永磁磁力耦合器在皮帶運輸機上的應用研究

李俊強 王猛 李天喜

摘? 要：本文通過對某煤礦主平硐使用的皮帶運輸機傳動方式進行研究，相比較以前的尼龍棒硬連接傳動方式，永磁磁力耦合器在簡化安裝、提高系統(tǒng)可靠性、減小維護工作量、降低沖擊和振動、使用壽命、適應各種惡劣環(huán)境、節(jié)能效果方面，都有明顯的優(yōu)勢。本文從結構、特點、工作原理等對永磁磁力耦合器進行分析，說明磁力耦合器的優(yōu)勢所在。

關鍵詞：永磁磁力耦合器? 皮帶運輸機? 分析? 優(yōu)勢

中圖分類號：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0056-03

Abstract： In this paper， the transmission mode of belt conveyor used in the main adit of a coal mine is studied. Compared with the previous nylon rod hard connection transmission mode， the permanent magnetic coupling has obvious advantages in full load starting， stable starting， overload protection， allowable centering error， prolonging belt conveyor life and reducing maintenance costs. In this paper， the structure， working principle， combined with the actual performance data of the two are compared and analyzed， and through specific application examples to illustrate the advantages of magnetic coupling.

Key Words： Permanent magnetic coupling; Belt conveyor; Analysis; Advantages

傳統(tǒng)的機械傳動結構主要包括各種齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動、帶傳動、輪系傳動、鏈傳動和螺紋傳動等。這些現(xiàn)行的裝置具有扭矩大、傳動效率較高、傳動可靠等優(yōu)點。由于各種結構在傳動過程中，運行的機械設備主動部件與從動部件之間存在相互接觸摩擦，會產(chǎn)生振動、磨損和噪聲，另外受潤滑要求的影響，傳動精度也會產(chǎn)生一些偏差。在密封性能方面，機械傳動采取的是接觸密封，都需要軸封，采用填料等方式，這些填料容易在傳動過程中由于磨損產(chǎn)生泄露，從而造成密封效果較差，所以在一些特殊的場所無法滿足使用要求。但是，永磁磁力耦合器可以實現(xiàn)主動部件與從動部件不直接接觸的動力傳遞，它取消了傳統(tǒng)傳動裝置中的動密封，基本達到了機械設備運行中靜密封、零泄漏的要求。在一些特殊的應用場合，永磁磁力耦合器傳動形式將會取代一些機械傳動形式。

永磁磁力耦合器傳動技術是傳動技術、材料技術、制造技術的集成，并不只是簡單的利用磁體的同性相斥，異性相吸的原理。永磁磁力耦合器傳動技術適應節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品技術，這也正是21世紀人們對于制造產(chǎn)品的要求。隨著科技的進步，新技術、新工藝、新產(chǎn)品結構不斷更新，也將迎來永磁磁力耦合器傳動技術發(fā)展的新階段。

1? 工程概況

新維公司新場井主平硐皮帶運輸機，型號為DTL80/28/2×132，總長度為1850m，傳動方式采用尼龍棒硬傳動的方式，于2018年1月投入運行。在運行過程中，聯(lián)軸器多次出現(xiàn)故障，尼龍棒被重力剪斷，嚴重影響了該臺皮帶機的正常運行。為保證膠帶運輸機正常使用，緩解膠帶運輸機傳動壓力，改造傳動方式已經(jīng)勢在必行。

2? 永磁磁力耦合器的原理

永磁磁力耦合器主要由導體轉子和永磁轉子兩個部分構成，如圖1所示：導體轉子與電機軸連接，永磁轉子與工作機軸連接，導體轉子與永磁轉子之間存在空氣間隙，沒有傳遞扭矩直接接觸的機械連接。這樣，電機和工作機之間形成了磁連接，可以通過調(diào)節(jié)氣隙大小來實現(xiàn)工作機軸扭矩、轉速的變化。

3? 永磁磁力耦合器的特點

永磁磁力耦合器通過去磁方式來達到調(diào)速目的，依靠運動的永久磁鐵產(chǎn)生磁場，切割導體產(chǎn)生的渦流感應磁場，相互作用而產(chǎn)生力矩。永磁磁力耦合器能夠使用在任何離心負載的設備中，甚至應用在最高可達6000馬力的負載上。由于在改變負載速度的過程中，電機額定轉速保持恒定，有效的解決了在運行過程中電機嚴重發(fā)熱的問題。由于永磁磁力耦合器是機械裝置，在運行過程中不會引起諧波干擾，不需要變壓器、濾波器以及一些冷卻系統(tǒng)。在永磁磁力耦合器中，導體盤與磁體盤之間存在滑差，這種滑差會使速度大約比全速運行時損失2%～3%。

4? 永磁磁力耦合器性能的優(yōu)勢

永磁磁力耦合器的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面（見表1）：（1）隔離振動：有效減少損耗，無摩擦、磨損性元器件。系統(tǒng)的震動減少，可達50%～85%，延長系統(tǒng)設備壽命;（2）高效節(jié)能：高效率扭矩傳輸效率大于95%，最高可達98.5%：（3）最大角度偏移量和最大軸向偏移量要求較低：允許最大軸中心線偏離6.5mm，角度偏離4°。安裝調(diào)試過程簡便，和軸之間采用間隙軸配合，使用漲緊套結構，可快拆快裝;（4）柔性啟動/停止：空載啟動，使電機峰值電流降低，啟動電流小于正常值的1.5倍，提高了整個電機驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。使用磁力耦合器可以減少電動機的啟動電能消耗，以及避免造成較大的電壓沖擊;（5）沖擊負載：可以隔離軸向、徑向、圓周方向、各個方向的震動沖擊;（6）免維護：由于磁力耦合器為全機械結構，非接觸傳動，不用油，不用電，無磨損，所以也不需要維護，大大節(jié)省了設備自身維護成本;（7）適應嚴酷的工作環(huán)境：極大的延長電機和負載軸承、負載密封件的壽命;（8）安裝簡單：由于磁力耦合器主動件和從動件之間存在間隙，和普通的機械傳動裝置相比結構更加簡便，易裝卸、維護和調(diào)試，降低了維護的難度和勞動強度，提高了工作效率。對現(xiàn)有運輸系統(tǒng)進行改造或應用在新系統(tǒng)中比較便捷;（9）使用壽命長：設計壽命可達20年。

5? 結語

經(jīng)過以上的分析，我們不難看出：通過永磁磁力耦合器在新場井主平硐皮帶機的推廣應用，極大地降低了皮帶機的啟動電流，降低噪聲和振動，大大降低電力消耗，節(jié)約運行成本，永磁磁力耦合器基本上不發(fā)生故障，延長了電機與減速箱的使用壽命，磁力耦合器結構簡單，無需潤滑，對環(huán)境無任何污染損害。

參考文獻

[1] 趙韓，王勇，田杰.磁力機械研究綜述[J].機械工程學報，2003，39（12）：97-104.

[2] 王玉良.國外永磁傳動技術的新發(fā)展.磁性材料及器件，2001（8）：45-46.

[3] 王玉良，鄧子龍，趙章榮.國外磁傳動無密封泵技術發(fā)展概況[J].石油機械，2003，31（4）：52-54.

[4] A.H.Nenland.Apparatus for transmitting power.U.S.patent1.171.351.Feb 1916.

[5] H.T.Faus.Magnet gearing.U.S.patent2.243.555.May 1941.

[6] T.B Martin，Jr.Magnetic transmission.U.S.patent3.378.710.April 1968.

[7] Ikuta.K，Makita.S，Arimoto.S.Non-contact magnetic gear for transmission mechanism.Proc.IEEE Conf.on Micro electro mechanical systems.MENS91，Nara，Japan，1991：125-130.

[8] 蔡俊珂，蔡業(yè)彬，張興芳.一種新型永磁磁力耦合器進風孔的仿真研究[J].機械傳動，2017，41（6）：169-173.

[9] 楊帆，劉露露.基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁場分析[J].煤礦機電，2019，40（3）：26-28.

[10] 趙清，邵龍，于靜澤，等.變速磁力耦合器研究[J]. 電氣應用，2013（4）：82-87.

[11] 張超.表貼式變頻永磁同步電機諧波電流與電磁力波的分析計算[D].濟南：山東大學，2020.

[12] 張鑫.內(nèi)置式永磁同步電機電磁振動的計算與分析[D].濟南：山東大學，2020.

[13] 秦晉.大功率驅(qū)動電機徑向電磁力研究及軟件開發(fā)[D].太原：中北大學，2020.

[14] 張宇.船舶用永磁同步電機振動分析及降振方法研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2019.