下载文档原格式
带式输送机阀控调速型液力偶合器低速状态的模糊控制系统设计张少聪【摘要】针对带式输送机中应用的阀控型偶合器在20％～ 30％低速验带状态下发热量较大,不适合长时间运行的问题,结合模糊控制的原理设计了模糊控制器,优化设备的运行.通过模糊控制的仿真试验,可实现阀控型偶合器在低速状态下运行时间延长.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P72-76)【关键词】阀控型偶合器;低速运行;模糊控制系统【作者】张少聪【作者单位】上海交通大学自动化系,上海200240;中煤科工集团上海有限公司,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TD63+4.1;TP273+.40 引言目前我国煤矿的生产运输系统多以带式输送机为主，通常采用变频器作为驱动装置。
变频调整系统为无极调速的交流传动系统，在空载验带状态下，变频器可调整电动机工作在5%～100%额定带速范围内的任意带速。
由于防爆和散热的原因，制约了变频技术在煤矿井下的广泛应用。
福伊特公司为满足带式输送系统对高可靠性及主动控制的驱动系统的要求，推出一种用于井下高性能带式输送机的TPKL型阀控充液式液力偶合器，即通过调节偶合器上的电磁阀控制偶合器内的油量，可在一定时间内使带速保存在20% ～30%的额定速度。
系统启动后，偶合器开始充液提速，间歇性打开和关闭充液阀和排液阀使偶合器速度慢慢上升，同时还要达到功率平衡，使多台电动机的负载平衡。
由于系统的调速装置存在滞后性，速度很难维持在设定的速度，需要进一步调节充液阀和排液阀，使带速能稳定在20%的额定速度。
偶合器长时间低速运行工作油升温很快，如果超过偶合器的停机报警温度120℃会损坏偶合器，而福伊特偶合器自身不提供控制系统，要实现长时间低速稳定运行，必须设计一套控制程序以实现低速验带功能。
模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
阀控充液型液力偶合器专用试验系统的研制张胜达;张庚云;李建国;刘伟;贾运红;王腾【摘要】阀控充液型液力偶合器出厂试验工艺复杂,而且难以实现批量生产条件下快速出厂检验.针对这些问题,研制了一套阀控充液型液力偶合器专用试验系统.重点分析了试验系统的性能要求,介绍了试验系统的组成与功能.实际使用效果表明,该系统具有组装速度快、可扩展性强、操作方便和试验成本低等优点.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P62-64,69)【关键词】阀控充液型液力偶合器;试验系统;变频驱动;组态软件【作者】张胜达;张庚云;李建国;刘伟;贾运红;王腾【作者单位】中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TM921.51阀控充液型液力偶合器是一种以水为工作介质，将自动控制技术和涡轮传动技术紧密结合的新型软启动装置，主要应用于综采工作面大功率刮板输送机。
刮板输送机采用该液力偶合器后，可以实现刮板输送机电动机空载启动、输送机软启动、自动负载平衡和过载保护。
阀控充液型液力偶合器是刮板输送机驱动部的核心部件，按规定必须要逐台进行严格的出厂检验，完善的测试体系和测试设备是保证产品质量的前提和基础［1］。
阀控充液型液力偶合器没有通行的国际标准和国内行业标准，对进口同类产品一般采用标准MT/T 923—2002进行检验，但该标准是针对矿用勺管型调速液力偶合器的检验标准，其对应产品与阀控充液型液力偶合器相差较大。
山西天地煤机装备有限公司在阀控充液型液力偶合器企业标准的基础上，起草了该产品的行业标准(已报批)，标准对阀控充液型液力偶合器的试验方法作了详细规定。
CPC1600阀控充液型液力偶合器研发及应用作者：***来源：《工业技术创新》2020年第06期摘要：阀控充液型液力偶合器是刮板输送机的软起动装置，能够有效防止刮板输送机运行时产生的冲击、刮卡等事件发生。
研究并开发了CPC1600阀控充液型液力偶合器，对其主机、关键元部件、液压供水控制系统进行了设计。
在主机设计中，兼顾结构与选材，与刮板输送机联结尺寸相配套，并保证强度与耐蚀性能;在元部件设计中，开展叶轮腔型逆向反求、材料选择、外特性仿真等工作，保证泵轮、涡轮具有足够的安全裕量，并对离心阀转速进行设计;在液压供水控制系统中，开发偶合器自动液位保持开式系统（ALM），减少电磁阀的动作次数。
试验室试验和现场工业性试验表明，CPC1600阀控充液型液力偶合器运行可靠，额定功率可达到1 600 kW，额定滑差（速比）为95.39%，外特性满足标准要求，電磁阀使用寿命得以延长，可以在煤矿井下的刮板输送机上推广应用。
关键词：阀控充液型液力偶合器;额定滑差;刮板输送机;工业性试验;叶轮腔型逆向反求中图分类号：TD528.3 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2020） 06-027-08工业技术创新 URL： http：// DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.005引言刮板输送机是用来运输煤矿等物料的重要工具。
实践中发现，当刮板输送机在综采工作面工作时，若上煤量过大，或出现片帮、刮板链卡滞等情况，则其在运行会产生冲击、刮卡现象，导致频繁过载和停机。
目前双速电动机驱动系统在刮板输送机中应用较多，其缓解了刮板输送机的上述问题，但其多机驱动模式也带来了负载分配不均衡问题[1-2]。
随着刮板输送机装机功率的不断加大（目前最大单机功率达到1 600 kW），其起动及运行问题势必将更加突出[3-4]。
阀控充液型液力偶合器是一种源于国外的刮板输送机驱动装置，其系统功能完善、技术经济性合理，是重型刮板输送机理想的软起动装置[5]，在陕煤集团神南产业发展有限公司（以下简称“神南产业”）及所属各矿中得到了广泛应用，但其价格高、供货周期长、服务不及时，严重影响了煤矿连续生产。
德国VOITH福伊特液力偶合器德国VOITH(福伊特)液力偶合器的工作原理以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。
液力偶合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。
动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。
这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。
最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。
液力偶合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。
它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。
液力偶合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接。
液力偶合器的特点是：能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋于零。
液力耦合器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之比。
一般液力偶合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。
液力偶合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。
它一般靠壳体自然散热，不需要外部冷却的供油系统。
如将液力偶合器的油放空，偶合器就处于脱开状态，能起离合器的作用。
德国VOITH福伊特IPV系列内啮合齿轮泵采用目前世界上最先进的第四代内齿轮泵生产技术制造。
最高压力达350bar，排量从3.5cc/rev--250.3cc/rev。
a、具有径向及侧向压力补偿功能，容积效率非常高，达93%以上。
b、该泵内部采用独特的二片式偏心填隙设计，增进径向补偿功能。
c、低噪音，噪音测试（DIN45635，SHEET26）低于66dB，非常适合要求安静的各种工作场所。
d、压力平稳、低脉动，经压力测试（280bar）平均脉动低于2%。
确保机器运转平顺，延长使用年限。
液力偶合器的特点是：能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机之比。
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载VOITH阀控式液力偶合器电控系统介绍地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容VOITH阀控式液力偶合器电控系统要求设备选型原则：主机选用市面上常见的通用型PLC，如AB、SIEMENS等；其它辅助元件优先选用进口件；各种I/O点数应有适当预留，以备系统将来扩充。
程序编制：必须严格按照VOITH公司提供的逻辑控制框图进行程序编制。
整个PLC系统必须符合国家规定的煤矿井下防爆要求，施工方需有相应的施工资质。
施工方需提供现场调试服务。
供货期：2个月VOITH控制逻辑说明注意562DTPPWL2E设备和I/O列表由VOITH提供的设备阀块主体(mainfold)型号STB3/700（D1）充液阀，两位两通（2/2way）（常闭，失电时闭合）ATEX（无源节点）直流12VDC供电，电源和隔离栅非VOITH供货（最大150mA）排液阀，两位三通（3/2way）（失电状态—排液）12VDC供电，无源节点，本安电源和隔离栅非VOITH供货(最大150mA)充液阀确认返回节点“RMK”，带有常开和常闭返回节点，建议使用常开节点，节点打开表示阀在失电状态（非充液状态）排液阀确认返回节点“RMK”，带有常开和常闭返回节点，建议使用常开节点，节点打开表示阀在失电状态（排液液状态）100%液位满压力开关（SPDT节点(开关量)，当水位达到100%充满时动作）(开关量)预启动和启动闭锁检查运输机的启动条件，如张力等，启动检查耦合器的供水压力，如果供水压力小于4Bar，停止启动，显示“启动时供水压力小于4Bar”在电机启动期间，充液阀和排液阀都失电，即保持排液状态，启动电机&保持排液状态所有的闭锁，预警，报警，都正常后，首先启动尾电机，尾电机启动2-3秒后启动头电机最后一个电机启动两秒后记录每一个电机电流，保持充液和排液阀失电状态，这种状态保持到电机电流下降到空载电流（指示耦合器在排空状态）如果20秒后电机还没达到空载电流，停车，显示“电机启动时电流高”所有电机电流达到空载电流后，进入下一个“加速段”推荐设置的空载电流应稍高于实际的空载电流，以适应电压下降时的电机电流的增加，可以设置高于5%，且通过软件可调AFC启动&初始充液段注意：在DTPKWL2E耦合器内部集成一个流量控制阀，这个设备使用内部提供所有驱动的充液阀得电2秒后，检查供水压力，程序使用一个最大的循环时间来保持充液阀充液状态来保证不过充，用下面的方法选择充液时间（充液时间应用软件可调节）供水压力在4~16Bar时，充液时间为15秒（最大可调整到25秒）供水压力1~4Bar时，充液时间为30秒（最大可调整到50秒）供水压力小于1Bar时，停车并显示“充水压力低”供水压力大于16Bar时，充液时间为15秒（最大可调整到50秒）报警显示“充水压力高”供水压力大于20Bar时，停车并显示“充水压力太高”当接到AFC启动的指令时，尾电机的充液阀，排液阀同时得电，不再改变充液循环时间，在AFC启动期间，不进行超温换水循环，不考虑RTD的温度指示。
引言刮板输送机作为煤矿机械中的三机一架之一。
由于采用限矩型液力耦合器，具有了慢速启动、多机功率平衡的特点，在煤矿运输系统中得到了越来越广泛的应用。
图1为液力耦合器运行示意图。
当前，我国液力耦合器主要应用在转载机、刮板输送机、起重机、破碎机和带式输送机等设备上。
我国对液力耦合器的应用还不是很普遍，但它具有较强的生命力，且与传统的联轴器相比，有改善传动性能和节约能源等优势。
目前，国内有多家单位从事限矩型液力耦合器的理论研究、设计制造等工作。
例如，中煤张家口煤机研发的刮板输送机专用的水介质液力耦合器，北方交通大学开发、研制的主要用于铁路机车传动的液力耦合器。
图1 液力耦合器运行1 存在的问题1.1 漏液现象刮板输送机如果在全部承载下启动，工作室液体温度会迅速升高。
当温度高出标准范围时，油液急剧升高的温度会直接引起内部骨架油封和橡胶密封件破损，易导致液力耦合器出现漏液现象；当机械上的减速器工作时间过长时，会造成输入轴出现磨损现象，时间久了，输入轴的外观会明显变细；有时会呈现输入轴伞齿轮与第2轴伞齿轮磨损量加强的现象，易出现减速器输入轴作业时连续窜动的现象。
1.2 拆卸困难图2为液力耦合器的装配图，其装配程序复杂，拆卸过程同样复杂。
如果出现故障需要修理，则需把半联轴器同时拿到连接罩外，但液力耦合器的重要部分还在从动节连接罩内，同时还与减速器输入轴紧密连接，导致修理过程出现液力耦合器拆卸困难。
导致困难出现的因素较多，主要体现到：①液力耦合器并不是一个小的部件，其作为一个整体结构较为复杂，体积和重量较大，如果快速拆卸则费时费力，同时修理过程也极不方便；②液力耦合器轴套与减速器输入轴形成加长度会增加拆卸难度，导致设备无法正常拆除；③井下工作条件恶劣，要快速拆除只能使用符合条件的方法，即使用加热方式进行拆除，但易导致其他部件特别是液力耦合器与输入轴配合部分的橡胶密封件出现融化的情况。
图2 液力耦合器装配图2 改进措施2.1 新技术的使用新型液力耦合器投入市场并受到业界推广。
VOITH阀控充液式调速偶合器在工作面刮板运输机上的研究与应用
针对大平矿N1S3放顶层煤综采工作面SGZ1000/2*1000大功率运输机的启动要求，研究了大功率刮板运输机实现软启动方式和方案，引进了VOITH偶合器软启动控制系统，在铁煤集团首次实现了刮板运输机的软启动控制功能。
标签：运输机；软启动；启动控制技术；VOITH偶合器
1 前言
大平矿2012年12月安装生产的N1S3放顶煤工作面，设计长度270米，采高9-12米，走向2400米，工作面上运最大倾角11°，设计储量1000万吨，预计回采时间29个月。
工作面配套前后部刮板运输机为SGZ1000/2000型中双链重叠槽封底板重型刮板运输机，是目前集团公司引进的技术最先进、功率最大的刮板运输机，该运输机配备了当前国内外刮板运输机生产制造技术中最为先进的德国VOITH公司生产阀控充液式调速偶合器，首次实现了刮板运输机的软启动控制。
3 运输机对启动方式的要求
因生产制造技术上的限制，目前双速电机的最大功率为855KW，本设计配套1000KW，仅有单速电机可选，因此，必须选择一种软启动方式，才保证刮板运输机的重载启动和运行。
现代煤炭行业对刮板运输机启动系统的要求如下：电机无负载启动。
多机驱动下的顺序起动。
充分利用电机的峰值扭矩，必要时自动实现最大力矩保护。
平稳但非常迅速的建立起力矩（启动）。
在输送机卡住的情况下，仍然能使电机保持在峰值扭矩输出。
多次连续重复启动而没有温升问题。
正反转启动，用于驱动输送机解脱或松开卡住的异物。
自动负载平衡。
控制系统要求尽可能简单可靠。
当刮板机的大功率持续输出时，要求非常高的热宽容量。
爬行速度、用于設备检查的慢速。
通过锁紧制动器对链条进行张紧。
以上问题，归根结底，就是一个运输机的实现软启动问题，中小型刮板运输机因其电机功率小，载货量小、摩擦力小等原因，启动电流冲击及机械冲击小，采用双速电机就能达到启动要求，但运输机电机功率到了700KW以上后，这种双速电机启动方式的缺点就越来越明显地暴露出来，启动电流冲击和机械冲击的增大，造成刮板链系统、链轮、减速器等传动部件的伤害和损坏，严重时就造成停产事故，给煤矿企业带来巨大的经济损失。
VOITH偶合器的引入，实现了刮板运输机的软启动控制，从而使上术运输机的启动要求成为可能。
6 运行原理
工作时，驱动电机提供的机械能被泵轮转化成工作液体的动能，这种液体动能又被涡轮转换成机械能，带动减速器转动，进而使运输机启动，传动部件相互间没有机械接触，充液量决定了动力传递的能力。
偶合器在运行期间，由于泵轮
与涡轮之间的速度差异而产生滑差，工作液会升温，使用循环水带走由此产生的热量。
7 应用情况
大平矿N1S3综放工件面从2011年5月开始立项，配套设备于2012年7月开始地面组装调试，11月入井安装，12月10日生产调试，截止到2013年4月底，已经生产运转4个月，工作面推进350米、出煤110万吨。
VOITH偶合器的使用，铁煤集团第一实现了运输机的软启动控制，在VOITH偶合器的参与控制下，刮板运输机空载启动、重载启动均表现出良好的优异性能，生产中从未发生过流保护、过热保护、刮板断裂、圆环链轮断链等停机事故，刮板运输机运行工况有了质的飞跃。
作者简介：贾刚，（1965-），男。
辽宁省调兵山市人，高级工程师，1991年毕业于阜新矿务局职工大学，现职于铁煤集团机电设备租赁分公司综机科从事综机设备管理工作，曾连续两届荣获“铁煤集团专业技术人才”光荣称号，并在省级以上专业期刊发表论文多篇。
