液体粘性软启动装置启动平稳性研究

　　0 引言

　　启动冲击是造成带载启动机械设备损坏或缩短其使用寿命的主要原因。随着现代化工业的快速发展,大型化、重型化成为重载机械设备的一个发展趋势,启动冲击的破坏性影响越来越严重,对这类重载机械进行软启动已经势在必行。软启动是指机械设备在重载的工况下能够可控制地逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动[1]。

　　软启动不仅能够极为有效地减小启动时传动系统对工作机械的破坏性冲击,消除启动时产生的振荡,延长其使用寿命,同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间,减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响。

　　1 液体粘性软启动装置概述

　　液体粘性软启动(hydro - viscous drive,HVD)装置,是能够使大型工作机械顺利实现软启动的一种新型传动设备,它集机械、电子、液压传动与控制技术于一体。HVD技术基于牛顿内摩擦定律,其基本原理是:两相对运动平板间单位面积上的油膜剪切力与液体的动力粘度L、平板间的相对速度成正比,与平板间的间隙即油膜厚度h成反比,如图1所示。其计算表达式为

　　如图2所示,HVD装置主机在轴向装有n对相互平行、间距为h的主被动摩擦片9、10,分别与输入轴7和输出轴11连接。摩擦片之间的间隙充满了具有一定动力粘度L的润滑油。当输入轴7、主动摩擦片9由电动机(未画出)带动以一定角速度旋转时,摩擦片间油液的油膜剪切力将带动被动摩擦片10、输出轴11及其连接的负载T(未画出)以角速度进行转动。主被动摩擦片9、10间的间隙即油膜厚度h,可以通过液压控制系统进行调节。对于惯性负载T大小一定的设备,输出轴11转速唯一由油膜厚度h决定。机械设备开始启动时,HVD装置主被动摩擦片9、10之间油膜厚度为最大值hmax,输出轴11缓慢带动负载转动,实现工作机械的轻载启动,当连续调节油膜厚度h直到最小值hmin时,输出轴11的转速将逐渐增大直至工作机械的额定转速。此调速过程即为对工作机械的软启动。

　　2 HVD装置液压系统与启动平稳性分析

　　HVD装置由主机、液压控制系统、液压润滑系统及其他附件组成,基本工作原理如图2所示。图中左侧的液压控制系统为HVD装置提供进行调速操作所必需的控制油压。来自液压泵2的压力油,经过精滤油器3和换向阀6进入HVD装置的主机,推动控制活塞8运动,进而改变主动摩擦片9和被动摩擦片10之间的油膜厚度h,使输出轴11转速逐渐增大直至设定值。控制油压由HVD转速调节阀4进行连续无级调节(溢流阀5为系统安全阀),不同的油压反比例线性度对应不同的油膜厚度h。