液力偶合器多年來成功使用于井下輸送系統。福伊特公司為滿足當代帶式輸送系統對高可靠性及主動控制的驅動系統的要求，推出一種全新的用于井下的高性能帶式輸送機TPKL型閥控充液式液力偶合器。
1、TPKL的結構及閉路循環原理
1.1TPKL的結構
    TPKL型液力偶合器采用所謂閉式油路循環的設計，以顯著減小油箱及外殼的尺寸。TPKL的結構圖見圖1。
1.2  TPKL的閉路循環原理
    液力循環（泵輪／渦輪）采用外置冷卻循環系統，這大大加強了循環系統的性能。在TPKL液力偶合器工作時，熱的工作液從偶合器液力循環中通過節流孔流入旋轉的泵殼，并通過與旋轉方向相反的固定勺管流出，液體的動能轉化成了液流和壓力，熱的工作液通過外置的冷卻器冷卻后直接流回偶合器的液力循環中，同時，一套供油系統對液力循環進行充液或排液。通常這一過程由獨立的閥控制。通過這些閥，偶合器的充液量從0%到100%無級調節，即偶合器從全空到全滿。傳輸的扭矩與充液量以及輸出速度直接相關，偶合器內的充液量越大，輸出的扭矩也越大。在電機啟動過程中，偶合器內是空的，為了啟動膠帶機，充液量相應的從0%增加到100%，一套電控系統控制電磁充液閥及排液閥來完成這一過程。
    液力偶合器的輸出特性如圖2所示。
2、TPKL的運轉方式
2.1電機啟動
    在靜止狀態下，偶合器內幾乎是空的。因此在電機啟動的過程中偶合器幾乎不可能傳遞任何力矩。任何殘留在偶合器內的少量液體都會因離心力的作用而通過打開的排液閥流回油箱。在電機工作時，充液泵為軸承提供潤滑油。
2.2帶式輸送機啟動及加速
    打開充液閥，液力偶合器內充液量逐步增加同時開始逐步產生力矩，一直到達預設的限制為止。這種限制可以是膠帶機最大許用啟動力矩或根據上次膠帶機停機時儲存下的力矩值乘以一個可以單獨選用的啟動系數得到的當前啟動力矩值。
    有三種看起來有些相似但實際不同的方法對膠帶進行加速。①與負載無關的力矩限制條件。在這種情況下，通過充液閥及排液閥的動作將力矩控制在一個固定的水平，這一限制與膠帶最大許用應力有關。與此相關，根據負載情況的不同，啟動的時間也會不同。②與負載相關，根據上次停車時記錄的數據決定當前加速力矩；相關數值（所有驅動的總合）始終在系統停車時被更新并記錄下來，再次啟動時，記錄下的數值乘以單獨設定的啟動系數，并成為本次啟動的限制數據；這種控制方式如我們前面提及的那樣，限制條件數據每次啟動時都重新設定并且每次都是不同的，膠帶的最大許用應力作為設定數值的上限。③與負載無關的固定啟動時間方式。
2.3工況運行
    膠帶機一旦達到額定帶速，偶合器會被工作液全部充滿并具備最大的傳輸能力。在膠帶機工作時，通過控制減
少充液量，液力偶合器可以實現“可控減速”，也就是說，可以通過減少一部分工作液來減少傳遞的力矩。
2.4停  車
    由于安全原因，膠帶機總是通過電機停車來使膠帶機停車，同時采用制動器剎車。在這種情況下，驅動系統成為阻力，液力偶合器將幾乎全部工作液排回油箱，此后靜止60s，就可以進行下一次的啟動了。如果液力偶合器溫度過高，比如由于緊急停車造成的，就需要在再次啟動以前對其進行冷卻。
2.5停車狀態下的旁路冷卻
    停車以后，供油系統應當被冷卻到60℃以下。為實現這一功能，充液泵運轉使油在油箱和冷卻器之間循環冷卻。TPKL液力偶合器采用的閉路循環系統的冷卻效率是很高的。由于很長的啟動時間或長時間的慢速運行，熱量直接產生在工作液中并立即被排出到外置的冷卻器中。
    圖3、圖4描述了TPKL的閉式油路循環在滿載啟動2×500HP的膠帶機以后（甚至在啟動過程中）迅速冷卻的過程。這一TPKL閉路循環在啟動過程中，當膠帶機速度達到大約60%時達到其最高溫度，隨后很快下降，且可以輕易實現每小時20次以上的啟動頻率。在圖3中膠帶最初一段時間是相對靜止的，盡管此時TPKL偶合器在逐步產生起力矩，一直到膠帶開始移動。此時膠帶張力不斷增加，膠帶被緩慢地預張緊(該膠帶機長約3660m，帶速3.5m/s)。在啟動過程中的預張緊階段大約持續30s，帶速為正常帶速的15%，膠帶可伸長15到20m，這些能量由張緊裝置吸收。
3、應用實例
3.1實例1
    1998年第一臺TPKL型閥控充液式力偶合器在位于美國亞拉巴馬州的一個煤礦交付使用。這些TPKL型液力偶合器安裝在總共帶有4臺電機的2個“傾卸助力驅動”系統上，驅動力形式及技術參數如圖5所示。
    由于安裝了這些新的TPKL驅動系統，該礦在其他輸送系統部件沒有更換的情況下，大幅提高了產出及設備可靠性。通過對第一批系統使用獲得的良好經驗，該礦決定逐步將所有井下膠帶機的驅動系統都換裝TPKL型液力偶合器。到2003年10月，該礦所有井下的膠帶機都換裝了TPKL型液力偶合器（共10條膠帶機22臺562TPKL），2004年底井下膠帶機總長度延長至30km。
    從1998年起，由于驅動系統的更新使該礦總運輸能力從1997年的3 .7Mt/a提高到2003年7.OMt/a。由于TPKL提供了良好的軟啟動能力使得這些膠帶機的運送能力大大超過了原有的設計能力，主井膠帶100%裝載量(CEMA)是2500t/h(帶寬1220m)，并能輕易提高到3000t/h，甚至是3500t/h。當所有的長壁采掘面100%運轉時，人們能看到所有這些膠帶機都“從邊倒邊”被裝得滿滿當當。
    與驅動系統改造前相比，該礦設備完好率在1997年低于85%。隨著越來越多的TPKL投入使用，該數據逐年提高。2003年所有膠帶機中完好率最低的也有99.19%，而與此對應的整個井下輸送系統的完好率到達97%。
3.2實例2
    1998年，在美國尤他州的一個煤礦，第二套全新的TPKL系統投入使用，該系統安裝在另一個采用傾卸助力驅動的長壁面膠帶機上。這也是TPKL系統第一次使用在多套助力驅動的膠帶機上。共有7臺TPKL562型液力偶合器安裝在3組獨立的驅動站上，該膠帶機的示意圖見圖6。在某些特殊的負載條件下，特別是膠帶機上層承載很輕而導致頭架驅動承擔大部分驅動功率時，助力驅動系統的膠帶張緊控制出現問題，為此特更改了控制軟件以確保頭架驅動的速度控制。當頭架驅動被控制運行在固定滑差時可不論負載情況。因此，即使是輕載的情況下，助力驅動裝置也承受負荷。
    使用這一設備，該礦成功地完成了五個采掘面。然后，這些驅動系統被移到位于該礦另一個煤層的膠帶機上使用。現在該礦井已經關閉，但這些TPKL型液力偶合器現仍然屬于同一個集團公司的另一個煤礦安全運行。
3.3實例3
    位于美國西部賓夕法尼亞州的一個礦井從1998年開始在5條傳統的膠帶輸送機上裝備TPKL型液力偶合器。這是全美產量最大的煤礦之一，該礦每年從兩個長壁面產煤量超過11Mt。該礦用TPKL替換了原先使用的變頻系統，這不僅使膠帶機的最大裝載量大幅提高，而且還顯著提高了設備的完好率。從1999年開始，該礦的所有的膠帶機都被逐步改換成TPKL型液力偶合器。現在該礦的膠帶機組包括了36套TPKL562型液力偶合器使用在400HP、500HP和600HP的雙驅動系統中。近期該礦還決定裝備新的1250HP雙驅動的膠帶機并使其成為標準配置，并為這些高性能膠帶機選配TPKL650型液力偶合器。
    在2001年，該礦決定在兩個采掘面的膠帶機上第一次為助力驅動系統安裝TPKL液力偶合器以替代原先使用的變頻系統。該設備在2002年投入使用，膠帶機的示意圖見圖7。
3.4實例4
    位于新墨西哥州的一個新礦井將其所有井上及井下的膠帶機都標準配置750HP，4160V電壓的驅動裝置是目前全球功率最大的助力驅動系統。在2002年10月，這一助力驅動系統投入使用，目前膠帶機的的長度是2450m，并會隨長壁開采面的延伸而增加長度，膠帶機的示意圖見圖8。
4、結語
    從上述實例可以看出TPKL型閥控充液式液力偶合器已經被充分證明不僅完全適用于復雜的帶式輸送機系統，同時還特別可靠。文中提到的第一批用于井下的TPKL在使用了四年以后進行了大修。分解檢查未發現肉眼能識別的磨損。由此證明，這些液力偶合器仍將能確保繼續無故障工作很多時間。
    編后語：德國福伊特公司做為全球最大的液力產品生產商，其液力偶合器及液力軟啟動調速系統在國內的大中型煤礦被廣泛應用，本次編者特別邀請福伊特公司啟動部件產品部經理蘇斯特先生對TPKL型閥控充液式液力偶合器做一介紹，在第五期還將介紹TPKL型偶合器的啟動計算及模擬程序，敬請關注。