简评国产限矩型液力偶合器

　　限矩型液力偶合器主要应用在不需调速的、难于起动的大惯量设备，诸如球磨机、破碎机、碎煤机、磨煤机、搅拌机、塔式起重机、刮板输送机和带式输送机等设备，通常其起动力矩是额定力矩的2～3.5倍。

　　若电动机选型不当或电压波动较大时将难于起动，甚至烧毁电动机。

　　限矩型液力偶合器在应用中的优良特性按动力学分析，在载荷起动瞬间，电动机轴上的载荷起动力矩为式中M??与转速无关的摩阻力矩，是轴承及机械接触摩擦力矩与鼓风阻力矩之和，对具体设备为常量??载荷加速力矩，M加速力矩与载荷系统的转动惯量J及角加速度ε成正比，或者与系统物件质量m、加速度a成正比，而与加速时间t成反比，因此载荷加速时间越短，加速力矩M或M就越大。电动机直联传动时，电动机起步构成冲击载荷，加速时间极短，则载荷起动力矩很大而难于起动。若电动机拖不动载荷，则形成闷车而加长了起动电流持续时间，严重时就会烧毁电动机。加装液力偶合器是解决上述问题的好办法。

　　1.两步起步降低了载荷起动力矩，改善起动工况在电动机与载荷之间加装液力偶合器后，使原来的直联中间加入了柔性的液力传动，变直联时的一步起动为电动机与载荷分开的两步起动，即第一步为电动机带动液力偶合器泵轮空载起步n＝0，M＝0和软起动M并快速升速。

　　当M时，即为第二步开始，涡轮带动载荷起步并升速到额定转速，起动完毕。第一步为电动机起动的时间，第二步为载荷起动时间，第二步起动时间与载荷转动惯量大小及传动系统动力状况有关。

　　两步起动时间之和为起动过程时间。

　　液力传动使电动机空载起步、软起动，利于电动机起动和快速升速，提高了电动机起动载荷能力，缩短了起动电流的持续时间。对载荷的软起动则降低了载荷所需的起动力矩。

　　这个过程中，力矩的一升电动机、一降对载荷降低了对电动机的要求，选用小规格电动机即可满足要求，常可降低1～2个电动机机座号或容量。

　　从图1可以看出，应用液力偶合器后提高了电动机起动载荷能力，小电动机能够起动原大电动机才能起动的载荷图中M中国液压气动密封件工业协会液力分会／杨乃乔北京起重运输机械研究所／邹铁汉简评国产限矩型液力偶合器图1大惯量设备装与不装液力偶合器的特性比较??载荷力矩曲线??直联时的大电动机特性曲线液压气动密封??加装液力偶合器的小电动机特性曲线??液力偶合器外特性曲线2.降低了起动电流及其持续时间加装液力偶合器后的电动机与载荷的两步起动，使电动机与载荷的起动电流相互错开、不叠加。又由于软起动而使起动转速逐步增加，力矩小，电流小，电动机升速快，所以降低了起动电流及其持续时间。与电动机直联传动相比，有明显的节电效果见图2.

　　3.提高了电动机起动载荷的能力在起动过程中随着电动机泵轮转速的升高，泵轮及涡轮力矩亦升高，当M时见图3，涡轮带载荷起步运转。可见并非以电动机的起动力矩M去直接带动载荷，而是以涡轮的起动力矩M去起动载荷，故液力传动可提高电动机起动载荷的能力。

　　的能力，又降低了载荷起动力矩。选用小规格电动机在稳态运行时因接近其额定工况运行，故运行功率因数高、效率高、自身损耗风损、铁损、铜损等少。因此，在动力选型时就已包含了节能因素。

　　2.起动节能由于电动机空载起步和软起动，提高了起动载荷的能力，因而降低了起动电流值及其持续时间，与点击直联的刚性传动相比，减少了起动功率消耗，而又起动节能见图2.

　　3.运行节能合理选型，应用了小规格电机，使电动机接近额定工况运行，克服了大马拉小车欠载运状况，因而相对地提高了电动机运行功率因数和效率。扣除液力偶合器自身3％～4％的功率损耗，仍有运行节能效果。

　　总之，对大惯量设备而言，应用限矩型液力偶合器，在动力选型、起动过程和稳态运行中均有传动节能效果。

　　限矩型液力偶合器的结构与性能各类限矩型液力偶合器均具有改善传动品质和节约能源的特性。

　　从以下各点可体现出液力偶合器改善传动品质的特性。

　　1可使电动机空载起步和软起动，利于电动机升速。

　　2可提高电动机起动载荷的能力利用电动机的尖峰力矩去起动载荷，克服异步电动机起动力矩低的缺点。

　　3过载保护即使工作机卡住不转，动力机仍能带泵轮照常转动，不超载、不失速、不堵转，从而保护电动机和工作机不损坏。

　　图3电动机液力偶合器联合工作曲线图2应用液力传动电动机空载起动节能原理图4.合理匹配可应用小规格电动机由于液力传动使电动机与载荷分两步起动而降低了载荷起动力矩，提高了电动机起动载荷的能力，因而可降低电动机容量，选用小规格电动机即可满足大惯量设备的起动要求。从图3可以看出，若电动机直联传动，由于电动机的起动力矩M小于载荷起动力矩而不能起动；应用了液力传动则因涡轮的起动力矩M大于载荷力矩M而能顺利起动。ΔM＝M为涡轮的加速力矩，起动后涡轮在M与M两曲线交点稳态运行。

　　限矩型液力偶合器的传动节能限矩型液力偶合器在应用中不调速，无调速节能，但却能传动节能。限矩型液力偶合器的传动节能表现在以下三个方面。

　　1.选型节能由于液力传动使电动机空载起步、软起动和两步起动而可选用小规格电动机，改变以前的大马拉小车欠载运行状况，既增大了电动机起动载荷a电动机－液力偶合器联合工作曲线b液力偶合器－工作机联合工作曲线ΔM??加速力矩液压气动密封4降低起动电流及其持续时间，减少起动工况电力消耗。

　　5多机驱动同一工作装置时可以平衡功率，且可顺序延时起动，使各电动机的起动电流互错开，不叠加，大大降低总起动电流峰值，减少对电网的冲击。

　　6减缓冲击、隔离扭振，保护设备和传动部件，延长设备使用寿命。

　　7维护简便，可长期无检修地运行。

　　不同类别的限矩型液力偶合器还有着各自的结构、性能特点和优缺点。

　　静压泄液式限矩型液力偶合器图4为静压泄液力偶合器结构图。这种液力偶合器靠工作腔外缘与侧辅腔的压力平衡关系泄液。在侧辅腔外缘处的角速度ω＝（ω2.当超载时ω降低，则ω低下，使该点压强降低，因工作腔压强较高而使工作腔泄液进入辅助腔，使传递力矩降低。载荷降低，涡轮转速升高，油液往回流入工作腔。这种液力偶合器结构简单，载荷突变时反应不灵敏，过载系数较大。应用面积小，生产厂家极少。主要应用在塔式起重机上。

　　2.动压泄液式液力偶合器图5为动压泄液式液力偶合器，其过载系数T＝2.0～2.5，传递功率范围较宽，动态反应灵敏，载荷突变0.2s后工作腔内液流形成循环流态即有反响，过载保护性能好，但结构较复杂。多用在保护动力和工作机不超过规定力矩的场合以及频繁起动、要求动态反应灵敏的设备，如带式输送机、刮板输送机、斗轮堆取料机等设备。其应用的工作介质有油介质和水介质两大类，水介质主要用于煤矿井下。

　　图4静压泄液式液力偶合器结构图限矩型液力偶合器绝大多数以涡轮轴为输出端与减速器输入轴刚性连接，液力偶合器重量由减速器轴承受，减速器轴承受着剪、弯、扭联合应力，而且是交变应力，常使减速器发生断轴事故。因为减速器轴在设计时只考虑承受扭矩，而剪切力和附加弯矩是液力偶合器的重量额外施加的。为了不使减速器承担液力偶合器重量，有人将液力偶合器倒置即将输出端当成输入端进行安装，于是又产生了新的问题。因为动压泄液式液力偶合器泵轮与涡轮的叶轮腔型是不对称的叶轮内缘半径不相对，使起动液流大循环流动过载系数增大，不能满足工作机特别是带式输送机的要求。近年来，一些企业增大后辅腔容积、加长后辅腔向尺寸，满足了带式输送机起动时间要求，很受用户欢迎。但由于重量加大、轴向尺寸加大，使减速器断轴的几率和可能性加大。

　　还有一种结构，在加长后辅腔的同时，将涡轮端的外壳扩展成外侧辅腔，增大了充液量，使起动时间更长，更能满足使用要求。但同样由于重量和尺寸加大，而使减速器断轴的几率和可能性加大。

　　上述的液力偶合器倒置、加长后辅腔、加长后辅腔并加外侧辅腔三种情况的应用，并非每种情况都出问题，只是从理论上分析，出问题的概率明显增加。

　　阀控延充式液力偶合器是动压泄液式的一个分支，它是在动压泄液式的前、后辅腔间的隔板上装有2～3套常开式离心转阀，在泵轮处于静止或低转a结构图b通用外特性曲线图5动压泄液式液力偶合器1.主动半联轴器与输入套2.前辅腔3.后辅腔4.泵轮5.注油塞6.易熔塞7.涡轮8.涡轮轴输出轴套液压气动密封速时转阀油路开启，高转速时油路关闭。在液力偶合器起动时工作腔中的存液可快速充入后辅腔，有利于电动机空载起步和软起动。随着电动机的升速带有摆锤的销轴使油路逐步关闭，后辅腔中存液通过连通孔流入工作腔，使涡轮有更大的起动力矩。转阀的应用利于电动机空载起动和提高电动机起动载荷的能力。阀控延充式液力偶合器多应用于煤矿刮板输送机，使用效果好。

　　但因结构复杂，故障率较高，所以生产、应用日渐减少。

　　3.复合泄液式液力偶合器限矩型液力偶合器依靠液流泄液才有限矩作用，既有静压泄液又有动压泄液的液力偶合器称为复合泄液力偶合器见图6.这是国内研发的新产品，产品型号为YOX目前只有两家生产厂生产。作为限矩型液力偶合器的首选配套件，被列入2003年出版的《DTⅡA型带式输送机设计手册》。

　　1内轮驱动方式，输入端刚性连接，液力偶合器重量由电动机轴承受，因而可避免减速器断轴事故。

　　2装制动轮时不增加液力偶合器轴向尺寸。

　　3最适合用于三支点浮动支承驱动单元如图7所示，若驱动单元选用一般的动压泄液式力偶合器，则因其输出端增加制动轮使轴向尺寸增加对减速器轴附加弯矩增大，而使减速器断轴事故几率增大，而复合泄液式的应用则无此弊端。

　　图6复合泄液式液力偶合器结构1.泵轮2.主轴3.侧辅腔4.外壳5.工作腔6.橡胶弹性块7.轮毂8.制动轮9.涡轮4水介质、油介质均可应用，便于煤矿井下、井上设备配套件通用。

　　5过载系数为0.8～0.2，可充分满足带式输送机等设备的要求。

　　6结构简单、紧凑，与其他限矩型液力偶合器相比轴向尺寸最小，重量也最轻。

　　综上可见，YOX复合泄液式液力偶合器为设备主机的结构设计、安装、使用和维护均带来了优越条件，是值得推荐选用的好产品。

　　4.闭锁式液力偶合器各种液力偶合器均需存在转速差才能传递动力，因而有转速与功率损失，而闭锁式液力偶合器可有效地弥补这一缺陷。但目前闭锁式液力偶合器的产量与应用均很少。

　　图8为闭锁式液力偶合器的一种结构，在静压泄液式液力偶合器的侧辅腔里加装离心式摩擦离合器闭锁式液力偶合器在带式输送机上应用，运行效果良好。由于离合器的原因，闭锁式液力偶合器传递功率不能很大。此外，运行中不允许有逆转发生，一旦有逆转，涡轮转速不降低，则摩擦离合器就不能脱开，液力偶合器的功能就无从发挥了。

　　闭锁式液力偶合器的产量与应用均很少。

　　复合泄液式液力偶合器在结构上与动压泄液式及静压泄液式有明显不同，在性能上除具有通常液力偶合器的改善传动品质和节约能源的优良性能外，重要的是还具有自身独有的结构特点。

　　图7液力驱动单元三支点浮动支承结构1.电动机2.液力偶合器3.机械制动器4.直交轴减速器5.底座6.推拉杆文章查询编号：W1002图9离心式摩擦离合器1.连接盘2.离合器片3.复位弹簧4.滑块5.销轴6.石棉衬片型闭锁式液力偶合器1.输入联轴器2.外壳3.离心式摩擦离合器4.涡轮5.泵轮6.易熔塞7.挡板8.机械密封9.输出联轴器10.输出轴11.连接盘见图9，将其固定联接在涡轮上，随涡轮一起旋转。当涡轮转速较高时，摩擦离合器靠高速离心力与外壳接合，实现无转速差的直联传动。转速比较低或为零时，完全恢复液力偶合器特性。