软启动装置及刮板输送机 |
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| 申请号 | CN201110139945.8 | 申请日 | 2011-05-27 | 公开(公告)号 | CN102797819A | 公开(公告)日 | 2012-11-28 |
| 申请人 | 宁夏天地奔牛实业集团有限公司; | 发明人 | 黄学文; 张林; 吴立忠; 郭建明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种软启动装置和刮板 输送机 ，其中，软启动装置包括壳体、主动轴、从动轴、主动摩擦部件、从动摩擦部件、永久磁 铁 、电 磁铁 和充满壳体内腔的磁流变脂；其中，主动轴从壳体的一端插入、与设置于壳体内部的主动摩擦部件固定连接，带动主动摩擦部件一起旋转；从动轴从壳体的另一端插入、与设置于壳体内部的从动摩擦部件固定连接，由从动摩擦部件带动一起旋转；在壳体两端部的内侧分别设置永久磁铁，在壳体两端部外侧分别设置电磁铁；该电磁铁通电后产生的 磁场 ，与设置于壳体同一端内侧的永久磁铁产生的磁场方向相反。本发明提供的软启动装置结构简单、方便控制和维护、制造成本低、传递 扭矩 效率高且连续可调。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种软启动装置，其特征在于，包括：壳体、主动轴、从动轴、主动摩擦部件、从动摩擦部件、永久磁铁、电磁铁和充满所述壳体内腔的磁流变脂；其中，所述主动轴通过设置于所述壳体端的轴承从所述壳体的一端插入、与设置于所述壳体内部的所述主动摩擦部件固定连接，带动所述主动摩擦部件一起旋转；所述从动轴通过设置于所述壳体另一端的轴承从所述壳体的另一端插入、与设置于所述壳体内部的从动摩擦部件固定连接，由所述从动摩擦部件带动一起旋转；在所述壳体两端部的内侧分别设置所述永久磁铁，在所述壳体两端部外侧分别设置所述电磁铁；该电磁铁通电后产生的磁场，与设置于所述壳体同一端内侧的永久磁铁产生的磁场方向相反。 |
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| 说明书全文 | 软启动装置及刮板输送机技术领域[0001] 本发明涉及机械设备软启动技术领域，特别地，涉及一种软启动装置及刮板输送机。 背景技术[0002] 机械设备软启动是指动力机械在启动时断开负荷，动力机械正常运行后逐步施加负载缓慢平稳启动。软启动技术相对机械传动系统而言，可保证在启动过程中作用在机械设备上的冲击能量最小，延长动力机械及其他工作机构的使用寿命，因此对于大功率重载设备非常必要。目前软启动装置应用于煤矿、矿山或港口码头的大型提升机和输送机、工程设备的挖掘机、牵引机和起重机等。 [0003] 本发明以煤矿用的刮板输送机为例，说明现有软启动装置的状况。刮板输送机软启动装置是连接于原动机(电机)与减速器之间的传动机构，一般用于重载启动时，为了避免重载启动时对电网的冲击以及保护大功率矿用减速器，启动时载荷应该由小到大，经过一段时间达到或接近满载运行。 [0004] 目前，国内的重型和超重型刮板输送机越来越多地采用德国的调速型液力耦合器作为软启动装置。调速型液力耦合器是利用水作为传递动能的介质，电机驱动泵轮，带动水冲击涡轮，使水的冲击动能转化为涡轮的旋转机械能，涡轮轴与减速器输入轴相连，驱动减速器。调速型液力耦合器在刚启动时，腔体无水或少量水，因此负载小；随着充液量的增加，传递的能量增加，负载也加大，直至满载运行，实现软启动。 [0005] 但是，现有技术采用的调速型液力耦合器常存在以下问题：首先，现有的调速型液力耦合器对水质要求很高，使用一段时间后容易结水垢，导致流量和效率减低；其次，设备结构负责、控制也复杂，不易维修。由于国内还没有能独立制造调速型液力耦合器的企业，目前国内使用的设备主要靠进口，所以设备一旦出现故障，便会出现较长时间停机，给煤矿生产造成很大损失；再次，调速型液力耦合器的进口成本很高，供货周期长。 发明内容[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制方法简单、制造成本低、方便维护、传递扭矩效率高且连续可调的软启动装置，可广泛应用于大功率矿用刮板输送机、提升机等大功率设备的软启动。 [0007] 为了解决上述问题，一方面提供了一种软启动装置，包括：壳体、主动轴、从动轴、主动摩擦部件、从动摩擦部件、永久磁铁、电磁铁和充满上述壳体内腔的磁流变脂；其中，上述主动轴通过设置于上述壳体端的轴承从上述壳体的一端插入、与设置于上述壳体内部的上述主动摩擦部件固定连接，带动上述主动摩擦部件一起旋转；上述从动轴通过设置于上述壳体另一端的轴承从上述壳体的另一端插入、与设置于上述壳体内部的从动摩擦部件固定连接，由上述从动摩擦部件带动一起旋转；在上述壳体两端部的内侧分别设置上述永久磁铁，在上述壳体两端部外侧分别设置上述电磁铁；该电磁铁通电后产生的磁场，与设置于上述壳体同一端内侧的永久磁铁产生的磁场方向相反。 [0009] 优选的，上述壳体与轴承的连接部设置有密封圈。 [0010] 优选的，上述主动摩擦部件为主动摩擦盘；上述从动摩擦部件为从动摩擦盘。 [0011] 优选的，上述主动轴与上述从动轴处于同一轴心线上。 [0013] 另一方面，提供了一种刮板输送机，包括电机、软启动装置和减速器，上述软启动装置连接于上述电机和减速器之间，上述软启动装置包括：壳体、主动轴、从动轴、主动摩擦部件、从动摩擦部件、永久磁铁、电磁铁和充满上述壳体内腔的磁流变脂；其中，上述主动轴通过设置于上述壳体端的轴承从上述壳体的一端插入、与设置于上述壳体内部的上述主动摩擦部件固定连接，带动上述主动摩擦部件一起旋转；上述从动轴通过设置于上述壳体另一端的轴承从上述壳体的另一端插入、与设置于上述壳体内部的从动摩擦部件固定连接，由上述从动摩擦部件带动一起旋转；在上述壳体两端部的内侧分别设置上述永久磁铁，在上述壳体两端部外侧分别设置上述电磁铁；该电磁铁通电后产生的磁场，与设置于上述壳体同一端内侧的永久磁铁产生的磁场方向相反。 [0014] 优选的，上述磁流变脂是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁颗粒和非导磁性油脂混合而成的脂体。 [0015] 优选的，上述壳体与轴承的连接部设置有密封圈。 [0016] 优选的，上述软启动装置的外壳侧壁、主动轴、从动轴、主动摩擦部件、从动摩擦部件采用非导磁材料制成；上述外壳的两端面采用导磁材料制成。 [0017] 与现有技术相比，上述技术方案中的另一技术方案具有如下优点或有益效果： [0018] 本发明提供的软启动装置采用磁流变脂作为传动介质，因磁流变脂是磁场作用下粘度变大、剪切应力变大，零磁场下粘度变小、剪切应力变小的智能材料，可利用电磁铁通电后产生的磁场与永久磁铁的合磁场作为作用于磁流变脂的磁场，该磁场的大小由加载在电磁铁的电流大小来控制。所以，可以通过调节加载在电磁铁上的电流，轻松实现软启动控制。 [0019] 另外，本发明提供的软启动装置采用磁流变脂作为传递运动和扭矩的介质，由于磁流变脂常态下粘度较高，不易泄露，对密封要求不高，所以该装置的结构设计简单，维修方便。同时，磁流变脂的材料是常见的、低廉的材料，所以制造成本低。 [0020] 该软启动装置连接于电机和减速器之间，在电机刚启动时，可以实现近乎无负载，启动后稳定传递大的扭矩，既保护了减速器，以免齿轮受到冲击而折断，也避免电机重载启动对电网造成的冲击，从而避免影响别的电器。因此，本发明采用磁流变脂作为传递运动和扭矩的介质而设计的软启动装置，可以应用于大功率矿用刮板输送机等大功率机械设备的软启动。附图说明 [0021] 图1是本发明软启动装置实施例的结构示意图； [0022] 图2是图1所示实施例的剖视图； [0023] 图3是本发明软启动装置另一实施例的剖视图； [0024] 图4是本发明刮板输送机实施例的结构框图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0026] 参照图1所示的本发明软启动装置实施例的结构示意图和图2所示的图1的剖视图，本发明软启动装置实施例包括：壳体10、主动轴11、从动轴12、主动摩擦部件13、从动摩擦部件14、第一永久磁铁15、第二永久磁铁17、第一电磁铁16、第二电磁铁18和充满壳体10内腔的磁流变脂19。 [0027] 其中，主动轴11通过主动轴承101从壳体10的一端插入、与设置于壳体10内腔中的主动摩擦部件13固定连接。主动轴11带动主动摩擦部件13一起旋转。主动轴承101设置于壳体10的一端部。 [0028] 从动轴12通过从动轴承102从壳体10的另一端插入、与设置于壳体10内腔中的从动摩擦部件14固定连接。从动摩擦部件14带动从动轴12一起旋转。从动轴承102设置于壳体10的另一端部。 [0029] 主动摩擦部件12可以具体为主动摩擦盘；从动摩擦部件为14可以具体为从动摩擦盘。主动轴11与从动轴12处于同一轴心线上。 [0030] 壳体10的左端部内侧设置第一永久磁铁15，对应的，在壳体10的左端部外侧设置第一电磁铁16。第一电磁铁16通电后，会产生与第一永久磁铁15磁场方向相反的磁场。 [0031] 壳体10的右端部内侧设置第二永久磁铁17，外侧设置第二电磁铁18。同样，第二电磁铁18通电后，会产生与第二永久磁铁17磁场方向相反的磁场。 [0032] 其中，第一永久磁铁15和第二永久磁铁17的极性相反，当两点磁铁不通电的常态下，在壳体10内部形成磁场，使磁流变脂19处于粘度较大的状态。 [0033] 壳体10内腔填充的磁流变脂19，用于传递扭矩。传递扭矩的过程将在下文具体描述。磁流变脂19是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁颗粒和非导磁性油脂混合而成的脂体。这种磁流变脂在零磁场条件下粘滞力较小；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度特性，磁流变脂的上述特性称为磁流变效应。尽管上述磁流变脂在零磁场作用下的粘滞力较小，但由于构成上述磁流变脂的油脂的粘度比较大，所以磁流变脂中的磁性颗粒长时间处于零磁场环境中，也不会出现沉降问题。 [0034] 磁流变脂19的上述磁流变效应可以用磁畴理论解释。在磁流变脂中，每一个小颗粒都可以当作一个小的磁体。在这种磁体中，相邻原子间存在着强交换耦合作用。它促使相邻原子的磁矩平行排列，形成自发磁化饱和区域即磁畴。无外磁场作用时，每个磁畴中各个原子的磁矩排列取向一致，而不同磁畴磁矩取向不同。磁畴的这种排列方式使每一颗粒处于能量最小的稳定状态。因此，所有颗粒的平均磁矩为零，颗粒不显磁性。在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外磁场反方向排列时的磁能，结果是同自发磁化磁矩成较大角度的磁畴体积逐渐减小。这时颗粒的平均磁矩不等于零，颗粒对外显示磁性，按序排列相接成链。当外磁场强度较弱时，链数量少、长度短、直径也较细，剪断它们所需外力也较小。随外磁场不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴开始向外磁场方向旋转，磁流变脂中链的数量增加，长度加长，直径变粗，磁流变脂对外所变现的剪切应力增强；再继续增加磁场，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，磁化达到饱和，磁流变脂的剪切应力也达到最高。 [0035] 磁流变脂在磁场作用下的粘度变化是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。而且，磁流变脂具有优良的磁化和退磁性、较小的能量损耗；在相当宽的温度范围内具有极高的稳定性；并且构成磁流变脂的原材料是廉价和常见的。因此，磁流变脂是一种用途广泛、性能优良的智能材料。 [0036] 另外，本发明软启动装置的内腔充满的磁流变脂，常态下粘度较高，不易泄露，所以，对壳体的密封结构没有太严格的要求。只需在轴承与壳体的结合部位，以及主动轴、从动轴与轴承的配合部位采取一些必要的密封措施即可，例如设置密封垫、密封圈等。图2、图3给出了两个实施例。 [0037] 参照图2所示的本发明软启动装置的剖视图，在主动轴承101的外侧设置有密封圈103，在从动轴承102的外侧设置有密封圈104。设置密封圈可以有效阻止磁流变脂处于零磁场时向外泄漏。 [0038] 参照图3，示出了本发明软启动装置另一实施例的剖视图，该实施例中，密封圈103设置于主动轴承101的内侧，密封圈104设置于从动轴承102的内侧。两密封圈均设置于壳体10的内腔中，同样起防止零磁场时磁流变脂外泄的作用。 [0039] 需要说明的是，本发明实施例中，外壳10的侧壁、主动轴11、从动轴12、主动摩擦部件13、从动摩擦部件14可以采用非导磁材料；外壳10的两端面可以采用导磁材料。 [0040] 本发明软启动装置实施例的工作原理为： [0041] 启动时先给第一电磁铁16、第二电磁铁18供电，形成与第一永久磁铁15、第二永久磁铁17磁场强度相同、方向相反的磁场，抵消永久磁铁的磁场。这时磁流变脂19的粘滞力最小，摩擦功耗最小，因此这时电机的负载也较小，可以轻松启动。随着启动的进行，逐步减小第一电磁铁16、第二电磁铁18的电流强度，使二者产生的磁场强度也逐步减小。随着电磁铁产生的磁场强度的减小，两种磁场的抵消作用就变小，永久磁铁的磁场其主要作用，磁流变脂19的粘度逐渐变大，传递扭矩的功能逐渐增强，直至磁流变脂的磁化达到饱和，剪切应力达到最高，此时，电机的负载最大，实现满载运行。 [0042] 可见，由于电磁铁的电流强度连续可调，使其产生的反向磁场也可是连续变化的，因而磁流变脂19受到的磁场作用也是连续可调的。当电机启动后，需要稳定传递大的负载时，将电磁铁的电流降为零，这时磁流变脂在永磁铁磁场作用下拥有很高的粘滞强度，能平稳传递大的功率。由此可见，磁流变脂软启动装置可以使大功率电机空载或轻载启动，然后平稳运行，起到软启动的作用。 [0043] 所以，本发明实施例提供的软启动装置具有结构简单、控制简便、维护方便等特点。由于本发明提供的软启动装置用于传递扭矩的磁流变脂是常见的、廉价材料，所以制造成本比较低。 [0044] 采用磁流变脂作为传递运动和扭矩的介质而设计研制的软启动装置，可以应用于大功率矿用刮板输送机的软启动。因此，本发明还提供了一种刮板输送机，参照图4所示的刮板输送机实施例的结构框图，包括：软启动装置100、电机200和减速器300。其中，软启动装置100连接于电机200和减速器300之间。其中，软启动装置100可以为上述任一实施例所述的软启动装置，此处不再赘述其结构及其工作原理。 [0045] 综上，在刮板输送机中使用本发明实施例提供的软启动装置，连接在电机和减速器之间，在电机刚启动时，可以实现近乎无负载，启动后稳定传递大的扭矩，既保护了减速器，以免齿轮受到冲击而折断，也避免电机重载启动对电网造成的冲击，从而避免影响别的电器。 [0047] 以上对本发明所提供的一种软启动装置和刮板输送机，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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