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液粘软启动装置在煤矿主运皮带中应用研究煤矿用带式输送机正朝着大功率、长距离、大运量、高速度方向发展，是当前煤矿安全生产中的重要输送机械设备。
对于矿井主运带式输送机的设计及生产、操作管理来说，如何选择软启动方式直接影响矿井主运带式输送机的运行效率、使用寿命及投资水平。
因此，必须要高度重视这方面的工作。
1、矿井主运带式输送机启动特点对于矿井主运带式输送机来说，传统的电动机直接启动方式已无法满足其操作使用要求。
因此，一般情况下对驱动功率大于250kW，尤其是多电机驱动的带式输送机，从设计开始就必须考虑选用合适的软启动方式。
矿井主运带式输送机启动主要存在以下几方面问题：(1)起动时打滑。
矿井主运带式输送机工作功率较大、启动时间较短。
很容易遇到打滑现象，如果不能有效解决这个问题，很容易对胶带等造成过度损耗，或因摩擦造成带面冒烟、直至失火等情况。
(2)启动时冲击大。
胶带是个弹性体，启动时有弹性变形，会使胶带产生动张力。
启动时间越短．启动加速度就越大，输送带变形及动张力就越大，会造成胶带张力增加，甚至导致断带情况发生。
还会对输送机械设备造成很大的冲击，发生重大安全生产事故。
(3)电动机功率增加。
矿井主运带式输送机起动时间较短、起动力矩大、容易过载。
多台电机驱动时，还会出现电机出力不均问题，这就增大了电机功率配置。
另外，矿井主运带式输送机在启动时会产生较大的电流，对电网运行安全造成不利影响。
综上所述，矿井主运带式输送机的启动是一项专业性的技术工作，采用直接启动方式已不能满足其安全、经济、稳定的运行要求。
必须采取科学合理的启动方式来保证输送机械设备和电网安全，最大程度提高工业生产效率和经济性。
本文根据液粘软启动装置在矿井主运系统的实际应用，介绍其主要工作原理及应用效果。
2、应用情况矿井南翼主运皮带机，安装长度1300m，型号：DTL140/280/4×800、带宽1400mm、带速：4.0m/s、运量：2800t/h，提升高度95m，液粘软启动装置型号YNRQD-800。
液粘性软启动装置发展前景液粘性软启动装置和液力制动器的发展设想一、液压粘性软起动装置是兖州煤矿机械厂1994年根据液压粘性传动理论自主开发的一种新型传动装置。
主要适用于各种场合使用的带式输送机平稳、均匀的加速起动。
对于运距长、体积大、带速高的大型输送机，应用效果更为显著。
同年，该装置获得国家发明专利，并于1998年被国家经贸委授予“国家新产品”。
目前已在全国数十个煤矿广泛使用，得到了用户的认可，取得了良好的经济效益和社会效益，并初步建立了一定的产品声誉。
液粘性软启动装置与目前使用的液力偶合器（含调速型液力偶合器）在基本概念和工作原理上有着本质的不同，前者基于牛顿内摩擦定律，以液体粘性或油膜剪切力来传递动力；后者则基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力。
因此，液粘性软启动装置的性能要比调速型液力偶合器优越的多。
液体粘性软起动装置的发展历史相对较短，只有15年左右。
世界上只有两三家公司生产类似的设备，其中美国的CST最具影响力。
它们集成了行星减速器和软启动装置。
减速器低速端设有软启动装置，需要大直径摩擦片。
此外，由于主摩擦副的存在，被动摩擦片的相对速度小，控制精度高。
中国也有进口的CST，但用户普遍反映它们并不理想。
一是价格贵，二是运营成本太高。
一旦出现问题，在中国就无法修复。
因此，近年来使用的装置很少。
我厂研制的液粘软起动装置的工作原理与CST相同，但它不与减速器的低速轴相连，而是与高速轴相连。
这一方面可以降低摩擦片的规格，另一方面也易于控制。
但由于当时国内缺乏设计制造经验和类似产品，我厂生产的软启动装置仍存在很多问题，主要是摩擦片、密封圈、液压元件等配套件质量差，影响了产品质量。
此外，过分追求控制系统的结构和性能指标，使得系统的液压站和电气控制装置过于复杂，故障点多，操作和维护困难。
之后，澳大利亚nm公司还设计并生产了与我厂液体粘性软启动装置结构相同的boss系统。
由于成功地解决了密封和摩擦片的问题，在澳大利亚和南非的一些国家得到了广泛应用，实际运行效果良好。
液力传动装置的设计与研究引言液力传动装置是一种常见的工程机械传动装置。
它通过利用油液的流体力学性质，将动力从动力源传输到负载，起到传递力矩和变速的作用。
本文将探讨液力传动装置的设计原理、研究成果以及未来的发展方向。
一、液力传动装置的工作原理液力传动装置主要由泵、液力涡轮机和油液回路组成。
液力泵通过供油给液力涡轮机，使其转动并传递动力。
具体而言，泵将液体由低压区域抽吸，产生动能，然后以高压方式输送至液力涡轮机。
液力涡轮机则将液体的动能转化为机械动能，进而驱动机械装置。
二、液力传动装置的优势与应用范围1. 优势液力传动装置具有如下几个优势：(1) 负载均衡：液力传动装置可以根据负载的要求自动调节输出的扭矩和转速，从而实现负载均衡。
(2) 变速范围广：液力传动装置可以通过改变泵的供油量，实现宽范围的变速。
(3) 减震性能好：液力传动装置可以通过流体的柔性和液压装置的减振功能，减少震动和冲击力。
(4) 具备自润滑功能：液力传动装置中的油液起着润滑的作用，可以减少零件间的磨损。
2. 应用范围液力传动装置广泛应用于重型机械、船舶、飞机、汽车、冶金设备等领域。
它可以在高负载和恶劣工况下实现可靠的传动效果，因此被广泛应用于需要大扭矩和可靠性的领域。
三、液力传动装置的研究成果近年来，液力传动装置的研究成果不断涌现。
以下是其中几个重要的方面：1. 液力变速器的优化设计传统液力变速器的能效相对较低，因此研究人员提出了一些优化设计方法。
例如，通过改善传动系统的泵、涡轮机和导流器的结构设计，可以提高变速器的整体效率。
2. 液力换挡器的自动化控制换档过程对于液力传动装置而言是一项重要任务。
研究人员借鉴自动变速器的控制理念，提出了一些自动化控制策略，使换档过程更加平稳和可靠。
3. 液力传动装置的节能技术能源节约是现代工程的重要问题。
研究人员通过改进液力传动装置的液压系统，改变油液的流动方式以及增加能源回收装置等方法，实现了液力传动装置的节能效果。
概述YNRQD系列液粘软起动器是根据液体粘性传动理论研发的一种新型机电液一体化传动装置，主要适用于恒扭矩或转速与载荷成正比的各种拖动设备的起动或调速，如带式输送机的匀加速起动；风机、水泵的调速运行等等。
该系统具有体积小、结构紧凑、造形美观、工作安全可靠等优点，无故障工作运行时间可达15000小时以上。
目前，已在全国数十家工矿企业的长运距、大运量带式输送机中应用，大大地提高了输送机的动态性能，实现了输送机的安全、可靠、高效、经济运行，得到了用户的普遍认可。
液粘软起动器具有以下技术特点：1、实现电机空载起动，缩短电机起动电流对电网冲击的时间。
2、降低电机的初选功率(常用系统的起动系数Ka：电机直接起动Ka=2.0，液力偶合器Ka=1.5，调速型液力偶合器Ka=1.25，YNRQD系列Ka=1.1)。
3、根据不同工况确定相应的软起动时间，控制起动加速度在0.01～0.3m/s2之间。
4、用于带式输送机时，可使其起动时的初张力与正常运行时的初张力几乎相等，选用的胶带较适配液力偶合器的至少可降低一级带强，减少设备初期投资。
5、没有起动冲击，延长了输送机减速器、传动滚筒、托辊、机架等主要部件的使用寿命，减少了维护费用。
6、可实现带式输送机的验带功能。
（我认为就是在控制在较低的速度下运行，以方便检查胶带情况）7、可以自动控制传递的扭矩，因而对传动系统起保护作用。
8、对于多点驱动的带式输送机，可实现各驱动单元之间的功率平衡。
9、根据工况要求，可实现软制动功能。
二、主要技术参数1、输入转速：n=1500 r/min2、允许配用的最大电机功率： YNRQD-250： N=250kWYNRQD-350： N=350kWYNRQD-500： N=500kW3、起动时间：≤120s4、起动间隔时间：≥15min5、控制及润滑系统电机功率：5.5 kW6、工作介质: 6号、8号液力传动油或22号汽轮机油7、液压泵电机电源电压：380V/660V 660V/1140V8、型号说明：9、产品资质：防爆形式：矿用隔爆兼本安型防爆标志：Exd［ib］Ⅰ防爆合格证编号：1042111安全标志编号：20032468-2004三、主要结构及工作原理液粘调速软起动器主要由液粘软起动装置、液压系统和连接胶管组成。
液体粘性软起动置安全评估
一、项目实施前：
鲍店煤矿十采大皮、六采北皮、六采大皮为采区皮带机，软起动装置为限矩型液力偶合器，由于此偶合器不适用于带式输送机的重载起车，且传动效率低，无法满足矿方使用要求；巷道起伏较多，导致皮带机起动时，拉力较大，尤其是重载起动困难，存在安全隐患。
为保障皮带机运输安全，减轻职工劳动强度，提高工作效率，提升主运输设备装备水平，经过市场调研液粘软启动装置是目前在大功率启动设备里应用最广泛的一种液粘传动，是一种机、电、液一体的新型可控传动装置。
它很好的改善了机械设备的启动、运行和停车性能。
消除对电气和机械设备的冲击，而且具有过载保护功能。
二、液粘软启动装置应用后：
液粘软启动装置是一种机电液一体化的新型可控传动装置，它不仅能够改善机械设备的起动、运行和停车性能，有利于消除对电气和机械设备的冲击，而且具有过载自动保护以及多驱动单元功率均衡等功能。
液粘软启动装置的起动和调速过程平稳、无冲击，对于无调速要求的机械设备还具有传递效率高、性能可靠等优点。
经过安装调试后，目前使用情况良好，实现了以下功能：
1、实现电机空载起动，缩短电机起动电流对电网冲击的时间。
2、根据不同工况确定相应的软起动时间，控制起动加速度在0.01～0.3m/s2之间。
3、没有起动冲击，延长了输送机减速器、传动滚筒、托辊、机架等主要部件的使用寿命，减少了维护费用。
4、可实现带式输送机的验带功能。
5、可以自动控制传递的扭矩，因而对传动系统起保护作用。
6、对于多点驱动的带式输送机，可实现各驱动单元之间的功率平衡。
实例分析液粘软启动装置的应用带式输送机是一种应用最为广泛的散料输送设备，在现代矿山运输中起着重要的作用。
随着煤矿机械化程度的不断提高，带式输送机的应用范围越来越广，大运量和长距离的带式输送机越来越符合生产的需要。
根据生产发展的需要，带式输送机的启动过程受到高度重视，直接启动时，不仅会冲击电网，增加电机的冲击负荷，而且会使胶带和机械设备承受很大的拉伸力和冲击力，产生巨大的震动，降低了带式输送机的使用寿命以及有可能造成安全事故，可靠的软启动方式能够大大改善输送机的工作性能、降低输送机安全事故以及在电机选型方面可以选取小容量电机，从而降低投资成本。
目前，常用的软启动方式有四种：变频软启动器、调速型液力偶合器、进口的CST可控启动装置以及液粘软启动装置。
1 变频软启动器、调速型液力偶合器以及进口的CST可控启动装置简要分析（1）变频软启动装置最近几年发展迅速，技术也日臻成熟，软启过程需要5～300s的时间，启动系数为1.05～1.15，可实现慢速验带功能，故障率较低，但目前只有防爆低压变频器，高压变频器仅有矿用一般型。
近几年，国家提倡节能减排，矿山企业为了达到节能效果，带式输送机供电系统逐渐向高压方面发展，以此降低电网中间供电环节，降低线路损耗，根据《煤矿安全规程》第444条规定，矿用一般型高压电气开关适用面小，而且变频器价格高，现场安装空间较大，设备维护、保养困难。
（2）调速型液力偶合器的启动时间通常为80～150s，启动系数为1.1～1.3，属于液力传动，基于欧拉方程，由液体动量矩的变化来传递动力；调速型液力偶合器工作时主、被动轮之间必须有滑差，因此传动效率低理论值最高为98%，在空载条件下，调速型液力偶合器可以以正常速度的30%～40%长时间运行，实现慢速验带功能，调速型液力偶合器的适应性强，对运行环境要求不高，采用水冷却方式，运行可靠性高、维护费用低，尤其在运行的前几年，可以做到零维护；但调速型液力偶合器需要配备冷却水箱，占地较大，且调速型液力偶合器价格不菲。
液粘软启动工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠液粘软启动的工作原理，这可真是个有意思的玩意儿呢！你看啊，液粘软启动就像是一个特别会控制节奏的大师傅。
想象一下，有个巨大的机器，就像个大力士，要开始干活了，要是一下子猛地发力，那不得闹出不少动静，说不定还会伤着自己或者周围的东西。
液粘软启动呢，就是来让这个大力士能温柔地、慢慢地进入工作状态。
它主要是靠液体的粘性来发挥作用的。
就好像我们走路的时候，地面有点粘粘的，我们就得慢慢地抬脚、落脚，不能太着急。
液粘软启动里面的液体也是这样，它能让机器的转动部件在启动的时候，不是一下子就冲出去，而是一点一点地加速。
这多像我们跑步前的热身呀！要是不热身就直接猛跑，那很容易拉伤肌肉呢。
液粘软启动就是给机器做了一个超级棒的“热身运动”。
在这个过程中，液粘软启动可以根据需要来调整液体的粘性。
比如说，有时候需要大力士快点进入状态，那就把粘性调小一点；要是需要更平稳更温柔的启动，那就把粘性调大一些。
这多灵活呀！而且哦，液粘软启动还特别可靠。
它就像一个忠实的伙伴，一直默默地守护着机器，让它能安全、顺利地启动。
你说，有了它，是不是让人特别放心呢？你再想想，如果没有液粘软启动，那机器启动的时候会是啥样？肯定是“轰轰”直响，说不定还会晃来晃去，多吓人呀！但是有了它，一切都变得那么有序、那么平稳。
液粘软启动在很多行业都发挥着重要的作用呢！比如在一些大型的工业设备中，它能让设备启动得更顺畅，减少磨损和故障。
这不就是在帮我们省钱、省力嘛！总之呢，液粘软启动可真是个了不起的发明呀！它让机器的启动变得不再那么让人头疼，而是变得轻松、愉快。
朋友们，你们说液粘软启动是不是很神奇呀？是不是应该给发明它的人点个大大的赞呢！。
带式输送机液粘软启动装置的特性及其控制*合肥工业大学电气与自动化工程学院 李 鑫 陈 梅 蒋 琳 陈 薇摘 要:给出了液粘力矩传递公式及其特性曲线,分析工作特点并设计出了液粘控制系统,为解决多机拖动系统中功率不平衡问题,提出了基于平均电流的模糊控制方法,并在工程中得到验证。
关键词:液粘软启动装置;功率平衡;模糊控制Abstrac t:T he paper o ffers perfor m ance curve and torque trans m iss i on for m ula for hydro-v iscous soft starti ng device F urt her m ore,it ana lyzes t he wo rk i ng character i sti cs and cove rs how to des i gn the contro l syste m It can be appli ed in the fuzzy contro l based on average current,to so l ve the proble m o f po w er unba lance i n m ulti-dr i ve syste m T h i s approach has been verified i n prac ti ceK eywords:hydro-v iscous soft starti ng dev ice;po w er ba lance;fuzzy contro l长距离带式输送机要求启动平稳,对启动过程中的张力有严格限制;同时能进行调速控制满足不同运量要求。
在多机拖动系统中,当各台电机出力不同时,必须进行功率平衡控制。
液粘软启动装置是一种新型的软启动装置,在大功率应用背景下有很好的性价比。
式(1)是液粘传递的转矩经验公式,可以看出如果能平滑地调节油膜厚度,就可以实现转矩的平滑增加进而实现软启动。
386某企业所使用的矿井主皮带系统中所使用的大多都是高压软启动装置，这种装置虽然能够在一定程度上控制启动时间，但是对于系统的冲击力较大，很容易损伤运输系统，这就会直接影响到系统的正常运行，在这种情况下使用液体黏土技术就能够解决出现的这种问题。
1 液体黏土启动装置内容这种装置在启动过程中能够和电机进行匹配，达到更好的工作效果，并且能够和电机驱动保持一致，让矿井主皮带系统处于稳定状态，让整体系统更加简洁，能够进行控制，并不需要花费大量的时间进行维护[1]。
液体黏土启动装置最好的一点就是能在矿井主皮带系统中提供平滑的运行状态，保证没有阻力进行阻止，这就很大程度上减少了对矿井主皮带系统中的各类设备的冲击，最主要的就是减少对传动部分的冲击，减少输送机的负荷，让系统能够稳定运行，实现负荷超重保护。
1.1 机械系统结构和原理液体黏土就是根据液体本身具有的粘性，也就是油膜剪切力来实现运行。
液体粘性启动装置主要是由动轴、摩擦片、控制油缸等等部分构成。
在主动轴运行过程中，会逐渐带动摩擦片进行旋转，通过摩擦片的运行来让液体进行运动，因为液体具有粘性的特点就能够形成油膜，油膜带动摩擦片进行旋转。
通过控制油缸内油压的多少来调整油膜的相关数据，进而改变摩擦片的转速和转动大小，这样就能够带动运输机进行运转，实现对各部分的控制、操作功能。
液体粘性软启动装置具有一定的结构，相关数据之间都互有联系，这样就可以看出通过对油膜厚度的改变就能够调节扭矩，达到调节速度的目的[2]。
1.2 液压控制系统液体粘性软启动装置其中的液压系统主要是由润滑系统为基础，控制系统进行控制，在这其中润滑系统主要就是在运输机械在运行过程中需要进行改变数据时，会在这过程中让摩擦片产生一定的热量，那么润滑系统就能够冷却摩擦片产生的热量，保证在摩擦片其中形成油膜[3]。
控制系统主要就是调节摩擦片之间的距离，进而控制油膜的厚度，能够保证迎合需求来改变输出速度。
所使用的润滑系统大多都是双回路，电机为变频电机，通过调节电机的相关数据来控制控制系统的压力。
分类号：TH137 密级：公开U D C：单位代码：10424学位论文液粘传动技术研究及应用董宜臣申请学位级别：硕士学位专业名称：机械电子工程指导教师姓名：肖林京职称：教授山东科技大学二〇一二年五月论文题目：液粘传动技术研究及应用作者姓名：董宜臣入学时间： 2009年9月专业名称：机械电子工程研究方向：机电液一体化技术指导教师：肖林京职称：教授论文提交日期：2012年5月论文答辩日期：2012年6月10日授予学位日期：2012年6月30日RESEARCH AND ANSYSIS ON THE VISCOUS DRIVE TECHNOLOGY AND APPLICATIONA Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and TechnologybyDong YichenSupervisor: Professor Xao LinjingCollege of Mechanical and Electronic EngineeringMay 2012声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。
该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。
硕士生签名：日期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute.Signature:Date:摘要近年来液体粘性传动技术广泛应用于矿山、水泥、冶金等领域，以其为核心技术的液粘软启动装置在用于实现连续运输设备的软启动、软制动和可控传输方面的应用不断地扩大。
概述YNRQD系列液粘软起动器是根据液体粘性传动理论研发的一种新型机电液一体化传动装置，主要适用于恒扭矩或转速与载荷成正比的各种拖动设备的起动或调速，如带式输送机的匀加速起动；风机、水泵的调速运行等等。
该系统具有体积小、结构紧凑、造形美观、工作安全可靠等优点，无故障工作运行时间可达15000小时以上。
目前，已在全国数十家工矿企业的长运距、大运量带式输送机中应用，大大地提高了输送机的动态性能，实现了输送机的安全、可靠、高效、经济运行，得到了用户的普遍认可。
液粘软起动器具有以下技术特点：1、实现电机空载起动，缩短电机起动电流对电网冲击的时间。
2、降低电机的初选功率(常用系统的起动系数Ka：电机直接起动Ka=2.0，液力偶合器Ka=1.5，调速型液力偶合器Ka=1.25，YNRQD系列Ka=1.1)。
3、根据不同工况确定相应的软起动时间，控制起动加速度在0.01～0.3m/s2之间。
4、用于带式输送机时，可使其起动时的初张力与正常运行时的初张力几乎相等，选用的胶带较适配液力偶合器的至少可降低一级带强，减少设备初期投资。
5、没有起动冲击，延长了输送机减速器、传动滚筒、托辊、机架等主要部件的使用寿命，减少了维护费用。
6、可实现带式输送机的验带功能。
（我认为就是在控制在较低的速度下运行，以方便检查胶带情况）7、可以自动控制传递的扭矩，因而对传动系统起保护作用。
8、对于多点驱动的带式输送机，可实现各驱动单元之间的功率平衡。
9、根据工况要求，可实现软制动功能。
二、主要技术参数1、输入转速：n=1500 r/min2、允许配用的最大电机功率： YNRQD-250： N=250kWYNRQD-350： N=350kWYNRQD-500： N=500kW3、起动时间：≤120s4、起动间隔时间：≥15min5、控制及润滑系统电机功率：5.5 kW6、工作介质: 6号、8号液力传动油或22号汽轮机油7、液压泵电机电源电压：380V/660V 660V/1140V8、型号说明：9、产品资质：防爆形式：矿用隔爆兼本安型防爆标志：Exd［ib］Ⅰ防爆合格证编号：1042111安全标志编号：20032468-2004三、主要结构及工作原理液粘调速软起动器主要由液粘软起动装置、液压系统和连接胶管组成。
第23卷第6期煤炭学报V ol.23 No.61998年 12月JOURNAL OF CH INA COAL SOCIETY Dec. 1998液体粘性软启动传动装置的研究*张以都 张启先(北京航空航天大学)摘要 介绍了液体粘性软启动传动装置的基本原理和结构;在考虑摩擦材料多孔性的条件下,利用Navier Stokes 方程,建立了液体粘性制动器的压力分布及流量模型.因离心力的作用,摩擦片间隙具有一定的自吸能力,若供液不充分,油膜将会破裂,导致摩擦片直接接触,使液体粘性制动器无法正常工作.在进、出油口压力一定时,摩擦片转速增大,油膜压力将有所降低.随着多孔材料渗透性的增加,油液的需求量也有所增加.关键词 软启动 液体粘性传动 摩擦片 油膜中图分类号 TH 1321 液体粘性软启动传动装置概述皮带输送机和刮板输送机的 软启动 是指输送机在重载工况下可控制地逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动.皮带输送机和刮板输送机的软启动不仅能够极为有效地减小启动时传动系统对输送皮带和牵引链的破坏性张力,消除输送机启动时产生的振荡,也能大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击,延长皮带、牵引链、轴承、托辊等关键部件的使用寿命,同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间,减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响,从而节约电能并延长电动机的工作寿命.此外,通图1 液体粘性软启动传动装置Fig 1 Hydroviscous soft starting transmission 过使用 软启动 技术,在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机,因而也能够减少不必要的设备投资.因此,皮带输送机和刮板输送机的 软启动 技术已越来越受到管理人员和技术人员的重视.图1所示为一个由差动的两级2K -H 行星传动机构和粘性制动器组成的液体粘性软启动传动装置[2].其中的液体粘性制动器是这种传动装置的关键所在,它能够利用存在于制动摩擦片之间油膜的粘性剪切力来实现负载的软启动、无级变速、过载自动保护和多点驱动功率平衡.如图所示,输入轴1的一端与电动机(未示出)相连,另一端与第一级行星机构中的太阳轮8连接.第一级行星机构中的内齿圈5是差动的.静摩擦片3和动摩擦片4通过花键分别与箱体和内齿圈5相连.油缸2用于控制静、动摩擦片3和4的离合.当软启动传动装置开始工作时,由于摩擦片3和4尚未接合,摩擦片4将随着内齿圈5差动空转,而与输送机连接的输出轴9则收稿日期:1998-05-05*博士后基金资助项目保持静止状态.因此,电动机能够在无负载的工况下顺利地达到额定转速.之后,根据预先确定的输出轴9的加速度,通过油缸2的作用使摩擦片3和4逐渐接合.由于摩擦片3和4之间充有润滑油,因而在摩擦片之间会形成一层润滑油膜.油膜的粘性剪切力将使内齿圈5逐渐减速并最终制动,将来自电动机的动力逐渐施加到与输出轴9相连的输送机上,从而实现输送机的软启动.在合理设计的前提下,液体粘性制动器中的摩擦片往往可以免维护.此外,液体粘性制动器同时还能起到安全保护的作用.当输出轴9上的负载大于规定值时,通过液压驱动装置可使液体粘性制动器分离,从而实现对机械传动系统的过载保护.当输送机采用多点驱动时,通过比较各个软启动传动装置上输出力矩的大小,并控制软启动传动装置中液体粘性制动器的离合,可使多台传动装置的输出功率基本达到平衡,从而能够解决因电机特性或减速器传动比不匹配所带来的一系列问题.从液体粘性制动器的工作原理可以看出,与普通的两态多盘摩擦制动器不同,在工作中,液体粘性制动器并不对与其相连的运动构件进行快速制动,而是主要依靠液体粘性剪切阻力使运动构件按照预定的要求逐渐减速和制动.2 液体粘性制动器的压力分布及流量模型在液体粘性制动器中,由于摩擦片上的粉末冶金摩擦材料或纸基摩擦材料都是多孔材料,并且摩擦片的直径通常较大,所以在建立液体粘性制动模型时,应该同时考虑摩擦材料的渗透性以及离心力所产图2 液体粘性制动模型F ig 2 Hydro viscous braking model 生的影响.为了简化问题,在进行分析时作如下假设: 润滑油在油膜区域中的流动是层流,并且是轴对称的; 流体在多孔材料层中的流动服从Darcy 定理; 流体不可压缩,且流体特性不变; 多孔层厚度均匀,并具有渗透性; 只考虑离心力的影响; 不考虑摩擦片表面沟槽的影响.图2是由一对静止摩擦片和运动摩擦片组成的液体粘性制动模型.其中,静止摩擦片上附有多孔摩擦材料,运动摩擦片的转动角速度为 .根据上述假设,摩擦片之间流体的连续方程和NavierStokes 方程[3]可简化为1r r (r u)+ w z =0,(1)2u z 2=1 d p d r - v 2 r.(2)流体的切向速度为v =1-z h 后基r .(3) 将式(3)代入式(2),对z 积分两次,并代入z =0和z =h 时的速度边界条件,可得到流体的径向流速计算公式为u =z 2 (z -h)d p d r + r 2h 2-z +2z 23h -z 36h 2+u z h ,(4)式中,u 为多孔材料区域与油膜区域的交界面处流体的径向流速.由于多孔摩擦材料中的流体服从Darcy 定理,这部分流体的径向流速可表示为659第6期 张以都等:液体粘性软启动传动装置的研究u =- p r.(5)与油膜区域中的流体连续方程式(1)相似,多孔区域中的连续方程为1r r (r u)+ w z=0.(6) 由于多孔摩擦材料厚度方向的尺寸通常较小,因此,可以假设流体的轴向速度在z 方向的变化率 w z =0.将式(5)代入式(6),并对r 进行积分,可得到p =c 1ln r =c 2.(7) 由摩擦片外径和内径处的压力边界条件:p (a)=p out 和p (b)=p i n ,从而能够得到多孔材料区域中流体的压力分布函数为p =1ln (a b)(p in -p out )ln a r +p out ,(8)式中,p i n 和p out 分别是流体的入口和出口压力.将式(8)代入式(5),则可求出多孔材料区域中流体的径向流动速度为u =p in -p out r ln (a b).(9) 所以,油膜区域中流体的流动速度为u =z 2 (z -h)d p d r+ r 2h 2-z +2z 23h -z 36h 2 (+ p i n -p out h ln (a b)z r .(10)对于油膜区域和多孔区域来说,流体的流量计算式应分别为Q =2 rh 0u d z ,Q =2 r h+H h u d z .(11)将式(10)和式(9)分别代入式(11)并积分,可得Q =- h 3r 6 d p d r + 2h 320r 2+ h p in -p out ln (a b).(12)Q =2 H p in -p out ln (a b ).(13)图3 油膜压力Fig 3 Oil film pressure将式(12)对r 进行积分,同时考虑r =b 时的压力边界条件,可得压力分布函数为p =320 2r 2-b 2 -6 Q h3ln r b +6 h 2p in -p out ln (a b)ln r b +p in .(14) 再将r =a 时的压力边界条件代入式(14),并经过简化整理,则得到流量计算公式为Q = h 36 ln (a b )p in -p out 1+6 h!+320 2a 2-b 2为电止点.(15)从式(14)中可以看出,油膜区域中压力p 的分布和大小主要受两个因素的影响,它们分别是离心力的影响和流体静压的影响.如果不考虑流体的离心力( =0),并假设流体为自由流体(p i n =p out =0),则在摩擦片之间无法建立油膜压力,此时油膜的承载能力也将为零.所以,只有当所提供的流体具有一定压力或摩擦片之间的滑差不为零时,在摩擦片之间才能建立起具有一定压力的油膜.图3是当摩擦片入口和出口压力p in =p out =0时,油膜660煤 炭 学 报1998年第23卷区域中流体的压力分布曲线.从图中可以看出,由于没有提供具有一定压力的油液,在离心力的作用下,油膜压力将表现为负压.此时,如果供液不充分,油膜将会破裂,从而出现摩擦片直接接触的现象.而在充分供液的情况下,摩擦片间隙将具有一定的自吸能力.因此,为了保证液体粘性制动器中的摩擦片之间能够有效地形成油膜,应该在摩擦片的入口处(通常为摩擦片的内径处)提供具有一定压力和流量的润滑油.由式(14)可知,当其它条件不变时,随着摩擦片的彼此靠近(h 0),油膜压力将渐渐增大.当供油压力达到一定值以后,油膜压力分布如图4所示.图5中的曲线表示了运动摩擦片转速不同时的油膜压力变化情况.图中的曲线表明,在进、出油口压力一定时,摩擦片转速的大小对油膜压力有一定的影响,转速越大,离心力越大,同时负压也越大,因此油膜压力将有所降低.图4 当h 0时的油膜压力分布Fig 4 Oil film pressur e distributio n w hen h0图5 转速对油膜压力的影响F ig 5 Influence of speed on oil film pressur e图6表示了油膜区域中的流量在摩擦片接合过程中的变化关系,以及多孔材料渗透性对流量的影响.从图中可以看出,随着制动时间的延长,所需流量逐渐减小,并且随着多孔材料渗透性的增加,所需要的流量也有所增长.图6 渗透性对流量的影响F ig 6 I nfluence of permeability on oil quantity 图7 多孔区域油膜压力F ig 7 Oil film pressure in porous ar ea图7是摩擦片多孔材料区域中流体的压力分布曲线.从图中可以看出,压力曲线形状与油膜区域中流体的压力曲线相似.其压力的分布和大小与进、出油口的压力差有很大关系,压力差越大,曲线斜率661第6期 张以都等:液体粘性软启动传动装置的研究662煤 炭 学 报 1998年第23卷也将越大.3 结 论(1)在离心力的作用下,液体粘性摩擦片的间隙具有一定的自吸能力,如果不对摩擦片提供具有一定压力的油液,油膜压力将为负压.在供液不充分的条件下,油膜将会破裂,从而出现摩擦片直接接触的现象.因此,为了保证在摩擦片之间能够有效地形成油膜,应在摩擦片的入口处提供具有一定压力和流量的润滑油.(2)在进、出油口压力一定时,摩擦片转速的大小对油膜压力有一定影响,转速越大,离心力越大,同时负压也越大,因此油膜压力将有所降低.(3)随着多孔材料渗透性的增加,所需要的流量将有所增加.参考文献1 张以都.新型液体粘性软启动传动装置的研究:[学位论文].北京:北京航空航天大学,19952 张以都.一种用于运输机的传动装置.中国发明专利,94100657 3.1996-01-073 Wu Hai.T he squeeze film betw een rotat ing porous annula disks.Wear,1971(18):461~470作者简介张以都,男,博士,副教授.1993年毕业于中国矿业大学北京研究生部,获博士学位.1995年从北京航空航天大学机械学博士后流动站出站.现从事机械传动及机电一体化方面的教学和科研工作.北京海淀区学院路北京航天航空大学机械设计及自动化系,邮政编码:100083.RESEARCH O F HYDRO VISC OUS SOFT STARTING TRANSMISSIO NZhang Yidu Zhang Qixian(Beijing University of A eronau tic s and Astronautics)Abstract The structure of the new ly developed hydroviscous soft starting transm ission is introduced. T he pressure and flow quantity model of the hydrov iscous brake,which is made of porous materials,is built by the Nav ier Stokes equation.With the centrifugal effect,the gaps betw een friction disks have certain oil sucking ability.If the oil is not supplied sufficiently the oil film w ill be broken and the disks w ill contact di rectly.With the increase of the disk rotating speed,the o il film pressure w ill be reduced.T he higher the per meability of porous materials,the more the oil is needed.Keywords soft starting,hydroviscous brake,friction disk,oil film。
