摩擦限矩聯(lián)軸器過(guò)載保護(hù)裝置

宋恩澤

摘 要：該文分析了剛性傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載產(chǎn)生的原因，說(shuō)明了安裝摩擦限矩聯(lián)軸器的必要性，并通過(guò)摩擦限矩聯(lián)軸器打滑時(shí)間、電機(jī)電磁力矩及傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械零件強(qiáng)度的分析，指出設(shè)定摩擦限矩聯(lián)軸器最大打滑扭矩時(shí)應(yīng)考慮到的因素，從而確定摩擦限矩聯(lián)軸器的最大打滑扭矩。

關(guān)鍵詞：限矩器 摩擦 過(guò)載保護(hù)

中圖分類號(hào)：TH133.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-00-02

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)裝置種類很多，有電氣的過(guò)載保護(hù)裝置和機(jī)械的過(guò)載保護(hù)裝置。電氣的過(guò)載保護(hù)裝置，作用時(shí)間滯后，無(wú)法對(duì)機(jī)械因過(guò)載產(chǎn)生的慣性沖擊載荷實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)保護(hù)；而且在工作機(jī)構(gòu)突然卡死時(shí)，即使電氣的過(guò)載保護(hù)裝置起作用，但由于需要有一定延遲時(shí)間，此時(shí)系統(tǒng)所產(chǎn)生的慣性沖擊載荷實(shí)際已施加到機(jī)械系統(tǒng)中。這種慣性沖擊載荷力矩很大，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的破壞力極強(qiáng)。機(jī)械的過(guò)載保護(hù)裝置，如液力偶合器、剪切銷等，使用及維護(hù)有一定困難。例如，在雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刮板輸送機(jī)中，由于特性不匹配，液力偶合器無(wú)法使用，而剪切銷在其實(shí)現(xiàn)保護(hù)后，剪切銷被剪斷，機(jī)器要重新開(kāi)始工作時(shí)，需更換剪切銷，使用不便，影響生產(chǎn)，效率低。使用摩擦限矩聯(lián)軸器（以下簡(jiǎn)稱限矩器），在其實(shí)現(xiàn)保護(hù)后，不需對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，排除故障后，可直接啟動(dòng)電機(jī)工作，提高了生產(chǎn)效率。目前，限矩器的使用非常普遍，在進(jìn)口設(shè)備中，雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刮板輸送機(jī)，連續(xù)采煤機(jī)的截割部，以及連續(xù)運(yùn)煤系統(tǒng)的運(yùn)輸傳動(dòng)系統(tǒng)，破碎傳動(dòng)系統(tǒng)都普遍采用限矩器。

1 過(guò)載產(chǎn)生的原因

剛性傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、工作機(jī)構(gòu)組成。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、質(zhì)量大（相當(dāng)于一個(gè)大飛輪），其慣性能占整個(gè)傳動(dòng)部慣性能的80%～90%，所以當(dāng)工作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)過(guò)載、轉(zhuǎn)速下降時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)將其慣性能全部釋放出來(lái)，傳遞到減速器第一軸。據(jù)PT Tech公司研究表明，在轉(zhuǎn)速突然降低一半的情況下，電機(jī)慣性矩大小與電機(jī)功率的關(guān)系如圖2所示。由于是突然卡死，過(guò)載瞬時(shí)扭矩即施加到整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。即使系統(tǒng)有電氣的過(guò)載保護(hù)裝置，但它需要一定延遲時(shí)間才能起作用，所以它無(wú)法對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行瞬時(shí)保護(hù)。

圖1 剛性傳動(dòng)系統(tǒng)

圖2 電機(jī)慣性矩大小與功率的關(guān)系

2 限矩器最大打滑扭矩的設(shè)定

帶有限矩器的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。系統(tǒng)由電機(jī)、限矩器、減速器及工作機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)工作機(jī)構(gòu)突然卡死、轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的慣性矩傳遞到限矩器，限矩器主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片打滑，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性能轉(zhuǎn)化為熱能，并輸出打滑扭矩到減速器輸入軸。因此，減速器輸入軸所承受的最大扭矩即為限矩器打滑扭矩，故合理設(shè)置限矩器打滑扭矩，即可有效地保護(hù)減速器及整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)扭矩小于或等于限矩器打滑扭矩。限矩器最大打滑扭矩的設(shè)定應(yīng)考慮以下因素。

圖3 帶限矩器的傳動(dòng)系統(tǒng)

2.1 限矩器的發(fā)熱

限矩器是通過(guò)主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片打滑，從而限制系統(tǒng)扭矩的增加，實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能的。當(dāng)主從摩擦片打滑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。限矩器為干式摩擦，散熱慢。如果打滑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)燒壞摩擦片，使限矩器失效。因此，限矩器打滑時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。在工作機(jī)構(gòu)突然卡死情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片受力狀況如圖4所示。M1為電機(jī)轉(zhuǎn)子所受的電磁力矩；M2為限矩器從動(dòng)摩擦片作用于主動(dòng)摩擦片的阻轉(zhuǎn)矩，即限矩器打滑扭矩；t為限矩器打滑時(shí)間，即工作機(jī)構(gòu)突然卡死、電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1降為0的時(shí)間。因?yàn)?/p>

（1）

（ε—電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片的角加速度，

J—電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。）

（2）

（ω1—電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片的初始角速度，

ω2—電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片的角速度。）

（3）

所以當(dāng)ω2=0時(shí) （4）

由（4）式可見(jiàn)，限矩器打滑時(shí)間隨轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J的增大而增大，隨打滑扭矩M2的增大而減小。但要求M2必須大于M1。

1-電機(jī)轉(zhuǎn)子 2-限矩器主動(dòng)摩擦片

圖4 電機(jī)轉(zhuǎn)子及限矩器主動(dòng)摩擦片受力狀況

電機(jī)電磁力矩的特性曲線如圖5所示，其最大值為電機(jī)力矩的2.25倍。

圖5 電機(jī)特性曲線

也就是說(shuō)，限矩器最大打滑扭矩應(yīng)大于2.25倍的電機(jī)額定扭矩，并且大得越多，限矩器打滑時(shí)間則越短，發(fā)熱也就越少。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械零件的強(qiáng)度

限矩器的最大打滑扭矩不應(yīng)超過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械零件的最大許用扭矩，否則，會(huì)造成傳動(dòng)件的損壞，從而使限矩器失去保護(hù)

作用。

3 結(jié)語(yǔ)

在剛性的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)工作機(jī)構(gòu)突然被卡死、電機(jī)過(guò)載時(shí)，電氣的過(guò)載保護(hù)裝置需經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間后才能起作用；一般的機(jī)械過(guò)載保護(hù)裝置雖然能即時(shí)起作用，但其使用和維護(hù)有一定的困難；摩擦限矩聯(lián)軸器可避免上述保護(hù)裝置的缺點(diǎn)，而且具有良好的保護(hù)性能。

限矩器的最大打滑扭矩應(yīng)大于2.25倍的電機(jī)額定扭矩，但應(yīng)小于傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械零件的最大許用扭矩。我們?cè)趯?shí)踐中設(shè)定限矩器的最大打滑扭矩為電機(jī)額定扭矩的3.5倍。連續(xù)運(yùn)煤系統(tǒng)及刮板輸送機(jī)用的限矩器采用這一設(shè)定值，設(shè)備運(yùn)行良好。

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