摘要：文章对煤矿胶带输送机常用的几种机械软启动装置的结构、工作原理和主要性能特点进行了分析介绍，各软启动装置差别很大，选用时应进行技术经济综合分析比较。

    关键词：胶带输送机；软启动；液力偶合器；液粘软启动装置；CST传动装置

    中图分类号：TD528  文献标识码：B  文章编号：1671-0959(2007)03-0014-03

    胶带输送机是大、中型煤矿井下原煤运输方式的最佳选择，随着煤炭井下开采技术的进步，井下胶带输送机向着长距离、大运量、大倾角、高速度、高强度、多点多驱动单元方向发展。井下原煤输送是矿井生产的关键环节，为了提高胶带输送机启动过程的稳定性，合理选择软启动方式已越来越受到设计和生产单位的重视。

    “软启动”是指机械设备在空、重载工况下，能够逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动，而这种启动是可控制的。对于煤矿井下胶带输送机而言，“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长输送机关键零部件的使用寿命，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，从而节约电力并延长电动机的工作寿命。

目前煤矿胶带输送机常用的技术比较成熟的机械软启动方式主要有液力偶合器(包括限矩型和调速型)、液粘软启动装置、CST传动装置等。另外煤矿胶带输送机也常用电气类软启动设备，如各种类型的电气软启动器、变频调速装置，因专业所限本文不做介绍。

液力偶合器是目前煤矿胶带输送机应用最广泛的软启动装置，是利用液体的动能和势能来传递动力的装置，它可使输送机驱动装置的特性变软，从而改善启动性能、增大启动力矩。按结构型式和充液控制方式液力偶合器可分为限矩型和调速型。

    限矩型液力偶合器主要由输入轴、泵轮、涡轮、输出轴、外壳等构件组成。电机通过输入轴带动泵轮旋转，泵轮工作腔内的液体受离心力作用，由泵轮入口被加速加压抛向泵轮出口，使液体动量矩增大，即泵轮将机械能转化为液体动能。携带液体动能的液体由泵轮出口冲向对面的涡轮，液流沿涡轮叶片形成的流道做向心流动，释放液体动能转化成机械能，驱动涡轮旋转，并通过输出轴带动工作机旋转。

    限矩型液力偶合器具有辅助腔、超载时工作腔、液体流向辅助腔，使工作腔充液量减少，限制力矩在一定范围内不再升高，从而起到过载保护作用。限矩型液力偶合器根据辅助腔的型式分为静压卸液式、动压卸液式和复合卸液式。静压卸液式具有侧辅腔；动压卸液式具有前、后辅腔；复合卸液式兼具静压和动压卸液式的特点，性能更优越。

限矩型液力偶合器主要性能特点：①提高电动机的启动能力，充分利用电动机的最大扭矩实现输送机重载启动；②降低启动电流、缩短电动机启动电流持续时间；③防止动力过载，保护电动机、工作机主要部件不因过载而损坏；④可隔离扭振，减缓冲击和振动，有效防止机械磨损，延长设备使用寿命；⑤在多机驱动系统中，自动调节各电动机的功率平衡，降低对电网的冲击电流；⑥可用水或难燃液体作工作介质，满足井下防火、防爆要求，并节约运行费用；⑦结构简单、运行可靠，无机械磨损，无需特殊维护。

    调速型液力偶合器基本原理与限矩型相同，但充液量的调节是在运行中动态控制的，所以结构也要复杂得多，主要由泵轮、泵轮轴、涡轮、涡轮轴、旋转外壳及导管组件、电动执行器、冷却系统等构成。调速型液力偶合器充液量调节方式分为进口调节式、出口调节式和复合调节式三种。目前国内应用出口调节式居多，其调节原理为，工作腔进口由定量油泵供油，流量不变，通过控制导管开度使出口流量变化，导致工作腔充液量不断变化，从而改变输出转速与功率，实现无级调速。导管开度的调节通过电动执行器来完成，电动执行器可以手动，配上电控系统也可以实现遥控和自动控制。

调速型液力偶合器主要性能特点：①启动时间按输送机主参数任意调节，使输送机按s形启动速度曲线平衡起动，并能实现输送机重载下启动；②能使电动机空载启动，且能利用尖峰力矩作启动力矩，提高启动能力，缩短电动机启动时间，使输送机滞后电动机缓慢启动；③确保输送机启动加速度在0．1～0．3m/s²范围内，从而使输送带启动张力控制在允许范围；④用于多机驱动时，能自动调节各电动机功率平衡，降低对电网冲击电流，平衡精度可达±5％；⑤能隔离扭振，减缓冲击和振动，有效防止机械磨损，延长设备使用寿命；⑥防止动力过载，保护电动机、工作机主要部件不因过载而损坏；⑦易于实现对输送机的遥控和自动控制，操作简便；⑧性能可靠，无机械磨损，能在恶劣环境下工作，无需特殊保护，使用寿命长；⑨有滑差，发热量大，需配套冷却系统。

    液粘软启动装置又称粘滞离合器、油膜离合器或Ω离合器，它是通过改变离合片的间距从而改变粘性液体间的剪切力来改变传递力矩。

    液粘软启动装置由机械传动系统、液压系统(包括液压控制系统和润滑冷却系统)及电气控制系统组成，机械传动系统由输入轴、主动摩擦片、从动摩擦片、输出轴、控制油缸、弹簧、壳体等组成。当电动机带动输入轴和主动摩擦片旋转时，通过流体形成的粘性油膜带动从动摩擦片和输出轴旋转，通过调整控制油缸中油压大小来调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度，改变输出轴的输出转速和扭矩的大小，从而实现工作机的可控软启动和调速功能。

液粘软启动装置主要性能特点：①能提供可调、平滑、无冲击的启动力矩，启动时摩擦片间隙较大脱开，可实现电动机空载启动，降低对机械和电气设备的冲击，正常工作时摩擦片合上达到高效工作；②与电动机有良好的匹配特性，能充分利用电动机的最大转矩实现输送机的重载启动；③用于多机驱动时，通过调节滑差可实现各电动机的功率平衡，降低对电网冲击电流；④通过控制油压的大小，可控制输送机的启动加速度和制动减速度；⑤能够实现对输送机的无级调速，满足不同的工作需要；⑥在良好冷却的前提下，通过调节滑差可实现负载的低速运行；⑦因摩擦片传递扭矩与油压有关，控制油压一定，摩擦片在输送机超载时打滑，从而实现过载保护功能。

    CST(Controlled Start Transmission)是由美国DODGE公司研制的带有电液反馈控制及齿轮减速器，在低速轴端装有线性湿性离合器，集减速、离合、调速于一体的机电一体化传动系统。CST在国内已较多地应用于长距离、大强度胶带输送机上，成功地解决了大型胶带输送机启动及停车时的动力学问题。

    CST主要由机械传动系统、电-液控制系统、风冷热交换器、油泵系统及冷却控制系统等五部分组成。机械传动系统由输入部分、输出部分和离合片组件组成(见图1)，输入部分平行轴结构为一级或二级斜齿轮对，直交轴结构为一对伞齿轮和一对斜齿轮；输出部分由1个太阳轮、与行星轮托架(输出轴)联接的3个行星轮和内齿圈组成；离合片组件由互相配合的静止盘和转动盘组成，静止盘与机壳连接，转动盘和内齿圈相连是自由旋转的．当对离合片施加液压时，转动盘的运动受到阻碍，如果把液压压力加到足够大，静止盘和转动盘将被完全锁住。

    电动机的转动通过CST输入轴传递到输出端的太阳轮，太阳轮带动三个行星轮旋转，当离合片组件无液压时，行星轮使自由浮动的齿圈自由旋转，行星轮托架不转动，组成行星轮托架的输出轴也保持不转动。当对离合片组件施加压力时，齿圈的转动受到阻碍，为补偿受到限制的齿圈转动，行星轮在内齿圈滚动(行星轮围绕太阳轮公转)并驱动输出轴转动，行星轮转速与内齿圈的转速之和为常数。通过控制离合片组件的压力，电动机输出至CST输出轴的转速和力矩，能够准确地被控制。

    CST主要性能特点：①可降低输送带基本张力，选用输送带时，安全系数可降低1．9，但安全性能不变；②能提高传动效率，传动稳定阶段离合片组件被完全锁住，不会产生滑差，没有效率损失；③离合片之间的流动为层流流动，粘制力和离合片间距为线性关系，故可精确控制输送机的运行状态，可调带速范围为10％～100％；④设置了速度、应力及功率反馈回路，能控制胶带的速度、应力及功率平衡，控制精度可达±2％，能实现输送机的多点驱动同步；⑤能实现电动机的空载启动和输送机的重载启动，能保证在紧急停车或突然断电时的可控停车；⑥能在大范围内调节和控制输送机的启动加速度和停车减速度；⑦对自身和输送机提供的保护功能齐全，并可实现驱动系统与输送机的双向保护；⑧通过电控系统与集中控制系统相连，可实现对自身和输送机运行情况的远程集中监视和控制。

    通过对以上几种软启动装置的结构原理和性能特点的分析介绍，可以看到各种软启动方式的性能有较大差别，以综合性能优劣、价格和运行费用高低依次排序为CST传动装置、液粘软启动装置、调速型和限矩型液力偶合器。