皮带输送系统中电机与限矩型液力偶合器的配合问题分析

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doi：10.3969/ .issn.1008-0716.2013.04.001Analysis on matching of the motor and torque-limiting typehydraulic coupler in the conveyor belt systemLIU Yao，GAO Feng and SU Jihong(Equipment Department，Baoshan Iron& Steel Co.，Ltd.，Shanghai 20094 1，China)Abstract：Taking the raw material conveyor belt of Baosteet third-phase project as an example，this paper analyzed the transmission relationship of oil filling quantity of the torque-limiting typehydraulic coupler to the motor and the load characteristics according to theequent motor broken barfault in the transmission mechanism ofmotor torque-limiting type hydraulic couplerspeedreducer”，and identifed the influence of oil filling quantity of the torque-limiting type hydrauliccoupler on the production and maintenance of the conveyor belt system.In addition，the cause forlarge current in the motor starting process was analyzed in detail，and the good results obtained aftertechnical adjustment were demonstrated. Finaly，this paper summarized diferent matchingprinciples for different drive systems。

Key words：motor broken bar；torque-limiting type hydraulic coupler；oil filling quantity；load1 系统概述与故障现象宝钢原料 A602、A702输送皮带用于运送矿石与煤，两条皮带的驱动装置各由3台电机 限矩型液力偶合器 减速机”组成，装置结构如图 1。

皮带机长约 1 600 Il，坡高约 18 m。运行分为矿石/煤”两档速度，带速分别为 100/250 m/min，运输能力分别为4 500/3 60O t/h。

刘 珧 首席工程师 1963年生 1983年毕业于中南工业大学现从事电气控制专业 电话 26646609E-mail liuyao### baostee1.com电机 限矩型液力偶合器 减速机系统参数如下 ：(1)电机：630 kW，3 000 V，141 A，4极，直接起动。

(3)减速 机：H4C710SPBV，减 速 比 29.9/74.7，150 油，150 L。

皮带系统的起动过程是：先起动张紧装置，皮带达到 1.5倍额定预张紧力后，1 、2 、3 驱动装置的电机每隔 5～7 S依次直接起动。起动完成后，再放松张紧装置使其回归到额定张紧力状态。

嚣刘 珧等 皮带输送系统中电机与限矩型液力偶合器的配合问题分析 3变化时，泵轮曲线尧生相应变化，如 i0的曲线2在减少油量后也张开”变为曲线 2 。

曲线 1与曲线2的交点A称之为电机-液力偶合器的联合工作点。

曲线3为电机电流-转速的关系曲线，转速越低，电流越大。

2.2 液力偶合器充油量和负载的配合关系如图3，ED段是高速小电流区，电机电流总是小于临界转矩时对应的电流 ， (约4倍额定电流)，转速总是大于临界转速；DC段是低速大电流区，电机电流总是大于临界转矩时对应的电流， 、转速总是低于临界转速。

电机起动时的电机电流与液力偶合器的充油量有着密切的关系。如 ：充油量减少，图3中泵轮曲线由2变为2 ，联合工作点从 DC段上的 A变到 ED段的 A ∩见，充油量减少后，联合工作点上输出力 并没有大变化，电流， 却可大幅下降为 I 。

液力偶合器充油量越多，涡轮-泵轮的转差系统越呈刚性，对于电机来说，近似于带载起动。

当负载较轻时(如图3中的M：)，由于联合工作点 A的泵轮输出力矩大于负载，皮带能被拖动，同时，随着液力偶合器的速 比逐渐增长而向上张开”，使得电机电磁力矩总是大于泵轮力矩，电机总是能顺利地越过临界点 D而进入电机的高速小电流区；当负载较大时(如图3中的 Mj)，由于联合工作点 A的泵轮输出力矩小于负载，泵轮堵转，速比不能增长，过 A点后又存在泵轮输出力矩大于电机电磁力矩，故电机转速无法越过临界转矩点进入高速，而是长时停留在低速大电流区。

液力偶合器充油量越少，涡轮-泵轮的转差系统越呈柔性，对于电机来说，近似于空载起动，油量少到泵轮曲线与电机的机械特性交于 D点以上时(如图3中的曲线 2 )，无论负载是多少，电机转速总是能迅速越过临界转矩点 D，顺利地进入高速小电流区。

2.3 充油量大小的优缺点分析为方便起见，将充油量大小的主要特征归纳于表 1。

表 1 液力偶合器充油量大小的优劣关系Table 1 Quality analysis of oil filing quantity of the hydraulic coupler优点 缺点①电机很快能达到高速状态，大电流发热时间短； ①有可能使系统的过负载能力减弱 ； 充油量小②对电网的冲击时间短 ②传动效率有所降低 ①系统的过负载能力强； ①有可能长时停留在低速大电流区； 充油量大②传动效率高，利于节能 ②起动力矩太大，起动时容易出现打滑冒烟和钢结构抖动现象注：1)如图3，充油量 75%与55%联合工作点输出的力矩是相同的，如果充油量再减少 ，则泵轮输出的力矩会随着曲线上移而减小，影响系统的过负荷能力；2)充油量减少后，拖动重负载时，要达到与充油量多时同样的输出力矩必然是液力偶合器的滑差增大，这种滑差损失将转化成热能使液力偶合器油腔发热，甚至出现喷油现象 。

限矩型液力偶合器的油量可调范围-般是40%～80%(由液力偶合器的结构和传动特性决定)，并不是说在这个调节范围内的任意值都是合适的，更不能认为充油量越大越好。诚然，充油量越大，系统的过载能力越强，在出现皮带堆料、卡死等异常时，这-优点是深受操作者欢迎的，但低速大电流和打滑抖动往往会损坏机电设备。

总之，限矩型液力偶合器充油量大小的利弊总是对立的，各 自的优点不可兼得。虽然充油量大-点时的优点对生产操作更具现实意义，但它同时存在多种弊端，矛盾尖锐时，必须进行折衷处理3 电机起动电流大的原因分析通过以上分析，可知电机起动电流大小与图3的曲线 1、曲线 2相交的联合工作点位置 A，以及与负载 i的大小有密切 的关系，结合原料A602三电机驱动系统，分析如下。

在图5的区间I，电机对应于图4的 CA段，泵轮对应于图4的 OB段，电机 自身迅速加速，皮带不动。过程大致如下：1 电机起动，电机的电动力4 宝 钢 技 术 2013年第4期矩为 ，大于泵轮输出力矩 ，电机转速沿 CA迅速上升。随着电机转速的上升，液力偶合器泵轮输出力矩沿 OB迅速上升，在到达 B点之前，泵轮输出力矩M 总是小于负载力矩 ，泵轮堵转，皮带张紧，并不运转。这个过程不会大予2 s。

eO MA图4 Mj

在区间Ⅲ，2 电机起动，2 液力偶合器的泵轮按类同于 1 泵轮曲线的规律输出力矩。因为 1泵轮在过B点以后就已经能克服阻力 ；了，故2液力偶合器泵轮输出力矩可全部视作为叠加在1 泵轮上的加速力矩，皮带加速更快。

在区间Ⅳ，3 电机起动，皮带进-步加速。最终，3台同型的电机、液力偶合器稳定工作在 E点，电机速度在 1 485 r/min(滑差 0.01)附近，泵轮速比 在0.97(滑差 0.03)左右，3台泵轮平均输出力矩约为负载的 1/3。

总体过程与第-种情况基本相同，不同的是1 电机不能拖动泵轮，要待 2 电机起动并过 B点，存在 酡M 。>Mj后(下标的数字表示驱动装置的号码，字母表示工作点)，两台泵轮合力才能拖动皮带。

总体过程与第二种情况相同，不同的是 1 、2电机合起来也不能拖动泵轮，皮带并不运转，要待3 电机起动后，MB3 A2M 。> 才能拖动泵轮并带动皮带。

当然，还有-种情况，就是 3台电机合力也不能拖动皮带，这属于系统设计错误或有传动装置卡死、故障现象，不在本文讨论之列。

3.2 电机起动电流大的根本原因对照以上的起动过程分析和图2中电机电流的关系，不难看出，本案的负载属性属于第三种情况 ，即：3MA>Mi>2M 。

再看看本案的液力偶合器充油量的大小是否合适的问题。电机临界力矩点 D的电流约为530A，为额定电流的3.8倍。而图2显示 1 、2 电机的起动电流长时间运行在5-7倍间，故那时的图3中的 1 、2 泵轮曲线( 0)与电机机械特性曲线的交点 A-定处于 D点以下的低速大电流 DC段。事实上，皮带机 日常设备维护管理中也是将液力偶合器的充油量维持在70%左右。

可以得出这个结论：由于液力偶合器充油量太多，导致液力偶合器的泵轮特性太硬，1 、2 电机长时间在低速大电流区工作是电机损坏的根本原因(起动中的皮带打滑和抖动现象除与张紧因素有关外，也与此相关。)4 对策减小限矩型液力偶合器的油量，使传动系统柔性化，从而使电机在起动过程中就能迅速进入高速低电流区是解决电机起动电流大的重要途径。实际运行中，皮带输送系统起动完成后电机的电流约为70 A(约为额定电流的50%)，转速达到 1 490r/min以上，表明拖动系统并不是很吃力。因此，减少充油量，将系统进-步柔性化还有足够的空间。

图6为充油量调整前拍摄的电流波形，此时充油量分别为，65%、45%、65%∩见，即使是皮带空载，1 电机的电流也达到6 15 S，如果是在满负载时，情况将更严重，有时会超过20 S。

魁喇靼谜缪乐德等 电解提取-Rietveld全谱分析法定量分析双相不锈钢中的析出相 59速准确表征热处理过程中双相不锈钢析出相不同种类的定量变化：在时效温度为 850%时，x相从0.75h的0.22%降低到24 h的0.40%，而同时相从0.36%增力口至0 10.70%。