永磁調(diào)速偶合器在選煤廠帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用研究

張 強(qiáng) 劉 軍

(1.陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司 ，陜西省延安市，727307；2.芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限公司黃陵分公司，陜西省延安市，727307)

1 選煤廠帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置對(duì)比分析

1.1 液力偶合器傳動(dòng)裝置

近年來，選煤廠采用液力偶合器作為帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置。液力偶合器是液力傳動(dòng)元件，利用液體的動(dòng)能進(jìn)行能量傳遞的一種液力傳動(dòng)裝置，它以液體油作為工作介質(zhì)，通過泵輪和渦輪將機(jī)械能和液體的動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，從而連接原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。液力偶合器安裝在異步電機(jī)和負(fù)載之間來傳遞轉(zhuǎn)矩，可以在電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，在一定范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。然而在實(shí)際應(yīng)用中，液力偶合器存在以下較為突出的缺點(diǎn)：一是需要提供較大的安裝空間，日常維護(hù)工作量較大，安裝和拆卸困難；二是由于液力偶合器的兩端出軸為兩個(gè)半軸，徑向跳動(dòng)較大，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)造成設(shè)備漏油，不僅污染現(xiàn)場環(huán)境，而且會(huì)導(dǎo)致機(jī)械軸及軸承干磨，故障率較高；三是若不按規(guī)定維護(hù)，容易熔塞燒穿，發(fā)生噴油著火事故；四是成本較高，使用壽命較短，大約2 a時(shí)間電機(jī)軸就會(huì)斷裂，性價(jià)比較低；五是減振效果較差，經(jīng)常出現(xiàn)雙向震動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)軸斷裂；六是雖然液力偶合器也有軟啟動(dòng)，但在選煤廠煤炭運(yùn)輸工況下，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求；七是在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載煤量經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過大的狀況，此時(shí)液力偶合器不能將動(dòng)力有效傳遞導(dǎo)致膠帶張力過大而斷裂。

1.2 永磁調(diào)速偶合器傳動(dòng)裝置

永磁調(diào)速偶合器是純機(jī)械產(chǎn)品，對(duì)供電電源要求較低，使用中不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生高次諧波污染，也不存在電磁干擾問題。由于不需要像液力偶合器采用油介質(zhì)運(yùn)行，所以不會(huì)出現(xiàn)漏油等問題。作為純機(jī)械運(yùn)行的產(chǎn)品，永磁調(diào)速偶合器能夠適應(yīng)苛刻工況，且傳遞效率較高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，負(fù)載的震動(dòng)不會(huì)傳遞到電機(jī)上。由于軸連接是非接觸式的，所以帶來了兩個(gè)方面的好處：一是安裝時(shí)“對(duì)中”要求低；二是在長期運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)橹苯拥妮S連接而帶來的軸承和密封的損壞。根據(jù)實(shí)際企業(yè)的使用情況(在美國的企業(yè)，永磁調(diào)速偶合器最長連續(xù)使用時(shí)間已達(dá)6 a，理論壽命30 a)，永磁調(diào)速偶合器表現(xiàn)了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

永磁調(diào)速偶合器在軟啟動(dòng)效果上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過液力偶合器，軟啟動(dòng)過程中能夠有效地保護(hù)電機(jī)。液力偶合器沒有軟停止的功能，需要停止電機(jī)才能停止帶式輸送機(jī)。在帶式輸送機(jī)運(yùn)煤過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大塊煤或煤矸石，此時(shí)需要停止帶式輸送機(jī)取下大塊煤或煤矸石，由于會(huì)頻繁出現(xiàn)此類情況，所以選擇液力偶合器作為傳動(dòng)裝置會(huì)降低電機(jī)使用壽命，而選擇永磁調(diào)速偶合器作為傳動(dòng)裝置可以只停止永磁調(diào)速偶合器而不停止電機(jī)就可停止帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)軟停止功能，大大降低由于反復(fù)啟停電機(jī)對(duì)降低電機(jī)使用壽命的影響。當(dāng)液力偶合器過載噴油時(shí)，只能停止設(shè)備運(yùn)行并對(duì)設(shè)備進(jìn)行處理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。而當(dāng)永磁調(diào)速偶合器過載時(shí)，當(dāng)負(fù)載降低或停機(jī)后，永磁調(diào)速偶合器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，非常適合作為選煤廠帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置。

永磁調(diào)速偶合器配套外部器件有溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及電流互感器等，采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)入CPU經(jīng)過分析計(jì)算后采取相應(yīng)的措施。由于不同現(xiàn)場帶式輸送機(jī)的運(yùn)煤量不同、選用的執(zhí)行器不同以及永磁調(diào)速偶合器的型號(hào)不同，使得對(duì)應(yīng)現(xiàn)場的保護(hù)不同，因此在保護(hù)上可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況而設(shè)定，更有效地針對(duì)故障進(jìn)行保護(hù)。

2 控制策略與控制流程

2.1 控制策略

配備永磁調(diào)速偶合器的帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置由電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、永磁調(diào)速偶合器、紅外溫度傳感器、工作機(jī)、PLC控制箱、角行程電動(dòng)執(zhí)行器組成，其組成示意圖如圖1所示。

1-電機(jī)；2-轉(zhuǎn)速傳感器；3-永磁調(diào)速偶合器;4-紅外溫度傳感器；5-工作機(jī)；6-PLC控制箱；7-角行程電動(dòng)執(zhí)行器圖1 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置組成示意圖

永磁調(diào)速偶合器電控部分包括磁保護(hù)器、傳感器、執(zhí)行器，磁保護(hù)器配有顯示屏，能夠更好地進(jìn)行人機(jī)交互。外部有兩個(gè)溫度傳感器與兩個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器能更好地對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。執(zhí)行器是永磁調(diào)速偶合器調(diào)速的關(guān)鍵，通過CPU輸入的給定開度來進(jìn)行軟啟動(dòng)，同時(shí)將反饋開度輸出，以便CPU更好地分析當(dāng)前狀態(tài)采取相應(yīng)措施。CPU內(nèi)部會(huì)根據(jù)設(shè)置的相關(guān)參數(shù)計(jì)算出適宜的加速度特性曲線，將對(duì)應(yīng)的給定開度傳入執(zhí)行器，永磁調(diào)速偶合器開始進(jìn)行軟啟動(dòng)，在設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)。在帶式輸送機(jī)出現(xiàn)大塊煤或煤矸石需要清理時(shí)，永磁調(diào)速偶合器進(jìn)行軟停止操作，不用停止電機(jī)即能停止帶式輸送機(jī)。

在選煤廠實(shí)際使用工況下，會(huì)出現(xiàn)多種突發(fā)的問題，永磁調(diào)速偶合器每種故障處理方式不同，對(duì)于惡劣故障需要及時(shí)停機(jī)處理，對(duì)于普通故障會(huì)將永磁調(diào)速偶合器拉到最小氣隙，從而在不影響生產(chǎn)的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于設(shè)備檢測故障(檢測傳感器等外部設(shè)備是否故障)只提示不處理。每種保護(hù)處理的方式都經(jīng)過嚴(yán)密的論證與測試，確保設(shè)備的安全可靠性。

2.2 控制流程

整個(gè)系統(tǒng)有遠(yuǎn)程與本地兩種控制方式，在本地模式下，可以在控制箱上進(jìn)行永磁調(diào)速偶合器的啟動(dòng)與停止，但此時(shí)集控室無法控制設(shè)備。反之在遠(yuǎn)程模式下本地?zé)o法控制設(shè)備的啟停，選煤廠一般選用遠(yuǎn)程集控室控制，但在本地發(fā)生異常來不及通知集控室時(shí)，可以在現(xiàn)場用急停處理方式。帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置人機(jī)交互界面如圖2所示。

圖2 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置人機(jī)交互界面

集控室啟動(dòng)電機(jī)后會(huì)給磁保護(hù)器信號(hào)，接收到信號(hào)后延時(shí)幾秒啟動(dòng)永磁調(diào)速偶合器，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置的時(shí)間后，開始有輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)輸出轉(zhuǎn)速到達(dá)一定數(shù)值后判定為啟動(dòng)完成，此時(shí)集控室的運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)磁保護(hù)器接收到停止永磁調(diào)速偶合器的信號(hào)后進(jìn)行軟停止，當(dāng)停止結(jié)束后給集控室發(fā)出可以再次啟動(dòng)的信號(hào)，避免發(fā)生在執(zhí)行器不是最大氣隙啟動(dòng)而導(dǎo)致的發(fā)熱過大的情況。永磁調(diào)速偶合器控制流程如圖3所示。

圖3 永磁調(diào)速偶合器控制流程圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用與數(shù)據(jù)分析

2017年3月-12月，永磁調(diào)速偶合器在陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司選煤廠投入運(yùn)行，運(yùn)行期間性能穩(wěn)定，運(yùn)行的部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

表1 現(xiàn)場部分運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表1可以看出，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)差過大的狀況時(shí)，對(duì)應(yīng)下次軟啟動(dòng)的永磁調(diào)速偶合器最高溫度越大，表明負(fù)載端煤量較多，從而使永磁調(diào)速偶合器溫度升高。永磁調(diào)速偶合器在工作時(shí)會(huì)頻繁啟動(dòng)，停止10～30 min左右就會(huì)再次啟動(dòng)。根據(jù)大量軟啟動(dòng)數(shù)據(jù)得出，在負(fù)載端正常的情況下，永磁調(diào)速偶合器在軟啟動(dòng)過程中會(huì)有20 ℃左右的升溫，軟啟動(dòng)結(jié)束后會(huì)在5 min內(nèi)將溫度降低至與初始溫度相差10 ℃左右，即使發(fā)生負(fù)載過大導(dǎo)致永磁調(diào)速偶合器在軟啟動(dòng)過程中溫度過高的狀況，溫度也能在10 min內(nèi)散熱至與初始溫度相差10 ℃左右，由此得出永磁調(diào)速偶合器散熱效果較好，在頻繁啟動(dòng)或負(fù)載端煤量過大的惡劣條件下，仍能有效保護(hù)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停止。

4 結(jié)語

永磁調(diào)速偶合器的軟啟動(dòng)和軟停止功能大大降低了由于反復(fù)啟停設(shè)備對(duì)電機(jī)造成的損傷。當(dāng)帶式輸送機(jī)負(fù)載降低后或停機(jī)后，永磁調(diào)速偶合器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，非常適合帶式輸送機(jī)負(fù)載變化較大時(shí)的運(yùn)行。永磁調(diào)速偶合器根據(jù)現(xiàn)場情況可以隨時(shí)調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)場精準(zhǔn)地軟啟動(dòng)控制與設(shè)備保護(hù)。在實(shí)際應(yīng)用中，永磁調(diào)速偶合器保持了零故障運(yùn)行，大大降低了設(shè)備對(duì)生產(chǎn)的影響，減少了設(shè)備維修和安全事故，真正實(shí)現(xiàn)了降耗增效。永磁調(diào)速偶合器運(yùn)行穩(wěn)定，保護(hù)精準(zhǔn)，很適合作為選煤廠大傾角帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置。

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