节流阀、比例阀、单向阀、控制泵、控制泵电机、油箱、加热器、冷却风扇、散热器、与等元件组成。

3.3 液压油（工作液体）

液压油在液体粘性传动中的作用，是冷却摩擦片间由于滑差而产生的热量，同时在摩擦片间形成油膜，使摩擦片在起动过程中始终处于良好的润滑状态，保

证起动时的可靠稳定运行。在这里，液压油的选择和液压油的性能指标对于保证设备良好运行非常重要。其要求是：良好稳定的运动粘度；良好的润滑性能，可以降低摩擦和减小磨损。此外，还要有良好的氧化安定性；高的比热和较好的热导率；比热高，热导率好，吸收的热量多，散热效果好；工作油还应具有良好的抗泡沫能力，以减小软起动系统在工作中产生大量泡沫。液体粘性软起动装置的工作油既作润滑油用又作冷却油用。根据以上性能要求和地区地理位置，我们选择的是6号（YLA-N32）液力传动油。

4 液体粘性软起动装置的安装使用与维护

4.1 安装

液体粘性软起动装置要严格按照装配图的要求安装，注意输入轴与输出轴之间的同轴度必须小于0.05，否则必须重新调整，保证同轴度后才能试车。安装时，必须保证液压站底面低于软起动轴1 400 mm，即保证回路的500 mm高差。液体粘性软起动装置的各连接件，包括紧固件和液压管路、液压阀等连接要可靠。液压站加油必须做好过滤清理工作，即必须采用精过滤机加油，油箱的液位要到规定的位置。将各电控装置按照工作原理接线图接好。检查液压泵站的所有阀是否在调定好的位置。4.2 调试与运行

液压系统试运行时，先点动泵的电动机，查看电机运行方向是否正确；运行一刻钟，查看各液压件是否有泄漏、是否有异常振动、噪声和发热。检查软起动装置的回油是否正常。调节控制系统中的安全阀，把工作压力设定为2 MPa。把控制系统中的节流阀完全打开，保证足够的流量。把比例阀零位调整螺栓调至适当位置。开润滑泵（两台，一台电机功率7.5 kW，另一台电机功率11 kW），压力一般在1.2 MPa，检查软起动装置是否漏油，压力是否偏高。开控制泵（电机功率4 kW），表的压力必须控制在1.6 MPa。压力超过1.6 MPa，就要调节比例阀后面的调整螺栓。一般压力会降下来，若压力降不下来则要拆开阀清洗，看一下弹簧的硬度和阀芯是否灵活。控制压力保护调节：调节时必须慢慢进行，达到最大压力1.8MPa状态时，压力传感器保护动作，此时控制泵停下来。压力传感器设定的保护最大压力为1.8MPa。若超过了1.8MPa， 控制泵还未能停下来；当压力达到2MPa时，安全阀保护动作，开始泄压。

液体粘性软起动装置与主电机联合运行进行调节时，先开胶带机的主电机；起动润滑泵，运行15s后，开控制泵；缓慢起动带式输送机（调节比例阀，比例阀调节必须慢调，太快则皮带迅速起动，达不到软起动的目的）；观察控制油压变化是否正常，工作是否稳定可靠。控制泵进油口压力和出油口压力的两块压力表压差不能超过0.6MPa，否则可能存在进油不畅的故障；当带式输送机达到全速时，停润滑泵，控制泵按照设定压力运行；当发出停车指令时主电机失电，同时润滑泵立即运行，控制泵开始减压，转速下降，直到停转，润滑泵延时运行30s后自行停机。

以上调试完毕后，可以选择软起动装置的就地手动控制启动运行和远程计算机集中控制启动运行。

4.3 检查维护注意事项

根据控制回路压力表指示，当精滤油器的压差超过0.6 MPa时，必须马上更换精滤芯。液体粘性软起动装置的外露旋转部分必须安装可靠安全防护罩。液压系统调定后，应将调节工具取下，以免非操作人员误调，并将护罩紧固好。运行当中，要注意观察软起动装置运行的声音是否异常。软起动装置在运行中若出现异常的振动与冲击性噪声时，应立即停车，由专业维护人员处理，以免故障扩大。要注意室外温度，如果温度降到0C°以下，将不利于软启动的启动运行。此时要考虑加热措施。装置的液压系统对油的清洁度非常敏感，所以，要经常更换精滤芯（严禁清洗后再用）。运行中要做好维护点检工作，检查油路及连接元件有无漏油现象，检查各联接部位的紧固情况。

5 液粘软启动装置的故障分析与排除

（1）油温过高：其原因很可能是回油不畅通，或者是软起动装置起动过于频繁。处理方法是，增加机械部分和液压站之间高度差，高度差应保证500mm以上，或起用备用回油孔，采取多路回油，或采用强制性水冷却，或控制每小时起动次数不超过10次。还有可能的原因是，散热装置不工作，有故障。处理方法是查找问题，及时恢复散热装置工作性能。

（2）液压系统液压元件有渗漏油现象：其原因很可能是液压元件密封没有压紧或密封件挤压变形。处理方法是重新拧紧或更换密封件。

（3）软起动驱动装置漏油：其原因很可能是油封损坏。处理方法是更换油封。

（4）液压系统工作时声音异常，控制泵有冲击声：其原因很可能是液压系统内有气体，或油太脏。处理方法是排出系统内的气体，更换精滤芯并过滤工作油。

（5）液压控制系统工作压力在0.4 MPa以下，不继续升：其原因很可能是液压控制系统的比例阀或安全阀的阀堵开了，把压力油泄了，也可能是比例阀或安全阀的调整设置不合适。处理方法是清洗液压阀阀芯阀堵，更换精滤芯并过滤工作油。如果比例阀或安全阀损坏了，则要更换新的阀，如果阀调整设置不合适，则要重新调整。

（6）软起动的输入联轴器安装不正，损坏软起动的密封和配油盘，导致内泄压发生：其处理方法是重新更换软起动的密封和配油盘，调整输入联轴器的同轴度，保证不出现安装不正的现象。

（7）液压控制系统工作压力为零，响声异常：其原因很可能是泵的进油口有异物堵了，泵吸不上油。处理方法是打开油箱检查有无异物。

（8）软起动装置的橡胶弹性接头损坏漏油：其原因很可能是橡胶弹性接头法兰联接不好，憋着劲，扭着劲，运行振动情况下开裂损坏。处理方法是调整标高，按标准要求做好橡胶弹性接头的法兰联接。

（9）液压控制系统中，压力传感器测得的控制工作压力不稳定，忽大忽小，变化大，致使软起动装置不能正常运行：其原因很可能是压力传感器损坏，测不到准确的压力值。处理方法是更换新的压力传感器。

（10）软起动装置存在的电气问题：其原因多数是接触器和继电器的接点疲劳损坏。处理方法是多检查维护，定期更换质量好的元件。

（11）电机和软启动装置联接的梅花盘损坏：其原因是长期振动运行，设备地脚螺丝的联接紧固松动了，从而使联轴器的同轴度变化了，偏差较大，致使内部的梅花盘受力不均匀，挤压损坏。处理方法是用百分表调整联轴器的同轴度，保证同轴度在允许范围之内，用力矩扳手做好联接紧固工作，每月定期检查联接紧固情况并用百分表检查同轴度数值，有问题及时处理。

（12）液压阀动作不灵活，有卡阻现象：其原因，一是阀组损坏，即阀芯内部的撞针和弹簧损坏，处理方法就是更换新的阀组；二是油脏了，有脏东西进入阀芯，导致阀动作不到位。处理方法是更换滤芯，如果还不行，那可就需要更换液压油了。

（13）管路有渗油和滴油：其原因多数是设备运行多年后，管路焊接的地方被油腐蚀，焊接的地方出现沙眼。还由于振动的原因，焊接的地方出现小裂纹。处理方法是采用氩弧焊工艺进行补焊，多设管卡子固定好管路，防止管路晃动。如果管路有多处滴油现象，就要考虑更换整根管路。（14）散热器渗油滴油：散热器采用的是导热性好的铝材，其结构较大，散热管多而密集，且散热管较细。通过的液压油温高、油的流速快，长期工作下会对散热器有腐蚀损坏现象，个别接口地方就有渗油、滴油。其原因是散热器耐腐蚀性差，处理方法是选择耐腐蚀性好的合金铝材散热器。根据使用周期定期更换新的散热器，避免影响设备的正常运行。

（15）软启动运行声音大且有异响，出力不够，皮带运行速度变慢：其原因：一是控制泵压力不够，处理方法是调整控制泵压力，保证压力正常；二是压力阀或溢流阀内泄，压力上不去，处理方法是调节阀组，保证合适的压力；三是软启动装置内部的摩擦片磨损严重，厚度变薄，油膜增厚，致使软启动出力不够，小马拉大车，产出异响，处理方法是更换新的摩擦片。

（16）室外的软启动不运行，启动不了，有故障报警：其原因多数发生在冬季，温度低，油粘稠，软启动拒绝运行。处理方法是给液压油进行加热，达到符合启动要求的温度时，停止加温。

6 液粘软起动器存在的问题和发展方向

由于液粘软启动装置有的需要多机拖动，存在电机负载分配不均衡及其控制油压力受油温影响的非线性问题。还有根据负载情况自动闭环调节系统的智能控制问题的研发。这些问题需要在实际工作中逐步总结经验加以解决。这也是今后研究发展的方向之一。

7 结束语

液粘软启动为实现长距离带式输送机启动和调速运行提供了一种控制手段。它广泛用于煤矿带式输送机的软启动、调速和软制动过程中，能极大地改善和提高带式输送机的启动、运行和停车性能，有效地消除对电气和机械设备的冲击，提高了带式输送机的工作效率和工作可靠性。在企业生产中，发挥着巨大作用。

参考文献：

[1]程秀芳.带式输送机软启动技术分析与展望[J].煤矿机械，2008（12）.

[2]李峰.基于CST软启动装置的带式输送机动力学分析[J].机械，2011（1）.

[3]唐艳云.带式输送机几种常用软启动装置的性能分析[J].煤矿机械，2004（8）.