【文章內容簡介】 調速型液力耦合器BOSSCST電軟啟動軟啟動特性較好好好較差控制系統(tǒng)簡單較復雜復雜簡單功率平衡較好好好一般低速運行較穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定一般傳動效率較高高高低可靠性可靠可靠可靠一般互換性好差差好體積大小大小運行成本低高高低價格低高高低驗帶可以可以可以不可以本文所研究的帶式輸送機可控變速裝置充分運用了機械傳動、液壓傳動與現代電氣控制技術，是典型的機電液一體化系統(tǒng)。從工作原理上來講，與機械類軟啟動裝置有相似之處，但是由于該裝置采用了液壓傳動技術和先進的可編程控制器（PLC）及其擴展模塊等作為控制系統(tǒng)，又使得它具有許多特別之處。帶式輸送機可控變速裝置是典型的機、電、液一體化產品，它有機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三大部分組成，機、電、液有機結合，布局合理。從零部件的結構工藝性和標準化程度看，機械和液壓系統(tǒng)制造技術成熟，容易達到設計要求，獲得預期的工作性能。電氣控制系統(tǒng)以先進的PLC（可編程控制器）及其配套功能模塊構成，功能完善，制造成本低。因此，帶式輸送機可控變速裝置的總體結構具有設計新穎，制造成本低，備件購置方便，維護和日常運行費用較低等特點。（1）機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)由一級齒輪減速機構和一級2KH行星傳動機構組成，蝸桿傳動機構中的蝸輪與行星傳動機構中的內齒輪固聯(lián)在一起，如圖24所示。圖24 機械傳動系統(tǒng)簡圖1聯(lián)軸器 2主電機 4齒輪 5液壓馬達 6蝸桿 7轉臂 8太陽輪 9行星輪 10內齒輪 11蝸輪 The mechanical transmission system1Clutch 2Motor 4Gear 5 Hydraulic Motor 6Worm 7Turnplate 8Central gear 9Planet gear 10Inner gear 11Worm wheel齒輪減速機構起到降速和初步擴大力矩的作用，2KH行星傳動機構不僅可以進一步擴大力矩、降低轉速，而且還能夠實現運動合成及過載保護。在傳動結構上把2KH行星傳動機構放在齒輪減速機構之后既充分利用了2KH行星傳動機構承載能力大的優(yōu)良特性，又可避免過載時對齒輪機構產生過大的應力沖擊，有利于延長齒輪和相關傳動件的壽命。因此，這是一種科學合理的傳動結構。（2）液壓傳動系統(tǒng)考慮蝸桿載荷小，要求無級變速等具體情況，變速裝置采用由電液比例閥組成的液壓系統(tǒng)作為蝸桿的動力源。液壓系統(tǒng)原理圖如25所示，主要液壓元件有液壓泵、液壓馬達、電液比例調速閥和電液比例溢流閥等。液壓馬達為蝸桿機構提供動力，通過電液比例調速閥6調節(jié)液壓馬達的流量而使其轉速實現無級變化。圖25 液壓系統(tǒng)原理圖 Principle of the hydraulic system1 油箱 2液壓泵 4單向閥 5液壓馬達 6電液比例節(jié)流閥 7溢流閥 8電液比例溢流閥 9電液比例調速閥1Tank 2Hydraulic pump 4Oneway valve 5Hydraulic Motor 6Electrohydraulic proportional throttle 7Relief 8Electrohydraulic proportional relief valve9 electrohydraulic proportional speed valve電液比例調速閥9可控制潤滑油液的流量。根據電氣控制系統(tǒng)中溫度變送器的信號來控制調速閥9的開口量而達到對潤滑油量的控制。而電液比例溢流閥8可調整液壓系統(tǒng)的工作壓力。通過電氣控制系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)不同工作狀態(tài)下的壓力設定使其始終工作在最優(yōu)狀態(tài)，從而實現高效率、低油溫的設計目標。（3）電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要作用是處理系統(tǒng)的液壓電機啟停信號、主電機啟停信號、各電液比例調速閥和電液比例溢流閥的控制信號以及發(fā)聲發(fā)光報警信號等各種輸入輸出信號，并對系統(tǒng)的各種動作實施相應的控制，確保系統(tǒng)功能的實現和裝置的正常運行。電氣控制系統(tǒng)由先進的可編程控制器（PLC）及其擴展模塊以及自行設計的功率放大器組成。具體包括：PLC、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、高速計數模塊、三線制電感式速度傳感器、JYB壓力變送器、兩線制溫度變送器以及液晶顯示器，各部分具體工作過程不再祥述。根據功能要求和工作狀態(tài)的不同，帶式輸送機可控變速裝置的工作原理可分為額定運行狀態(tài)下的工作原理和調速運行狀態(tài)下的工作原理兩種情況。（1）額定運行狀態(tài)由圖24可知，主電動機2通過聯(lián)軸器1將運動和力矩傳給軸Ⅰ，再通過齒輪4和軸Ⅱ傳給2KH行星傳動機構的中心輪8。在額定運行狀態(tài)（正常運行狀態(tài)）下內齒輪10不轉動，則行星輪在自轉的同時通過軸Ⅳ帶動輸出軸Ⅴ轉動，即通過轉臂H輸出運動和力矩?？梢?，額定運行狀下機械傳動系統(tǒng)本質上是一級齒輪減速加一級行星傳動，運轉中沒有轉速損失，效率較高。液壓系統(tǒng)是根據機械傳動系統(tǒng)的具體要求進行工作的。當機械傳動系統(tǒng)處于額定運行狀態(tài)時，液壓馬達不轉動，液壓系統(tǒng)只需為潤滑系統(tǒng)提供油液即可。因此，此時控制系統(tǒng)將電液比例溢流閥8的壓力調節(jié)到較低數值，液壓系統(tǒng)處于低壓溢流工作狀態(tài)，從而可以減小液壓系統(tǒng)的功率消耗，節(jié)約能量，提高效率。（2）調速運行狀態(tài)當機械傳動系統(tǒng)運行在調速狀態(tài)時，由于行星傳動機構可以作為一個運動合成機構來使用，則液壓馬達通過蝸輪蝸桿驅動內齒輪以不同轉速運轉可以使輸出軸Ⅴ的轉速隨之變化。根據輸入和輸出的轉速不同又可分為下述幾種情況：①輸送機軟啟動輸送機啟動時先使液壓馬達帶動內齒輪轉動至轉速達到一定的數值，根據行星傳動機構的工作原理可知，輸出軸Ⅴ和輸入軸Ⅱ都有可能轉動，但是由于輸出軸Ⅴ與滾筒聯(lián)接，阻力矩很大，而輸入軸Ⅱ通過齒輪機構與主電動機的轉子聯(lián)接，阻力矩較小，則主電動機的轉子就會隨之轉動而輸出軸Ⅴ不轉動。適當調整液壓系統(tǒng)，使此轉動方向與主電動機工作時的轉向一致，然后再啟動主電動機就可實現主電動機的空載啟動。當主電動機空載啟動并且達到額定轉速時，通過電氣控制系統(tǒng)將電液比例溢流閥8的壓力調節(jié)到額定值，而將電液比例調速閥6的開口量由最大值按照設定的規(guī)律減小，從而使液壓馬達按照一定的規(guī)律降速，即內齒輪按照一定的規(guī)律降速，而輸出軸Ⅴ將按照一定的規(guī)律升速啟動，直至閥6的開口完全關閉，液壓馬達、蝸桿傳動機構以及內齒輪的轉速均降至為零，此時輸出軸Ⅴ達到輸送機的額定轉速。由于蝸桿傳動機構具有反向自鎖功能，則輸送機也將進入穩(wěn)定的正常工作狀態(tài)，從而實現了主電動機先空載啟動、再使?jié)L筒均勻、平穩(wěn)升速到額定轉速的軟啟動，輸送機軟啟動過程結束。②輸送機軟制動軟制動本質上是軟啟動的逆過程。輸送機停車前滾筒一般具有一定的轉速，若控制系統(tǒng)發(fā)出停車信號，首先將電液比例溢流閥8的壓力調節(jié)到額定值，然后使電液比例調速閥6的開口量按照一定的規(guī)律由零逐漸增大，液壓馬達將帶動內齒輪按照軟啟動時它們的轉速方向轉動，且轉速隨著閥6開口量的增大而按照一定的規(guī)律增大。在此過程中由于行星傳動機構的運動合成作用，輸出軸Ⅴ和滾筒的轉速就會按照相應的規(guī)律減小，直至閥6的開口量達到最大，此時主電動機以額定轉速處于空載運轉狀態(tài)，輸入軸Ⅱ在主電動機的帶動下仍以恒定的轉速轉動，而輸出軸Ⅴ和滾筒的轉速減小為零，從而實現輸送機的軟制動。③多機或多點驅動的功率平衡當長距離、大運量帶式輸送機采用多機或多點驅動時，驅動裝置需要具備功率平衡功能。多機或多點驅動的功率平衡功能本質上都是通過調速實現的。在帶式輸送機可控變速裝置中設有電動機轉速檢測與控制系統(tǒng)，通過檢測電動機轉速的變化來判斷電動機載荷的大小?？刂葡到y(tǒng)把載荷給定值與檢測的實際值進行比較，根據載荷偏差情況，如果載荷偏差處于設定值以內，就通過控制電液比例調速閥6的開口量來控制液壓馬達的供油量而使內齒輪轉動，從而控制機械傳動系統(tǒng)輸出軸Ⅴ的轉速，完成多個驅動裝置的功率平衡功能。④過載保護控制系統(tǒng)是否啟動過載保護功能是通過檢測輸出軸Ⅴ的轉速進行判斷的?；竟ぷ髟砼c多機或多點驅動的功率平衡類似，在裝置中同樣設有輸出軸轉速檢測與控制系統(tǒng)。當輸出軸轉速下降值超過某預設值或載荷偏差超過了設定值時可認為過載，此時控制系統(tǒng)發(fā)出信號并啟動過載保護程序使液壓系統(tǒng)向液壓馬達供油，電液比例調速閥6的開口量逐漸開到最大而解除內齒輪的約束，行星傳動機構由內齒輪不動系桿輸出轉變?yōu)橄禇U不動內齒輪輸出，從而避免電動機過熱或零部件損壞，實現了過載保護。⑤檢帶運行如果需要檢查輸送帶，應使其低速運行。為滿足檢帶的速度要求，控制系統(tǒng)啟動檢帶運行程序后，將電液比例溢流閥8的壓力調節(jié)到設定值；其次把電液比例調速閥6的開口量控制在設定值，并供給液壓馬達適當流量油液，則在主電動機以額定轉速運轉的同時液壓馬達也以一定轉速帶動內齒輪轉動，二者通過行星傳動機構合成為輸出軸Ⅴ的較低轉速，從而實現了檢帶運行時的速度要求。⑥溫度保護齒輪、軸承等傳動件溫度過高會顯著降低使用壽命。本裝置除采用循環(huán)潤滑系統(tǒng)對各個傳動件進行潤滑外，還設置有溫度檢測與控制系統(tǒng)。若溫度過高，電氣控制系統(tǒng)中的溫度變送器就會發(fā)出溫升過高的信號，繼而電液比例調速閥9的開口量增大，從而通過加大潤滑油液的流量對齒輪、軸承、蝸輪和蝸桿等各個傳動件進行有效冷卻和潤滑，實現溫度保護。若在規(guī)定時間內溫度不能下降，控制系統(tǒng)就會通過發(fā)聲發(fā)光報警裝置請求人工干預?？傊?，帶式輸送機可控變速裝置充分運用了機械傳動、液壓傳動與現代電氣控制技術，是典型的機、電、液一體化系統(tǒng)。能夠提供可調的、平滑而無沖擊的啟動力矩，能夠較好的實現輸送機的加減速度控制、多機驅動的功率平衡、檢帶運行、過載保護及溫度保護等多種功能，與煤炭生產結合緊密，開發(fā)推廣前景廣闊，是大運量、大功率、長距離帶式輸送機理想的驅動裝置。在介紹軟啟動技術、帶式輸送機理想啟動曲線、并分析常用軟啟動裝置優(yōu)缺點的基礎上，本章主要闡述了帶式輸送機可控變速裝置的結構組成、所能實現的功能及工作原理。第3章 可控變速裝置運動學、動力學分析3 可控變速裝置運動學、動力學分析基于帶式輸送機可控變速裝置的工作原理和功能要求，本章主要對其進行運動學、動力學、傳動效率分析以及蝸桿傳動機構的傳動特性分析，旨在揭示各傳動機構的運動規(guī)律、受力特性，主電動機和蝸桿額定轉速的匹配條件，變速裝置的輸出特性以及蝸桿傳動機構的自鎖條件和解鎖條件等。圖3173。1為帶式輸送機可控變速裝置的機械傳動系統(tǒng)簡圖。主電動機輸入轉速，蝸桿轉速，轉臂輸出轉速，蝸輪和內齒輪轉速為，太陽輪轉速，各轉速方向和各齒輪齒數如圖31所示。圖3173。1 機械傳動系統(tǒng)簡圖1聯(lián)軸器 2主電機 4齒輪 5馬達 6蝸桿 7轉臂 8太陽輪 9行星輪 10內齒輪 11蝸輪 The mechanical transmission system1Clutch 2Motor 4Gear 5 Hydraulic Motor 6Worm 7Turnplate 8Central gear 9Planet gear 10Inner gear 11Worm wheel運動學分析主要分析各傳動部件的運動速度、加速度、角速度、角加速度隨時間的變化規(guī)律。由于圓柱齒輪傳動機構設在系統(tǒng)輸入端，而蝸桿按照預設規(guī)律運轉，此處主要對行星傳動機構進行運動學分析。（1）行星傳動基本構件間的轉矩關系圖3173。1所示的2KH型行星傳動機構包括太陽輪行星輪內齒輪以及轉臂H，其中H為基本構件。若忽略摩擦，則作用在基本構件上的外轉矩代數和為零，且它們所傳遞的功率代數和也為零，即： （3–1） （3–2）式中 、——太陽輪、內齒輪和轉臂所受外轉矩，；、——太陽輪、內齒輪和轉臂角速度。取相對于轉臂的角速度，則有，結合（3–2）式得。即 （3–3a）仿上 （3–3b） （3–3c）于是 （3–4a） （3–4b）式中 、——太陽輪、內齒輪相對于轉臂的相對角速度，；——太陽輪、內齒輪相對于轉臂的相對角速度之比；——太陽輪、轉臂相對于內齒輪的相對角速度之比；——內齒輪、轉臂相對于太陽輪的相對角速度之比；——內齒輪與太陽輪的齒數比，也稱行星排的特性參數。式（3–4a）、（3–4b）即為行星傳動中基本構件之間的轉矩關系。（2）轉臂運動學分析如圖3173。2所示，太陽輪的角速度為，內齒輪的角速度為，轉臂的角速度為，為行星輪。相應于輸入轉速的方向，結合軟啟動、軟制動等功能要求，分析易知各傳動機構的轉動方向，記順時針方向為正，反之為負。圖3173。2 轉臂運動學分析簡圖 Kinematic analysis of the turnplate由“轉化機構”法[40]，當給整個行星傳動機構角速度時，其轉化機構中各構件相對于轉臂的角速度分別為： （3–5a）