1、MST 机械软启动一种重载软启动传动装置山西华润联盛能源投资有限公司机电设备管理部 贾猛摘要：本文介绍了一种新型重载软启动传动装置。该传动装置能实现大功率机械设备的重载软启动、软停车等功能，而且服务和维修方便，大大降低生产运行成本。1. 概述对负载启动的设备而言，软启动技术是指机械系统即使在满载的工况下也能够按照人们要求的速度逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动或停车。软启动技术不仅能有效地减小启动时电动机对机械传动系统和执行机构的启动冲击，延长减速器和轴承等关键部件的使用寿命，同时还能大大减小启动电流对电动机的冲击负荷以及对电网的影响。目前国内外常用的软启动设备主要有液力偶合器、液体粘性软启动
2、传动装置、大功率直流调速电动机、变频器等。对于大功率机械设备的重载软启动，只有变频器和美国罗克韦尔公司生产的 CST 软启动才能满足使用要求，但变频器和 CST 都有价格高昂、维护困难等无法克服的缺点，本文要介绍的 MST 机械软启动是一种新型的、能实现大功率机械设备重载软启动的传动装置，可广泛应用于各种负载启动的机械设备如皮带输送机、刮板输送机、球磨机、破碎机等。2. MST 机械软启动的结构MST 机械软启动主要由差动行星减速器、外置的液粘制动器和控制系统三部份组成，其机械部分结构如图 1 所示。图 1 MST 软启动机械部分结构示意图2.1 差动行星减速器如图 1 所示 MST 减速器输
3、入轴通过联轴器与主电机相连，输入轴一端通过轴承在箱体上，另一端与减速齿轮啮合，减速齿轮与过渡轴通过平键相连，过渡轴支承在箱体上，通过浮动齿套与行星机构中太阳轮相连。行星机构中内外齿圈经前、后支撑支承与箱体内，行星架经轴承支承于齿圈前后支撑内，行星架上行星轴连接的行星轮分别啮合太阳轮和内外齿圈，行星架与输出轴相连。内外齿圈的外齿与增速一轴的圆柱齿轮啮合，增速一轴支承与箱体内，通过平键与增速大伞齿连接，增速大伞齿轮与增速二轴中小伞齿啮合，增速二轴经轴承支承于箱体内，并通过花键与液粘制动器的输入轴连接。2.2 外置液粘制动器外置的液粘制动器通过法兰和平面键与差动行星减速器的箱体相连。外置的液粘制动器
4、主要由主动部分、从动部分、控制系统执行元件部分、润滑密封部分、支承部分等组成。图 2 液粘制动器结构图2.2.1 主动部分液粘制动器主动部分包括主动轴和主动摩擦片。主动轴的左端有外齿，和主动摩擦片的内齿啮合，主动轴上的轴向和径向油孔是润滑油路；主动轴的外端通过半联轴器与电动机相联，主动摩擦片与主动轴以齿相联接而同步旋转，且可在主动轴上轴向移动。2.2.2 从动部分液粘制动器主动部分主要包括从动轴、连接盘、连接圈、键轴以及从动摩擦片等。从动摩擦片通过键轴与连接圈和连接盘相联而同步转动，从动摩擦片可在键轴上轴向移动；连接盘与从动轴通过平键连接，从动轴再通过半联轴器将动力输出。2.2.3 执行元件液
5、粘制动器控制系统执行元件部分包括活塞、推力轴承、压盘、碟簧等，碟簧装在被动摩擦片之间。活塞受控制系统油压的作用克服弹簧力而向左移动，通过推力轴承推动压盘，使主、被动摩擦片的间隙即油膜厚度减小；当油压减小时，弹簧力使主、被动摩擦片的间隙增大。2.2.4 润滑密封润滑油通过主动端端盖、配油盘、密封盘进入输入轴上的轴向和径向油孔，再进入主动和从动摩擦片之间；密封盘与输入轴之间采用了间隙密封，主动轴和外端盖之间采用了新型的高效动力密封圈。2.2.5 支撑部分主、被动部分通过两个调心滚柱轴承在中间连接，两端则分别通过轴承支承在壳体上，壳体为筒状结构。根据牛顿内摩擦定律：在两块平行放置的平板之间，充满粘性
6、的牛顿流体，油膜的厚度为 ，当两板之间有相对运动 V 时，油膜将产生剪切力 F，其大小与板的面积 A 和速度梯度 V/ 成正比，即：FAV/ 。液粘性软启动装置装有多对主、从动摩擦片，形成多级摩擦副，对应上面定律的面积固定，工作时，改变主、从动摩擦片间的油膜厚度，就能够控制输出扭矩和主、从动摩擦片间的相对速度。2.3 MST 控制系统MST 机械软启动的控制系统以西门子 PLC 可编程控制器和 MCGS 系列真彩液晶工控屏为核心，可与工作面主控系统连接，既可就地控制也可远程控制。控制系统可以为用户显示 MST 的运行状态、运行参数、故障报警等。同时也给用户查询设备运转状态及维修提供参数依据。3
7、. MST 机械软启动的工作原理从图 1 可以看出 MST 差动行星减速器实际上是一种具有一个输入（太阳轮）和两个输出（行星架和内外齿圈）的 2KH 差动行星减速器，只要确定了太阳轮的转速和内外齿圈的转速，也就确定了行星架的转速，即确定了软启动/无级调速传动装置的转速。大功率机械设备在使用 MST 之后，启动电动机时之前，MST 电控系统首先释放液粘制动器，不对其施加任何载荷。此时 MST 减速器在理论上是一个单输入（太阳轮）双输出（齿圈和行星架）的两自由度行星传动机构。由于减速器输出轴上的负载通常远远大于与液粘制动器相连的齿轮机构的惯性负载，利用差动行星传动系统的功率分流功能，传动系统实际上
8、成为了一个行星架固定的定轴轮系。因此，启动电动机时，来自电动机的动力将驱动太阳轮、内外齿圈、增速一轴、增速二轴和液粘制动器空转，使得传动系统成为一个行星架（输出轴）转速为零的差动行星轮系。此时，主电机驱动的只是齿圈等惯性负载，主电动机的启动电流小、冲击时间短。也就是说，主电动机是在近似空载的工况下完成了电动机的启动。电机启动后，根据预先确定的输出轴的启动加速度，通过液粘制动器对齿圈逐步施加载荷，降低齿圈转速，与此同时，由于差动行星机构的功率分流特性，输出轴的转速将会缓慢增加，使来自主电动机的动力逐渐施加到与输出轴相连的机械负载上，从而实现大功率机械设备的软启动。4. MST 机械软启动的功能和
9、特点4.1MST 系列机械软启动传动装置的主要功能：4.1.1.软启动：用户可方便地通过控制面板设定软启动时间（0300 秒可调） ，实现对负载的可控启动。4.1.2.软停机： 用户可方便地通过控制面板设定软停机时间（0300 秒可调） ，在自然停机时间的范围之外实现负载的软停机。4.1.3.多驱动功率平衡：通过调节和匹配多台 MST 机械软启动传动装置的输出轴转速，可达到对多个驱动电动机功率进行平衡的目的，使得主电机在满载情况下负载平衡度不超过2%，有效的减小了机械设备的冲击载荷，降低了机械设备各零部件的受力。4.1.4.过载保护：MST 机械软启动传动装置的最大输出功率（力矩）可调，以保护
10、驱动部件和传动部件，避免过载的冲击。4.2MST 大功率机械软启动传动装置的以下特点：4.2.1 液粘制动器置于差速减速器的箱体外，减速器使用普通齿轮油，液粘制动器使用普通液力传动油，运行费用低。4.2.2 液粘制动器的小型化、模块化与外置可实现现场零维修。4.2.3 低电流启动，节约电能，节省大量的初期投资。4.2.4 长期工作，运行可靠，使用寿命长。4.2.5 机械系统和控制系统简单制造、安装、使用和维护成本等方面都具有很强的市场竞争力。5.应用情况山西华润联盛能源投资有限公司南山煤矿、东桉煤矿、苏村煤矿主运皮带机于 2010 年开始使用北京华丰达系统技术有限公司生产的 MST 系列机械软
11、启动传动装置，至今运行工况良好，软启动和软停机等各项功能正常，特别是在多点驱动时，通过调节和匹配各 MST机械软启动的输出轴转速，使得主电机在满载情况下负载平衡度不超过2%，有效的减小了机械设备的冲击载荷，降低了带式输送机各零部件的受力。使用 MST 以后，大幅度降低了带式输送机的投资成本，取得了十分可观的经济效益。6.结语MST 机械软启动装置主要由 MST 减速器、冷却装置、液压泵站及 PLC 控制系统组成，主要功能是可以实现皮带机的软启动和软停机，对于煤矿供电不正常的，还可以实现重载启动。该机启动冲击小、启动电流低，工作可靠，运行费用低，传动效率高，系统简单，操作方便。对于不同规格的皮带机，可以根据用户电机的功率，选择匹配的机械软启动装置。一年多使用实践证明， MST 机械软启动装置可以在各种负载启动的机械设备（如皮带机等）上推广应用。作者简介：贾猛（1963 ） ，男，江苏徐州人，高级工程师，北京师范大学工商管理研究生毕业，现任山西华润联盛能源投资有限公司机电设备管理部副总经理，已发表论文 10篇，获国家发明专利 12 项。
