CN105673798A - 刮板输送机用液力变矩偶合器 - Google Patents

Abstract

本发明旨在克服现有液力偶合器不变矩、液力变矩器效率低下的缺点，提供了一种刮板输送机用液力变矩偶合器，其特征在于，导轮布置在涡轮与泵轮中间，导轮固定在导轮座前端圆柱面上，导轮座为类轴套筒状阶梯式回转体，导轮座内部中空成圆柱面，泵轮通过深沟球轴承套装在导轮座上，输出轴的输出端通过深沟球轴承安装在导轮座内部中空的圆柱面内，泵轮叶片和涡轮叶片均为直叶片，泵轮和涡轮均无内环，导轮叶片为弯曲叶片，导轮无内环，导轮叶片的进口角度为90°，出口角度为160°；本发明结构简单，制造方便，启动力矩远大于一般的限矩型液力偶合器，相对于已开发应用于现有刮板输送机的变矩器以及偶合器来有很大的进步。

Description

刮板输送机用液力变矩偶合器

技术领域

本发明涉及一种应用于刮板输送机上的新型液力元件——液力变矩偶合器。它综合了液力变矩器与液力偶合器的优点，克服了液力变矩器效率低和液力偶合器不变矩的缺点。

背景技术

刮板输送机广泛应用于煤矿井下以及其他工作条件恶劣运输负荷变化较大的场所，启动时因输送线上堆存煤层过厚形成较大的启动负载；在输送过程中常因加料过多或大型煤块的阻塞而造成突然的过载。为避免因频繁启动和过载启动损坏机构，安全可靠的过载保护对刮板输送机的正常工作相当重要。

目前常用限矩型液力偶合器作为动力机和刮板机之间的传动装置。液力偶合器是一种靠液体动量矩的变化传递力矩的液力传动装置。限矩型液力偶合器结构简单，只有泵轮、涡轮、外壳等零件。泵轮、涡轮均无内环，泵轮、涡轮均为直叶片，叶片进出口角度均为90°。工作时输入轴一端与动力机相连，另一端与泵轮相连；输出轴一端与涡轮相连，另一端与工作机相连。工作时动力机通过输入轴带动偶合器泵轮旋转，泵轮通过工作腔内的液体带动涡轮旋转，从而将动力传入到输出轴。动压泄液式限矩偶合器在泵轮一侧设置容量较大的后辅腔。超载时，液体一部分流向辅助腔内使工作腔冲液率降低，力矩不再升高。它能有效的解决刮板输送机的满负荷顺利，平稳启动的问题。当转速上升直至平稳后，限矩型偶合器也能有效保护过载，保护电动机和减速器在超载时不受损坏。传动效率高，最高可达到96％～98％。但是，满载启动时，刮板输送机需要非常大的启动力矩。而稳定工作阶段，并不需要很大的力矩。

液力变矩器其主要工作部件有泵轮、涡轮及导轮，工作腔内设置有内环，泵轮、涡轮、导轮叶片均为有一定角度的弯曲叶片，泵轮、涡轮、导轮叶片进口角度根据其型号和用途互有异同。泵轮，涡轮。导轮的叶片间的空间形成一个密闭工作腔，液体在腔内循环流动，其中泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相连。动力机带动输入轴旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮，周而复始地循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体。高速液体推动涡轮旋转，将能量传给输出轴。由此可见液力变矩器可以满足刮板机在启动时需要较大启动力矩的要求。但是，当启动完毕进入平稳工作阶段。液流方向仍为液流由泵轮流向涡轮再流向导轮。由于此时并不需要很大的转矩，因此液流就没有必要流经导轮，此时便多耗费很多能量，效率并不如液力偶合器那样高。在额定工况下液力变矩器效率最高约为85％～92％，而液力偶合器的传动效率可达到96％～98％。

本发明属于对限矩型液力偶合器的发展和改进。煤矿刮板输送机大多都是带载启动，需要很高的启动力矩。液力变矩偶合器可克服液力偶合器不变矩这一特性，从而达到提高启动转矩，减缓冲击，并且仍然保留限矩型液力偶合器传动效率高的优良特点。液力变矩偶合器是基于限矩型液力偶合器结构，在泵轮与涡轮之间加装导轮。其工作原理是利用工作腔内的循环流态随转差率的变化而变化的这一原理进行工作的。当转差率小时，工作液体作小环流运动，液流只流经泵轮和涡轮，而不触及导轮，所以完全是偶合器工况。当转差率大时，工作液体作大环流运动。液流流经导轮，此时是变矩工况。介于偶合工况与变矩工况之间的是过渡工况，此时液流同时存在大环流和小环流，并且随转差率的增加，作小环流运动的工作液体流量逐渐减小，逐步过渡到大环流运动。由此可见，液力变矩偶合器综合了液力变矩器和液力偶合器两者的优点。在功能上突破了液力偶合器不变矩、液力变矩器效率低下的缺点，能够达到提高启动转矩，减缓冲击，并且仍然保留限矩型液力偶合器传动效率高的优良特点。

CN102052442A公开了“液力变矩偶合器正车减速箱”，该专利主要讨论了应用于机械传动石油钻机的一种传动机构，通过减速齿轮传动以增大扭矩，来提高钻井功效，提高传动效率。而本专利着重考虑刮板输送机带载启动所需力矩较大，为降低动力机的启动力矩，减小启动电流，而把限矩型液力偶合器进行改装，使其具有变矩性能，同时在高速时又不影响其工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了液力偶合器不变矩、液力变矩器效率低下的缺点。实现了启动时增大转矩，呈“变矩器工况”，正常工作时液体不经过导轮，具有高效率，呈“偶合器工况”。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

刮板输送机用液力变矩偶合器，包括一个半连接盘，半连接盘通过半联轴器与启动电机连接，弹性盘装配在半连接盘内部，传动板通过螺钉固定在外壳上，外壳端盖通过螺钉固定在外壳上，外壳内的阶梯轴肩与外壳端盖之间固定有1号深沟球轴承，外壳通过螺栓与泵轮相连接，泵轮通过螺钉与辅助油室外壳相连接，辅助油室外壳与2号深沟球轴承接触处装有油封；涡轮通过螺钉与涡轮毂相连，涡轮毂套在1号深沟球轴承内圈上，涡轮毂通过花键与输出轴的输入端连接，输出轴的输出端与工作机相连，其特征在于，导轮布置在涡轮与泵轮中间，导轮通过弹性卡圈、轴套以及花键固定在导轮座前端圆柱面上，导轮座为类轴套筒状阶梯式回转体，导轮座外表面由圆柱面和圆锥面组成，导轮座的圆柱面与导轮座的圆锥面交界处有导轮座外表面阶梯轴肩，导轮座的圆锥面为过度轴肩，导轮座的圆锥面后端为导轮座底座，导轮座底座上有孔，导轮座内部中空成圆柱面，导轮座内部中空的圆柱面靠近导轮座底座处有导轮座内表面阶梯轴肩，泵轮套在2号深沟球轴承外圈上，轴套和导轮座外表面阶梯轴肩之间固定有2号深沟球轴承，导轮座的圆柱面套在2号深沟球轴承的内圈上，导轮座通过孔上的螺栓固定在箱体上，轴承端盖通过螺钉固定在导轮座底座上，导轮座内表面阶梯轴肩与轴承端盖之间固定有3号深沟球轴承，输出轴的输出端套在3号深沟球轴承内圈上，泵轮叶片和涡轮叶片均为直叶片，泵轮和涡轮均无内环，导轮叶片为弯曲叶片，导轮无内环。

进一步的技术方案包括：

导轮叶片的进口角度为90°，出口角度为160°。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明设计所述的液力变矩偶合器结构简单，制造方便，在充分满足刮板输送机启动要求的基础上在限矩型液力偶合器上加装一个导轮即可实现液力偶合器具有变矩功能的改装，由于液力变矩偶合器带有导轮，故其在启动工况能变矩，其启动力矩远大于一般的限矩型液力偶合器。

2.一般液力变矩器需在全充满状态下运转，否则容易发生汽蚀现象，故必须带有补偿系统。本发明可以在非充满状态下运行，无汽蚀产生。又因效率较高；发热少，故省去了一切补偿系统。

3.本发明设计所述的液力变矩偶合器只是对已有限矩型偶合器进行一个简单的改进，使得液力偶合器能够在大转差率的工况下具有变矩的功能，设计较为灵活，导轮的相关尺寸可以根据实际情况再调整，拥有能够稍加调整就可以成批量生产出适合不同种类不同工况下石油钻机传动系统的液力元件。

4.本发明设计所述的液力变矩偶合器经过流场建模和理论计算，证明其具有所述的功能，相对于已开发应用于现有刮板输送机的变矩器以及偶合器来说有着很大的进步，能够更好的应用于刮板输送机。

附图说明

图1是本发明所述的液力变矩偶合器主视图上的全剖视图；

图2是本发明泵轮涡轮导轮叶片所形成的腔型空间剖视图；

图3是本发明所述的液力变矩偶合器中的泵轮正视图；

图4是本发明所述的液力变矩偶合器中的泵轮沿图3中A-A方向剖视图；

图5是本发明所述的液力变矩偶合器中的涡轮正视图；

图6是本发明所述的液力变矩偶合器中的涡轮沿图5中B-B方向剖视图；

图7是本发明所述的液力变矩偶合器中的导轮正视图；

图8是本发明所述的液力变矩偶合器中的导轮沿图7中C-C方向剖视图；

图9是本发明所述的液力变矩偶合器中的导轮的轴二测投影图；

图10是本发明所述的液力变矩偶合器中的导轮叶片图。

图1中：1.泵轮，2.导轮，3.涡轮，4.注油塞，5.外壳，6.1号内六角圆柱头螺钉，7.1号弹簧垫圈，8.1号六角螺母，9.双头螺柱螺钉，10.传动板，11.半连接盘，12.弹性盘，13.涡轮毂，14.2号弹簧垫圈，15.2号内六角圆柱头螺钉，16.1号深沟球轴承，17.外壳端盖，18.六角头螺栓，19.3号弹簧垫圈，20.2号六角螺母，21.轴套，22.2号深沟球轴承，23.油封，24.4号弹簧垫圈，25.六角头螺钉，26.辅助油室外壳，27.导轮座，28.3号内六角圆柱头螺钉，29.3号深沟球轴承，30.输出轴，31.轴承端盖，32.流通孔，33弹性卡圈，34导轮座孔，35.导轮座外表面阶梯轴肩，36.导轮座底座，37.导轮座内表面阶梯轴肩，38.泵轮叶片，39.涡轮叶片，40.导轮叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明：

如图1所示为液力变矩偶合器，包括一个半连接盘11，半连接盘11通过半联轴器与启动电机连接，弹性盘12装配在半连接盘11内部，传动板10通过1号弹簧垫圈7、1号六角螺母8、双头螺柱螺钉螺钉9固定在外壳5上，外壳端盖17通过1号内六角圆柱头螺钉6固定在外壳5上，外壳5内的阶梯轴肩与外壳端盖17之间固定有1号深沟球轴承16，外壳5通过螺栓与泵轮1相连接，泵轮1通过六角头螺栓18、3号弹簧垫圈19、2号六角螺母20与辅助油室外壳26相连接，辅助油室外壳26与2号深沟球轴承22接触处装有油封23；涡轮3通过2号弹簧垫圈14、2号内六角圆柱头螺钉15与涡轮毂13相连，涡轮毂13套在1号深沟球轴承16内圈上，涡轮毂13通过花键与输出轴30的输入端连接，输出轴30的输出端与工作机相连，其特征在于，导轮2布置在涡轮3与泵轮1中间，导轮2通过弹性卡圈33、轴套21以及花键固定在导轮座27前端圆柱面上，导轮座27为类轴套筒状阶梯式回转体，导轮座27外表面由圆柱面和圆锥面组成，导轮座27的圆柱面与导轮座27的圆锥面交界处有导轮座外表面阶梯轴肩35，导轮座27的圆锥面为过度轴肩，导轮座27的圆锥面后端为导轮座底座36，导轮座底座36上有孔34，导轮座27内部中空成圆柱面，导轮座27内部中空的圆柱面靠近导轮座底座36处有导轮座内表面阶梯轴肩37，泵轮1套在2号深沟球轴承22外圈上，轴套21和导轮座外表面阶梯轴肩35之间固定有2号深沟球轴承22，导轮座27的圆柱面套在2号深沟球轴承22的内圈上，导轮座27通过孔34上的螺栓固定在箱体上，轴承端盖31通过3号内六角圆柱头螺钉28固定在导轮座底座36上，导轮座内表面阶梯轴肩37与轴承端盖31之间固定有3号深沟球轴承29，输出轴30的输出端套在3号深沟球轴承29内圈上，泵轮叶片38和涡轮叶片39均为直叶片，泵轮1和涡轮3均无内环，导轮叶片40为弯曲叶片，导轮2无内环。

如图1所示，外壳5上装有注油塞4，拔开注油塞4，将工作油由外壳5上的注油孔注入工作腔内。刮板机上的启动电机(图中未给出，应装在图左侧位置)旋转，液力变矩偶合器开始工作，启动电机通过半联轴器带动半连接盘11、弹性盘12、传动板10、绕图1中中心线旋转。此运动传递给外壳5绕图1中心线旋转。外壳5将动力传到泵轮1上，泵轮1与辅助油室外壳26一起旋转。泵轮1上有流通孔32，可使油液在泵轮1和辅助油室外壳26之间流动，以此来调整液力变矩偶合器的充液率。当启动工况时，泵轮1与涡轮3转速差很大，液体流经导轮2，呈大环流运动。泵轮1旋转时工作油被泵轮叶片38带动旋转产生液流，液流冲击涡轮叶片39后流向导轮叶片40，经导轮2导向后流回泵轮1。导轮2位置固定不动，所以在液流由涡轮叶片39冲击导轮叶片40的时候，导轮叶片40会给涡轮叶片39一个反作用力。泵轮叶片38带动液流的推动力和导轮叶片40通过液流对涡轮叶片39的反作用力推动涡轮3开始旋转，此时涡轮3的力矩是泵轮1的输入力矩与导轮2上力矩之和，液力变矩偶合器起变矩作用。涡轮3将动力传给与之相连的涡轮毂13，涡轮毂13通过花键连接向输出轴30传递运动，输出轴30经其他的传动机构之后将动力传输到工作机刮板机的输送机上。本发明所述的刮板输送机用液力变矩偶合器，可以达到提高启动力矩的作用。当工作机速度上升至额定速度时，泵轮1与涡轮3转速相同，转速差为零，此时液体呈小环流运动。泵轮1旋转时工作油被泵轮叶片38带动旋转产生液流，液流冲击涡轮叶片39后不经过导轮2直接返回泵轮1，泵轮叶片38带动液流的推动力推动涡轮3旋转，此时涡轮3的力矩是泵轮1的输入力矩，液力变矩偶合器起偶合作用，此时工作效率高于液力变矩器。如图2所示，泵轮1与涡轮3均采用径向直叶片，泵轮1与涡轮3均无内环，泵轮叶片38与涡轮叶片39进出口角度均为90°，而导轮2采取弯曲叶片，导轮2无内环，通过低速工况下的状态分析来确定导轮叶片40相关参数的选取：

(1)出口角160°

根据经验公式知因为β_2D>90°,当β_2D上升时，分母中右边一项的绝对值将上升，又因该项之值小于零大于负1，因此K也上升；但由于β_2D上升将促使下降，在C_2D0为常数及b_2D已达b_2Dm(最大值)的情况下，是导轮流量变化导致又会导致K下降，因此一定存在β_2D取某一值使得K能取得最大值。根据有关资料的实验得出结论：当出口角为160°时变矩系数能K达到最大值。(其中：K是变矩系数，R_2D是导轮出口半径，ψ_2D是导轮出口排挤系数，ω_B是泵轮旋转角速度，C_2D0是子午流速，β_2D是导轮出口叶片角，b_2Dm是导轮出口有效轴向宽度，R_2BD是泵轮出口半径，Q₀是零速工况导轮流量。)

(2)导轮叶片数21片

根据经验公式知Z_D和σ_2D上升将会使ψ_2D下降，而ψ_2D下降会导致K下降，显然从这一点出发应该减小Z_D和σ_2D。但是由于叶片是导轮赖以改变液体环量的依据，Z_D越小，有限叶片影响系数越低，由变矩器的原理可知Z_D太小K也会下降。因此一定存在Z_D取某一值使得K能取得最大值。根据相关资料的实验数据知叶片数为21片时为不会使流通排挤系数下降，也不会使变矩系数下降，为最佳效果。其中Z_D为叶片数。σ_2D为叶片厚度，R_2D是导轮出口半径，β_2D是导轮出口叶片角。

(3)入口角90°

虽然变矩系数K与入口角无关，但导轮的入口角过大会造成其叶片背面的严重脱流阻塞现象，无疑将会降低到轮中的流量。为了提高导轮流量，导轮入口在零工速工况应该为无冲击入口工况，通过查阅有关资料的实验结果知当入口角为90°时为最佳效果。

由此得出当导轮叶片40进口角度为90°出口角度为160°时最有益。通过此装置，可以实现当液力变矩偶合器处于高转速比时，液体呈“小环流”运动，只流经泵轮1和涡轮3，而不经过导轮2，所以此时不变矩，呈偶合器工况；当处于低转速比时，液体呈“大环流”运动，工作液体流经泵轮1、导轮2、涡轮3，呈变矩器工况；介于两者之间的是过渡工况，并且随着转速比的增大，液体逐渐由“大环流”过渡到“小环流”。由此可见，液力变矩偶合器兼具液力偶合器与液力变矩器的优点。

Claims (2)

1.刮板输送机用液力变矩偶合器，包括一个半连接盘(11)，半连接盘(11)通过半联轴器与启动电机连接，弹性盘(12)装配在半连接盘(11)内部，传动板(10)通过螺钉固定在外壳(5)上，外壳端盖(17)通过螺钉固定在外壳(5)上，外壳(5)内的阶梯轴肩与外壳端盖(17)之间固定有1号深沟球轴承(16)，外壳(5)通过螺栓与泵轮(1)相连接，泵轮(1)通过螺钉与辅助油室外壳(26)相连接，辅助油室外壳(26)与2号深沟球轴承(22)接触处装有油封(23)；涡轮(3)通过螺钉与涡轮毂(13)相连，涡轮毂(13)套在1号深沟球轴承(16)内圈上，涡轮毂(13)通过花键与输出轴(30)的输入端连接，输出轴(30)的输出端与工作机相连，其特征在于，导轮(2)布置在涡轮(3)与泵轮(1)中间，导轮(2)通过弹性卡圈(33)、轴套(21)以及花键固定在导轮座(27)前端圆柱面上，导轮座(27)为类轴套筒状阶梯式回转体，导轮座(27)外表面由圆柱面和圆锥面组成，导轮座(27)的圆柱面与导轮座(27)的圆锥面交界处有导轮座外表面阶梯轴肩(35)，导轮座(27)的圆锥面为过度轴肩，导轮座(27)的圆锥面后端为导轮座底座(36)，导轮座底座(36)上有孔(34)，导轮座(27)内部中空成圆柱面，导轮座(27)内部中空的圆柱面靠近导轮座底座(36)处有导轮座内表面阶梯轴肩(37)，泵轮(1)套在2号深沟球轴承(22)外圈上，轴套(21)和导轮座外表面阶梯轴肩(35)之间固定有2号深沟球轴承(22)，导轮座(27)的圆柱面套在2号深沟球轴承(22)的内圈上，导轮座(27)通过孔(34)上的螺栓固定在箱体上，轴承端盖(31)通过螺钉固定在导轮座底座(36)上，导轮座内表面阶梯轴肩(37)与轴承端盖(31)之间固定有3号深沟球轴承(29)，输出轴(30)的输出端套在3号深沟球轴承(29)内圈上，泵轮叶片(38)和涡轮叶片(39)均为直叶片，泵轮(1)和涡轮(3)均无内环，导轮叶片(40)为弯曲叶片，导轮(2)无内环。

2.根据权利要求1所述的刮板输送机用液力变矩偶合器，其特征在于，导轮叶片(40)的进口角度为90°，出口角度为160°。