1、1582023 年第 5 期超越离合器在矿用带式输送机中的应用张国耀（山西汾西正城煤业有限责任公司，山西 吕梁 033000）摘 要 为降低带式输送机在启动过程中电能消耗，采用超越离合器实现 2109 综采工作面运输顺槽所使用DSJ-800 运输皮带系统驱动，通过智能检测系统对启动电流的实时检测，与设定值进行分析比对，核定皮带空载、重载的运行状态，继而调整开机时的电动机启动数量，当出煤重载后，再增加电动机开机台数。实践表明：超越离合器投入应用后，综合节能效率可达到 11.3%11.6%。关键词 带式输送机；超越离合器；节能中图分类号 TD528+.1 文献标识码 A doi:10.3969/j
2、.issn.1005-2801.2023.05.051Application of Overrunning Clutch in Mining Belt ConveyorZhang Guoyao(Shanxi Fenxi Zhengcheng Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Lliang 033000)Abstract:In order to reduce the electrical energy consumption of the belt conveyor during the startup process,an overrunning clutch is
3、adopted to drive the DSJ-800 conveyor belt system used in the transportation trough of the 2109 fully mechanized mining face.The intelligent detection system detects the real-time starting current,analyzes and compares it with the set value,verifies the no-load and heavy-duty operating status of the
4、 belt,and then adjusts the number of motor starting devices during startup.When the coal is overloaded,the number of motor starting devices is increased.Practice shows that after the application of the overrunning clutch,the comprehensive energy-saving efficiency can reach 11.3%-11.6%.Key words:belt
5、 conveyor;overrunning clutch;energy-saving收稿日期 2022-10-30作者简介 张国耀（1986），男，山西孝义人，2008 年毕业于山西煤炭职业技术学院矿山机电专业，工程师，现在山西汾西正城煤业有限责任公司从事机电管理工作。张国耀：超越离合器在矿用带式输送机中的应用张国耀：超越离合器在矿用带式输送机中的应用矿用带式输送机不仅具备结构简单、稳定性强、装载能力大等优点，而且经过技术改进与产品性能升级，诸如撕裂保护、过载保护、打滑保护与跑偏保护等保护措施的应用，提升皮带运行的安全性1。但皮带每次启动都要消耗较大功率，而稳定运行后需要的功率较小。基于此，根
6、据带式输送机启动及正常运行阶段的功率变化，对正城煤业有限责任公司采用 DSJ-800 带式输送机的超越离合器、智能检测系统等开展研究，以期达到节省用电、降低电能消耗的目的。1 传统离合器的使用现状离合器是带式输送机转运的关键部件，可以根据皮带运行状态，在不停机的条件下随时将主从动轴进行接合与分离。但受到技术限制以及工艺加工精度等因素的影响，在带式输送机离合器接合过程中，势必要改变轴承的运动状态，当主从动轴销贴合的瞬间，会受到强大动能冲击力的作用，若润滑效果不佳，会产生刺耳噪音，且当轴承加工质量不达标时，也会存在瞬间断轴的风险，存在较大安全隐患2。因此，为杜绝此类现象发生，考虑提出“超越离合器”
7、的概念设计。正城煤业有限责任公司属于资源整合矿井，核定产能 90 万 t/a。为确保矿井主井运输皮带能够实现安全稳定运行，提升运载能力，对带式输送机进行技术改造，将超越离合器融入设备应用。超越离合器作为离合器分类的重要组成部分，主要依靠主动轮与从动轮在运行过程中的速度变化，或者转向发生变化调整后，得以实现二者之间的合并与脱扣。当二者之间的运动状态与轨迹相同时，即达到合并接合的状态；当二者脱离，却仍然可以按照各自运行速度或是运转方向动作时，则处于超越状态。在1592023 年第 5 期张国耀：超越离合器在矿用带式输送机中的应用张国耀：超越离合器在矿用带式输送机中的应用此基础上，引入楔块运动模式，
8、改变原有轴销依靠固定部位实现紧锁接合的方式，可以借助楔块接触面积小、开合灵敏度高，以及具备的自锁功能等，灵活实现主、从动轮的状态改变，提升扭矩传输，减少过多接触元件的磨损消耗，降低能量损耗。2 超越离合器的运动原理及组织结构2.1 运动原理超越离合器的运动原理主要依靠主动件与从动件二者之间的不同运转速度和转运方向来实现动作切换。当驱动轮与从动轮同步运转时，接合部件共同工作；当驱动轮与从动轮分别单独运转时，则二者脱离，实现超越状态。在矿井正常生产过程中，带式输送机要承担起较大载荷的重物运输3，因此，为满足运输需要，往往配备有双离合电动机与减速机，具有较大的电机功率。为减小启动能量损耗，超越离合器
9、可以较好地规避扭矩不足的问题。2.2 组织结构超越离合器的设计结构主要由内圈、外圈、从动盘、盘销、楔形等部件组成。由于采用新型设计方式，使得离合器可以与各分部间连接，从而提供更大扭转功率，缓解接合时的动能冲击，延长部件使用寿命。如图 1。图 1 超越离合器结构设计图根据图 1 所示，外圈通过与内圈一体的楔形、盘销等部件相连接，设备工作时，由驱动盘负责输入动力，内圈负责输出动力。当从动盘的盘销驱动楔子与外圈做相对运动时，从动盘与内圈也会同步实现顺时针旋转，从而将内外两个圈进行紧固，如图 2（a）。此外，当盘销驱动楔子与外圈的旋转方向呈相对运动时，即逆时针旋转，楔子与内圈则会分开，然后二者处于超越
10、状态，各自以不同旋转方向和速度继续转动运行，如图 2（b）。由于在进行超越离合器的设计时，考虑到离合器的内外圈紧固与分离不同状态，确保楔子上的销孔能够与外圈对应位置顺滑连接，同时，外圈利用楔体的支撑，不能随意绕销旋转，实现位置自锁，以达到当楔体和内圈分离而不接触的目的。（a）（b）图 2 超越离合器运动状态内部结构图3 运行工况与效果分析3.1 运行工况参数山西汾西正城煤业 2109 综采工作面运输顺槽选用的 DSJ-800 型带式输送机设计带宽 1.2 m，正常运转速度 2.5 m/s，运载负荷 1700 t/h，最大延伸铺设长度 800 m，皮带运载最大倾角为 15。配备有四台驱动电机，以
11、及前后双电动滚筒，其电机型号 YB630M2-4，单台电机功率达到 200 kW，电压10 kV，驱动滚筒可实现转速 1500 r/min；变速箱型号为 ML3PSFl40，变速比 i=40，采用新设计的超越离合器实现整体的系统驱动。根据带式输送机的电机配置，共计安装有四台驱动电机，将超越离合器安装在皮带驱动滚轴上，即开车滚筒上，在齿轮箱的低速轴上安装从动盘。当设备启动开车后，经过智能检测系统对电机功率的实时数据采集，计算皮带实际功率与载荷的需求，超越离合器可分离停运一至两组皮带电机的运行，实现变速箱电机运行状态的自动切换，避免四组电机共同启动，造成扭力输送过大引起动能及功率浪费4。皮带超越离
12、合器驱动系统如图 3。图 3 皮带超越离合器驱动系统为确保带式输送机超越离合器的运行安全，对运行状态实时监测，必须坚持以下原则：1）皮带1602023 年第 5 期传输扭矩不超过离合器公称扭矩；2）选用安装皮带的出厂原始轴装离合器设定运转速度不得超过超越离合器转运速度的最大值；3）皮带双轴离合器设定的旋转方向必须符合超越离合器的允许方向，避免出现断轴和撕裂；4）皮带双驱动滚筒的直径要与超越离合器的内外圈直径相匹配，以便选取合适的连接方式；5）皮带旋转驱动滚筒安装时必须确保同心同轴，避免运行时出现误差，增大皮带运输张力，提升转运负荷。3.2 应用效果分析2109 综采工作面运输顺槽带式输送机的四
13、台电机启动运行，从初始开机到达到电流峰值的 120 s时间段内，智能检测系统捕捉到工作电流的运行参数。当电机工作电流未达到设定值时，说明此时皮带运输为空载状态，或是运输载量不大，无需四台电机同时启动提供动能，则经过系统检测，自动调节关闭 12 台电机；若在启动运行后，随着出煤量增大，皮带载荷增加，电动机电流也随之增大，则系统检测后，会自动传输过载信号，启动备用电动机，或是停运的电动机，共同投入运行，提供更大的动能以供皮带牵引，平衡掉过载能量。以此，通过自动调节电动机的开停状态，最大限度节约能量。利用以上原理，以运行期间关闭 2#电动机举例说明。表 1 和表 2 分别记录说明带式输送机的空载、重
14、载两个状态下的电流检测数值。经过数值测算，超越离合器投入应用后，综合节能效率可达到11.3%11.6%。表 1 带式输送机空载运输电流值 A电流来源1#马达2#马达3#马达4#马达四电机启动电流142121120120四电机运行电流90606190三电机运行电流9007576 表 2 带式输送机重载运输电流值 电流来源1#马达2#马达3#马达4#马达皮带重载/（th-1）四电机运行电流/A907071701700三电机运行电流/A1000858517004 结语通过对带式输送机不同开停状态下的运行电流进行实时在线监测，对正常四台电动机同时开机提供驱动能的数值，与引入超越离合器优化启动程序，根据
15、皮带运载量的实际情况调整开机数量，再次检测电流数值进行前后对比，经过实践验证，综合效率提升约 11%，较之前极大节省了启动皮带时的能量输出，尤其是频繁启动皮带造成的电能损耗与设备磨损。因此，经过技术改进，为企业生产降低了电力成本，延长了设备的使用寿命，奠定皮带运行的安全稳定基础。【参考文献】1 聂爱国.超越离合器在带式输送机上的应用研究J.机械管理开发，2019，34（12）：211-212.2 郭延磊，王绪科.新型带式输送机超越离合器设计研究 J.南方农机，2019，50（11）：99+106.3 刘志辉，吕卓健.斜撑超越离合器接合冲击研究J.现代制造技术与装备，2022，58（02）：48-51.4 谢昊，向文江，刘志辉.斜撑超越离合器微动磨损仿真研究 J.清洗世界，2022，38（02）：17-19.
