项目三 采区运输机械4.doc

项目三 综采运输机械 课题四 液力偶合器 知识点 ◆液力偶合器的结构及工作原理 技能点 ◆液力偶合器的使用和维护 ◆液力偶合器的常见故障分析与处理方法一、任务描述 图 3-4-1 所示为液力偶合器的外形 图，它是利用液体来传递力矩的一种液 力传动装置，通常液力偶合器一端与电 动机连接，另一端与减速器连接，通过 液力偶合器能够控制工作液体传递力 矩大小，从而可以使电动机启动平稳， 并可对电动机进行过载保护目前在煤 矿井下使用的刮板运输机、桥式转载机 和可伸缩胶带运输机的传动装置中，广 泛使用液力偶合器 该任务要求对偶合器进行安装、使 用与维护，并能够排除液力偶合器运行 中出现的故障 二、任务分析 在实际的生产中，液力偶合器如不能正确使用与维护，就会出现 启动力矩减小，电动机发热甚至烧毁等问题，要解决这些问题，必须 首先了解液力偶合器的结构、工作原理及各部分的作用，这样才能正 确的排除故障另外，在安装、拆卸以及加注润滑油时也必须清楚各 部分的位置及相互配合关系下面就先来学习液力偶合器的结构和工 作原理 三、相关知识 （一）液力偶合器的结构和工作原理 1.液力偶合器的结构 图 3-4-2 所示为在 SGW-150 型刮板运输机上使用 YL-450 型液 力偶合器，它主要由泵轮、涡轮、外壳、辅助室外壳、弹性联轴器和易熔合金保护塞等组成。

泵轮和涡轮组成了液力偶合器的工作轮，均用 高强度的铝合金铸造而成， 其腔内分布着不同数量的 平面径向叶片泵轮通过 外壳（两者用螺栓紧固在一 起）及弹性联轴器与电动机 轴相连接当电动机转动 时，外壳、泵轮及辅助室外 壳一起转动涡轮用铆钉 固定在从动轴的轴套上， 轴套与减速器的输入轴相 连泵轮和外壳通过轴承 装在轴套上，所以，泵轮和 涡轮之间没有任何刚性联 系，可以相互转动但当在 泵轮和涡轮叶片组成的工 作腔中注入一定量的工作 液体后，再启动电动机，在 液体动力的作用下，便能 完成能量的传递涡轮外壳边缘上装有两个易熔合金保护塞，当工作 温度超过允许值时，易熔合金保护塞熔化，工作液体从工作腔内喷出， 以保护机器的安全在启动和低速运转时，后辅助室内可以储存一部 分工作液体，以改善机器的启动和保护性能2.工作原理 液力偶合器的工作原 理如图 3—4—3 所示，在 液力偶合器内注入一定数 量的工作液体，当泵轮 3 在电动机带动下转动时， 其中的工作液体被泵轮叶 片驱动，在离心力的作用 下，工作液体沿泵轮工作 腔的 曲面流向涡轮 2 的工作腔内此时，工作液体在泵轮出口处的速度、压力和动能都有了较大的 增加，同时产生了切向应力。

当泵轮内的工作液体流入涡轮工作腔内 时，由于切向应力的作用而冲击涡轮叶片，使之带动涡轮转动从涡 轮流出的工作液体由于离心力的作用，又从涡轮的近轴处流回轮泵 因此在正常工况下，工作液体在液力偶合器内形成了轮泵→涡轮→泵 轮的环流运动环流运动的轨迹为一个封闭的环行螺旋线，如图 3-4- 4 所示 环流运动使工作液体 的速度发生变化，即工作 液体的动能发生变化在 泵轮外缘出口处，工作液 体的速度比内缘入口处高； 在涡轮内缘出口处，工作 液体的速度比外缘入口处 低因此工作液体流经泵 轮时，它的速度增加，即动 能增加；而工作液体流经涡 轮时，它的速度降低，即动 能减少工作液体增加的 动能是电动机通过轮泵供 给的，而减少的动能则消 耗在推动涡轮上工作液 体在液力偶合器中循环流动的过程，就是进行能量传递与转换的过程 其能量的转换过程是：电动机的电能→泵轮机械能→工作液体的动能 →涡轮机械能 当电动机带着泵轮旋转时，液体被叶片带动旋转而产生离心力 当涡轮转动以后，因其转向与泵轮相同，所以其中的工作液体必然产 生对抗性离心力此时，若泵轮和涡轮的转速相同，则工作液体所产 生的对抗性离心力的大小相等，而方向相反，因此工作液体不产生运 动，也就不存在环流运动。

没有环流运动，就没有能量传递，所以产生 环流的条件是泵轮与涡轮之间存在着转速差，即泵轮转速 n1大于 n2. 泵轮转速 n1大于涡轮转速 n2时，泵轮与涡轮之间存在一定的转 速差，这个差值称为“滑差”涡轮轴上的负载越大，滑差越大当涡轮 由于过载而被制动时，泵轮仍可高速运转，因而可以有效的防止电动机闷车和机器过载 （二）影响液力偶合器传递力矩的因素 1．工作液体的性质 若工作液体的密度大，则传递的力矩就大；反之，传递的力矩就 小，例如，以水作为液力偶合器的工作液体，其传递力矩比以 22 号气 轮机油作为工作液体时可以增加 10%～15%因此，制造厂家对液力 偶合器所使用工作液体的性质都有严格的规定 2．环流流量 环流流量直接影响液力偶合器传递的力矩，环流流量的大小与工 作腔充液量的多少有关充液量多，进入工作腔的环流流量就大，液 力偶合器传递的力矩就大；充液量少，传递力矩就小，因此，制造厂家 对各种类型的液力偶合器充液量都有严格的限制 3.环流形状 环流在工作腔内形成循环圆的形状同样影响液力偶合器的传递 力矩若环流沿工作腔做大循环圆运动，传递的力矩就大；反之就小 4.转速 泵轮和涡轮的转速有一个发生变化时，就会影响液力偶合器的传 递力矩。

泵轮与涡轮的转差越大，液力偶合器传递的力矩就越大在 矿井中，当电网电压不变时，电动机以额定转速运行，若此时刮板运 输机的负载过大，则刮板链速度降低，即涡轮转速降低，从而使“滑差” 增大，这时可明显地感觉到电动机的温度在升高，这是因为液力偶合 器的传递力矩增大了；又如电网电压降较大时，泵轮转速降低，使液 力偶合器传递力矩减小，容易出现刮板输送机拉不动的现象，若长时 间处于这种状态下工作，易使工作液体温度升高这两种情况的发生 都会导致易熔合金保护塞熔化喷液，可以保护电动机和机械设备的安 全 上述几个影响液力偶合器传递力矩的因素并不是彼此孤立的，实 际环流运动的情况要复杂得多，而且液力偶合器的具体结构不同时， 各因素产生的影响也不同因此，在目前情况下只有通过实验做出液 力偶合器的特性曲线，才能说明在各种不同工况下，该液力偶合器所 能传递的力矩大小与性能是否理想 （三）液力偶合器的优点和缺点 1．液力偶合器的优点 （1）提高驱动装置的启动能力，改善电动机的启动性能一般来说，常用的鼠笼型电动机的启动力矩比较小，如果液力偶合器与电动 机能够相互匹配，就可以利用接近电动机的颠覆力矩来启动负载，从 而提高其启动能力；另外电动机直接启动泵轮，在启动初期负荷很小， 相当于空载启动，减少了对电网的冲击，从而改善了电动机的启动性 能。

（2）具有过载保护作用液力偶合器可以对电动机和工作机构实 现过载保护，对于带有辅助室的液力偶合器，它能根据外载荷情况自 动调节工作腔的液体容量，从而起到过载保护的作用；另外，当工作 机构过载时间较长或被卡住时涡轮与泵轮之间转速差增大，有较大 的相对运动，将液体的动能转化为热能，从而使工作液体的温度升高， 当工作液体的温度超过易熔合金保护塞的允许温度时，易熔合金保护 塞熔化，工作液体喷出，液力偶合器不再传递力矩，从而保护电动机 （3）能消除工作机构传过来的冲击与振动由于泵轮之间无机械 联系，所以在工作过程中能够吸收振动、减小冲击，使工作机构和驱 动装置平稳运行，并减轻工作机构的动负荷，降低冲击载荷，提高传 动系统中各零件的使用寿命 （4）在多电动机传动系统中，能够使各个电动机的负荷分配趋于 均衡，充液量合适时可以达到完全均衡的目的 2.液力偶合器的缺点 （1）生产维护复杂液力偶合器应按照规定检查注液量并进行日 常维护如果不按规定维护，将起不到应有的保护作用 （2）降低传动装置效率由于液力偶合器传动中存在 4%～5%的 转差率，因此，使电动机的传动效率也降低 4%～5% （四）典型液力偶合器 1.YL-500 型液力耦合 器 如图 3-4-5 所示是为 SGW-200 型可弯曲刮板输 送机配套设计的 YL-500 型液力偶合器。

它的特点 是在液力偶合器的涡轮内 装有带孔的挡板 5，以减弱 向前辅助室 a 内倾泻工作 液体的速度，防止由于工作液体突然倾入前辅助室面使力矩跌落太大的缺点这种液力偶合器 为了实现后辅助室中液体可靠的延充作用，在后辅助室的进口处装有 6 组润滑式过流阀，它装在泵轮内缘处隔开前后辅助室的圆盘上在 液力偶合器启动时，因转速较低，过流阀的离心力小于弹簧的作用力， 且处于近轴的方向位置，这时进口通道是开的由于进口孔是 6 个直 径为 10mm 的孔，出口孔是 6 个直径为 6mm 的孔，所以进口通道流 量大于出口流量这时，后辅助室被迅速充满 ，而工作室油液则较少， 液力偶合器的传动力矩小，电动机启动迅速当电动机转速达到 800r/min 时，过流阀的离心力开始克服弹簧的作用力而外移，并逐渐 关闭后辅助室的进口；在电动机转速达到 1350r/min 时，则进口全部 关死，这时，进口流量为零，而后辅助室的油液则经出口逐渐流入工 作室中，使液力偶合器的传动力矩逐渐增大到正常的数值 2．英国 STC 型钢壳液力偶合器 由英国道梯公司引进的输送机均使用 STC 型钢壳液力偶合器， 其工作轮有效直径有 390m、475mm、及 500mm 三种。

如图 3-4-6 所 示为 STC-390 型液力偶 合器，它的特点是除泵轮、 涡轮为铸铝件外，外壳全 部由钢板制成，强度较高 在泵轮内装有一碗状隔 板，将前、后辅助室隔开 后辅助室在泵轮内缘，容 积小，结构比较紧凑轴 端采用耐高温耐压性能 较好的机械式密封，密封 效果较好注液管从泵轮 背面的切口深入泵轮内 部后辅助室中的工作液 也是通过泵轮叶片间的 切口进入工作室的涡轮 内缘与前辅助室是畅通 的，因此过载的工作液可 迅速倾入前辅助室，启动特性较好，但力矩跌落较大 四．任务实施（一）液力偶合器的拆装 1.拆装前的准备工作 （1）场地：机修车间 （2）设备：液力偶合器 （3）工具：套筒扳手一套、锤子、铜棒、起吊设备、拆装专用工具一 套 （4）材料：洗油 1kg、抹布 0.5kg、易熔合金保护塞 2 枚、M16 螺母 5 个 2.液力偶合器的安装 如图 3-4-7 所示，将液力偶合器的半联轴器、弹性盘和另一个半 联轴器拆下后，用安装工具将其安装到减速器第一轴上将半联轴器 分别装到电动机输出轴上和液力偶合 器上 ，最后对装时，将弹性盘装在两 个半联轴器中间 3.液力偶合器的拆卸 如图 3-4-8 所示，将电动机及半联 轴器、弹性盘拆下后，用拆液力偶合器 的工具将螺母杆拎入液力偶合器空心 轴螺纹孔中，慢慢转动六角螺母，将液 力偶合器顶出。

4.液力偶合器拆装时注意事项 （1）拆装液力偶合器时，应注意泵 轮、外壳和辅助室的位置不要错动；更 换螺栓、螺母时应使其规格一致，以防 破坏其平衡性能 （2）对于带有过流阀的液力偶合器， 要特别注意过流阀在液力偶合器组装前是否用频闪测速仪调整了，要 使各个过流阀在工作转速下能及时关闭和开启 （3）组装后，泵轮和涡轮的相对转动要灵活 （二）液力偶合器的使用与维护 1．正确选用工作液体 （1）液力偶合器对工作液体的要求1）黏度要适当一般以 2-3 度 E50 为宜2）不易产生泡沫和沉淀3）不易腐蚀零件，特别是密封件4）应有良好的润滑性能5）应有高的闪点和较低的凝点煤矿井下使用的液力偶合器严 禁使用可燃性传动介质 （2）对充液量的要求 1）必须选用生产厂家规定牌号的工作液体，按规定的充液量注液2）两台（或多台）电动机传动时，可通过机器运转来测定各电动机 的电流，增大电动机电流较小的液力偶合器的充液量，或减小电动机 较大的电流偶合器的充液量，通过试验方法使各电动机的负荷电流大 致相等 2．充液方法 欲保证液力偶合器有合适的充液量，必须掌握正确的充液方法 根据液力偶合器的结构特点，充液方法有以下几种： (1)利用计量容器准确计量 无定量注液孔的液力偶合器充液时必须严格按照产品使用说明。