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TPKL型阀控充液式液力偶合器在带式输送机上的应用
发布时间：2013-09-22 09:30 来源：未知
液力偶合器多年来成功使用于井下输送系统。福伊特公司为满足当代带式输送系统对高可靠性及主动控制的驱动系统的要求，推出一种全新的用于井下的高性能带式输送机TPKL型阀控充液式液力偶合器。
1、TPKL的结构及闭路循环原理
1.1TPKL的结构
TPKL型液力偶合器采用所谓闭式油路循环的设计，以显著减小油箱及外壳的尺寸。TPKL的结构图见图1。
1.2 TPKL的闭路循环原理
液力循环（泵轮／涡轮）采用外置冷却循环系统，这大大加强了循环系统的性能。在TPKL液力偶合器工作时，热的工作液从偶合器液力循环中通过节流孔流入旋转的泵壳，并通过与旋转方向相反的固定勺管流出，液体的动能转化成了液流和压力，热的工作液通过外置的冷却器冷却后直接流回偶合器的液力循环中，同时，一套供油系统对液力循环进行充液或排液。通常这一过程由独立的阀控制。通过这些阀，偶合器的充液量从0%到100%无级调节，即偶合器从全空到全满。传输的扭矩与充液量以及输出速度直接相关，偶合器内的充液量越大，输出的扭矩也越大。在电机启动过程中，偶合器内是空的，为了启动胶带机，充液量相应的从0%增加到100%，一套电控系统控制电磁充液阀及排液阀来完成这一过程。
液力偶合器的输出特性如图2所示。
2、TPKL的运转方式
2.1电机启动
在静止状态下，偶合器内几乎是空的。因此在电机启动的过程中偶合器几乎不可能传递任何力矩。任何残留在偶合器内的少量液体都会因离心力的作用而通过打开的排液阀流回油箱。在电机工作时，充液泵为轴承提供润滑油。
2.2带式输送机启动及加速
打开充液阀，液力偶合器内充液量逐步增加同时开始逐步产生力矩，一直到达预设的限制为止。这种限制可以是胶带机最大许用启动力矩或根据上次胶带机�；贝⒋嫦碌牧刂党艘砸桓隹梢缘ザ姥∮玫钠舳凳玫降牡鼻捌舳刂�。
有三种看起来有些相似但实际不同的方法对胶带进行加速。①与负载无关的力矩限制条件。在这种情况下，通过充液阀及排液阀的动作将力矩控制在一个固定的水平，这一限制与胶带最大许用应力有关。与此相关，根据负载情况的不同，启动的时间也会不同。②与负载相关，根据上次停车时记录的数据决定当前加速力矩；相关数值（所有驱动的总合）始终在系统停车时被更新并记录下来，再次启动时，记录下的数值乘以单独设定的启动系数，并成为本次启动的限制数据；这种控制方式如我们前面提及的那样，限制条件数据每次启动时都重新设定并且每次都是不同的，胶带的最大许用应力作为设定数值的上限。③与负载无关的固定启动时间方式。
2.3工况运行
胶带机一旦达到额定带速，偶合器会被工作液全部充满并具备最大的传输能力。在胶带机工作时，通过控制减
少充液量，液力偶合器可以实现“可控减速”，也就是说，可以通过减少一部分工作液来减少传递的力矩。
2.4停 车
由于安全原因，胶带机总是通过电机停车来使胶带机停车，同时采用制动器刹车。在这种情况下，驱动系统成为阻力，液力偶合器将几乎全部工作液排回油箱，此后静止60s，就可以进行下一次的启动了。如果液力偶合器温度过高，比如由于紧急停车造成的，就需要在再次启动以前对其进行冷却。
2.5停车状态下的旁路冷却
停车以后，供油系统应当被冷却到60℃以下。为实现这一功能，充液泵运转使油在油箱和冷却器之间循环冷却。TPKL液力偶合器采用的闭路循环系统的冷却效率是很高的。由于很长的启动时间或长时间的慢速运行，热量直接产生在工作液中并立即被排出到外置的冷却器中。
图3、图4描述了TPKL的闭式油路循环在满载启动2×500HP的胶带机以后（甚至在启动过程中）迅速冷却的过程。这一TPKL闭路循环在启动过程中，当胶带机速度达到大约60%时达到其最高温度，随后很快下降，且可以轻易实现每小时20次以上的启动频率。在图3中胶带最初一段时间是相对静止的，尽管此时TPKL偶合器在逐步产生起力矩，一直到胶带开始移动。此时胶带张力不断增加，胶带被缓慢地预张紧(该胶带机长约3660m，带速3.5m/s)。在启动过程中的预张紧阶段大约持续30s，带速为正常带速的15%，胶带可伸长15到20m，这些能量由张紧装置吸收。
3、应用实例
3.1实例1
1998年第一台TPKL型阀控充液式力偶合器在位于美国亚拉巴马州的一个煤矿交付使用。这些TPKL型液力偶合器安装在总共带有4台电机的2个“倾卸助力驱动”系统上，驱动力形式及技术参数如图5所示。
由于安装了这些新的TPKL驱动系统，该矿在其他输送系统部件没有更换的情况下，大幅提高了产出及设备可靠性。通过对第一批系统使用获得的良好经验，该矿决定逐步将所有井下胶带机的驱动系统都换装TPKL型液力偶合器。到2003年10月，该矿所有井下的胶带机都换装了TPKL型液力偶合器（共10条胶带机22台562TPKL），2004年底井下胶带机总长度延长至30km。
从1998年起，由于驱动系统的更新使该矿总运输能力从1997年的3 .7Mt/a提高到2003年7.OMt/a。由于TPKL提供了良好的软启动能力使得这些胶带机的运送能力大大超过了原有的设计能力，主井胶带100%装载量(CEMA)是2500t/h(带宽1220m)，并能轻易提高到3000t/h，甚至是3500t/h。当所有的长壁采掘面100%运转时，人们能看到所有这些胶带机都“从边倒边”被装得满满当当。
与驱动系统改造前相比，该矿设备完好率在1997年低于85%。随着越来越多的TPKL投入使用，该数据逐年提高。2003年所有胶带机中完好率最低的也有99.19%，而与此对应的整个井下输送系统的完好率到达97%。
3.2实例2
1998年，在美国尤他州的一个煤矿，第二套全新的TPKL系统投入使用，该系统安装在另一个采用倾卸助力驱动的长壁面胶带机上。这也是TPKL系统第一次使用在多套助力驱动的胶带机上。共有7台TPKL562型液力偶合器安装在3组独立的驱动站上，该胶带机的示意图见图6。在某些特殊的负载条件下，特别是胶带机上层承载很轻而导致头架驱动承担大部分驱动功率时，助力驱动系统的胶带张紧控制出现问题，为此特更改了控制软件以确保头架驱动的速度控制。当头架驱动被控制运行在固定滑差时可不论负载情况。因此，即使是轻载的情况下，助力驱动装置也承受负荷。
使用这一设备，该矿成功地完成了五个采掘面。然后，这些驱动系统被移到位于该矿另一个煤层的胶带机上使用。现在该矿井已经关闭，但这些TPKL型液力偶合器现仍然属于同一个集团公司的另一个煤矿安全运行。
3.3实例3
位于美国西部宾夕法尼亚州的一个矿井从1998年开始在5条传统的胶带输送机上装备TPKL型液力偶合器。这是全美产量最大的煤矿之一，该矿每年从两个长壁面产煤量超过11Mt。该矿用TPKL替换了原先使用的变频系统，这不仅使胶带机的最大装载量大幅提高，而且还显著提高了设备的完好率。从1999年开始，该矿的所有的胶带机都被逐步改换成TPKL型液力偶合器。现在该矿的胶带机组包括了36套TPKL562型液力偶合器使用在400HP、500HP和600HP的双驱动系统中。近期该矿还决定装备新的1250HP双驱动的胶带机并使其成为标准配置，并为这些高性能胶带机选配TPKL650型液力偶合器。
在2001年，该矿决定在两个采掘面的胶带机上第一次为助力驱动系统安装TPKL液力偶合器以替代原先使用的变频系统。该设备在2002年投入使用，胶带机的示意图见图7。
3.4实例4
位于新墨西哥州的一个新矿井将其所有井上及井下的胶带机都标准配置750HP，4160V电压的驱动装置是目前全球功率最大的助力驱动系统。在2002年10月，这一助力驱动系统投入使用，目前胶带机的的长度是2450m，并会随长壁开采面的延伸而增加长度，胶带机的示意图见图8。
4、结语
从上述实例可以看出TPKL型阀控充液式液力偶合器已经被充分证明不仅完全适用于复杂的带式输送机系统，同时还特别可靠。文中提到的第一批用于井下的TPKL在使用了四年以后进行了大修。分解检查未发现肉眼能识别的磨损。由此证明，这些液力偶合器仍将能确保继续无故障工作很多时间。
编后语：德国福伊特公司做为全球最大的液力产品生产商，其液力偶合器及液力软启动调速系统在国内的大中型煤矿被广泛应用，本次编者特别邀请福伊特公司启动部件产品部经理苏斯特先生对TPKL型阀控充液式液力偶合器做一介绍，在第五期还将介绍TPKL型偶合器的启动计算及模拟程序，敬请关注。
