液粘性软启动装置发展前景

液粘性软启动装置和液力制动器的发展设想

一、液粘性软启动装置是兖州煤矿机械厂于1994年，根据液粘传动理论，自主开发成功的一种新型传动装置。主要适用于各种场合使用的带式输送机的平稳、匀加速起动。对于长运距、大运量、高带速的大型输送机使用效果更加显著。同年该装置取得了国家发明专利，1998年被国家经贸委授予“国家级新产品”。目前，已在全国数十家煤矿广泛使用，受到了用户的认可，并取得了较好的经济效益和社会效益，初步建立起了一定的产品信誉。

液粘性软启动装置与目前使用的液力偶合器（含调速型液力偶合器）在基本概念和工作原理上有着本质的不同，前者基于牛顿内摩擦定律，以液体粘性或油膜剪切力来传递动力；后者则基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力。因此，液粘性软启动装置的性能要比调速型液力偶合器优越的多。

液粘性软启动装置发展的历史较短，仅仅15年左右，国际上生产同类装置的公司也不过两三家，其中较有影响的是美国的CST，他们将行星减速器与软启动装置作成一体，软启动装置设置在减速器的低速端，因此需要大直径的摩擦片，另外因主、被动摩擦片的相对转速小，控制精度要求较高。国内也有进口的CST，但用户普遍反映不理想，一是价格昂贵，二是运行费用太高，一旦出现问题，国内无法维修。因此，近年来使用的单位不多。我厂研制的液粘性软启动装置，其工作原理与CST相同，但不是与减速器的低速轴连接而是与高速轴相联，这样做，一方面可以降低摩擦片的规格，另一方面控制比较容易。但由于当时国内无类似产品可借鉴，设计、制造经验不足等原因，我厂生产的软启动装置还存在不少问题，主要是配套件如摩擦片、密封圈及液压元件质量不过关，影响了产品质量，另外过分追求控制系统的结构及性能指标使得系统的液压站和电控装置过于复杂、故障点较多，操作、维护困难等。在此之后，澳大利亚NM公司也设计生产了与我厂的液粘性软启动装置结构形式完全相同的BOSS系统，由于他们成功地解决了密封和摩擦片问题，在澳大利亚及南非一些国家得到了普遍应用，实际运行效果良好。事实证明，只要我厂能够解决现行液粘性软启动装置存在地问题，必将具有广阔的市场发展前景，带动输送机技术水平迈上新的台阶。因此，我厂确定将其作为今后输送机重点开发的基础部件之一，力争有所突破，创出品牌。

我厂自1994年开始生产软启动装置，到96年，进入稳定期，年产15台左右，但只限于本厂的产品配套。软启动如果能实现单机生产，除煤炭以外，还将在电力、化工、冶金等行业使用，潜力巨大。据预测，全国市场的年需量应在60台左右。

二、液力制动器是我厂与原煤炭邯邢煤矿设计研究院联合设计的一种用于向下运输带式输送机的新型制动装置，其工作原理相当于液力偶合器工作在i=0（S=1）工况，输入的功率全部被转变为工作液体的热能。

我厂从94年开始生产研制液力制动器，在大型下运输送机上应用多台，制动效果非常理想，受到了用户的一致肯定，97年被国家经贸委评为国家级新产品。但由于目前我厂生产的液力制动器品种单一、系统复杂、价格较高，限制了它的应用范围，只适合于大型的下运皮带机使用，在中小型下运皮带机上使用则缺乏竞争力。而从近几年的市场情况来看，下运皮带机的数量在逐年增加，市场前景十分广阔，但大多数是中小型的，我厂的液力制动器市场占有率并不高，技术优势没有得到充分体现。因此，对现有的液力制动器进行改造，以适应不同型式的下运皮带机使用已迫在眉睫。

多年的研究、探索以及生产、制造和现场技术服务，兖州煤矿机械厂已经积累了丰富的经验，掌握了从设计原理、加工制造到现场维护使用等方面全套技术，我们对下运制动技术有充分的掌握，具备了研制性能更好、可靠性更高、更加符合用户要求的新型液力制动器的能力。我们也相信，随着我厂新型的、系列化的液力制动器的研制成功，我厂将再现在下运

1

皮带机生产方面的领先地位，创造新的经济增长点。

三、现有的基础技术条件

1.兖州煤矿机械厂已有近七年生产液粘性软启动装置的历史，并且从一开始就是完全依靠自身力量独立研制成功的，因此培养造就了一批软启动装置设计、制造、调试、维护等方面的技术人才。

2.多年的设计、制造、现场技术服务，兖州煤矿机械厂对现有液粘性软启动装置的优点和缺点、与国外同类设备相比的不足之处，以及如何扬长避短、如何改进等已有清晰的思路。

3.原先制约软启动装置技术指标的国产摩擦片、高速密封圈、齿轮泵等关键另部件的特性、寿命、可靠性等都有了长足的进步，达到了相当的水平。

4.近几年来，在集团公司的积极帮助扶持下，兖州煤矿机械厂的技术力量、装备水平有了很大提高，新产品开发能力大大增强。

四、研究方案

本次改进的主要目的有三个：

a)在继续保持现有软启动装置优越的启动性能外，着重提高其运行的可靠性和操作、维护的宜人性。

b)完成系列化设计。

我厂目前仅有200KW 和500KW两种规格，与市场的要求相差很远。本次初步确定先完成200KW软启动的改进设计，取得经验后，再形成从132、200到315、400、500KW等五个新品种的设计，实现产品的系列化。

c)派生其它产品

液粘性传动不仅可以用于软启动，其实也适合于大型风机、水泵的调速节能，因此，本次改进还有一项重要要任务就是在软启动的基础上，派生出其它如调速器等产品，扩大其应用范围。

五、主要技术路线和拟采取的主要技术措施 a)选用新型摩擦片，提高其可靠性和使用寿命。

目前，可用于液粘性软启动装置的摩擦片主要有三种：铜基、纸基和炭基的。

铜基摩擦片又称铜基粉末冶金，它以铜为基体，在其中加入固体润滑剂（石墨、硫化物、易熔金属）和摩擦添加剂（氧化物、硅化物、石棉），具有动摩擦系数小、动静摩擦系数相差较大的特点，前者使液粘性软启动装置主机的尺寸加大，后者使滑差状态下的最高转速比减小，影响软启动装置的性能，因此，一般不选用。

纸基和炭基摩擦片是两种新型的摩擦材料，动摩擦系数大、动静摩擦系数相差小，适合于软启动装置使用，相比而言，炭基摩擦片的性能更佳，但国内还没有生产厂家，只能进口，因此，我厂目前生产的软启动装置选用的是纸基摩擦片。

设在上海的贺尔碧格传动有限公司已经开始代理国外的炭基摩擦片，有充足的货源，因此本次改进，我们确定选用炭基摩擦片。

b)改变控制油和润滑油的入口通道，选用结构简单、高可靠性、经济实用的新型唇形密封—PTFE动力密封圈。

现有软启动装置控制油（控制摩擦片的离合，压力为25Mpa）经过输出轴上的通孔进入执行油缸，控制主被动摩擦片的离合。由于是高压、高速，端盖与输出轴之间不能选用骨架油封，只能采用机械密封。机械密封对安装、调整的精度要求非常严格，但井下的工作环境比较恶劣，因此，实际使用过程中，机械密封故障比较频繁、漏油较严重。再加上机械密封价格昂贵、更换难度大，使得软启动装置的运行成本过高。

2

润滑油的通路与控制油基本相同,只不过油压较低,但同样需用机械密封。

改进后的软启动装置的控制油不再经过输出轴，润滑油也由直接外泄变为内泄，因此无须选用机械密封，从理论上讲，选用普通骨架密封即可，但本次改进，我们选用了国内最先进的唇形密封—PTEF动力密封圈。该密封圈用改性的聚四氟乙烯制造，与橡胶密封圈相比，可靠性提高了30倍，使用寿命可达15000小时，允许轴面线速度30—33m/s，此外还耐高温、高压。

c)实现油箱与主机分离。

通过改进内部润滑油的循环通道，实现油箱与主机的分离，使软启动装置具有安装灵活、易于搬运的特点，更加适合煤矿井下使用。

d)优化液压站和电控装置。

1)实现液压站的模块化设计，选用先进、可靠液压元件，提高液压控制系统的可靠性和操作、维护的宜人性。2）如前所述，主、被动摩擦片之间的间隙是通过调节控制油的油压来实现的，目前，国内常用电液比例阀或电液压力侍服阀调节压力，但这两种元件的性能都还不过关，我厂目前用自行研制的数字阀控制油压，使用效果良好，但同样存在不足之处，本次改进，将对其进行更深入的研究，彻底克服缺点，发扬长处。3）通过对电控系统加以优化改进，实现功率平衡的目的。

六、经济效益分析 a)市场前景

我厂自1994年开始生产软启动装置，到96年，进入稳定期，年产15台左右，但只限于本厂的产品配套。软启动如果能实现单机生产，其应用领域如矿山、电力、化工、冶金等十分广泛，在煤炭系统，不仅可用在输送机上，而且还可以用在水泵、风机上，将软启动用在矿井通风机上，节能效果能提高30％～40％。据销售部门预测，全国市场的年需量应在60台左右，在加上设备更新改造，时常前景非常可观。

b)效益分析

液粘性软启动装置属高技术含量产品，附加值较高。初步预计，单台的平均价在20,0000左右（含电控），平均制造成本约为12,0000 元,单台平均纯利润近8,0000 元,如按年产30台保守计算，产值也将达到600万元，利润200余万元，效益非常可观。

七、课题组组成 姓 名 职 务 职 称 备 注 刘金成 陈勤伟 杨学鹏 王锡法 梁 兵 姜 波 全振兴 组 长 副组长 成 员 成 员 成 员 成 员 成 员 高级工程师 机械工程师 机械工程师 机械工程师 机械工程师 机械工程师 助理工程师 3 厂总工程师 机械研究所副所长 机械研究所室主任 机械研究所室主任 李翠兰 成 员 电气工程师 研究经费 单位：万元 项 目 名 称 所 需 费 用 备 注 研究费 试制费 试验台 鉴定或评议费 合 计 八、进度安排 2000．12 项目立项 2001．3 图纸设计 2001．5 样机制造 2001．7 型式试验 2001．12 评议或鉴定

8 12 20 3 43 4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mxrf.html