磁滯式聯(lián)軸器在電纜卷筒裝置中的應(yīng)用

閆 虹

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司同家梁礦， 山西 大同 037003）

引言

32/5T門式天車為鏈條傳動(dòng)式驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中時(shí)有電纜卷筒停機(jī)與活動(dòng)電纜斷開等問題，進(jìn)而引發(fā)天車無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且設(shè)備由于停機(jī)或電纜斷開所需要的維修時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致井下物料無法正常進(jìn)行運(yùn)輸和提升。而且部分情況下電纜由于外部防護(hù)絕緣層出現(xiàn)撕裂所導(dǎo)致導(dǎo)體外漏，存在漏電安全隱患，進(jìn)而可能導(dǎo)致人員觸電事故。

32/5T門式天車傳動(dòng)方式為硬聯(lián)接傳動(dòng)方式，該方式下導(dǎo)致電纜卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一直處于恒拉力狀態(tài)，卷筒上的電纜運(yùn)轉(zhuǎn)過程會(huì)沿單側(cè)卷起，而活動(dòng)電纜承受的拉應(yīng)力增加，當(dāng)超出局部薄弱點(diǎn)所能承受的拉應(yīng)力極限，就會(huì)出現(xiàn)表面撕裂和電纜的整體斷裂；而驅(qū)動(dòng)鏈條長(zhǎng)期過程后會(huì)出現(xiàn)受拉增加，鏈條過程易脫鏈或卡鏈，進(jìn)而出現(xiàn)卷筒停機(jī)。

1 卷筒聯(lián)軸器選型原則

1）聯(lián)軸器選型過程中需要綜合考慮其各項(xiàng)工作參數(shù)，如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、離心力和緩震等，對(duì)于電纜卷筒聯(lián)軸器，需要對(duì)電纜截面積10～240 mm2的線纜進(jìn)行收放，電纜在卷筒的纏繞長(zhǎng)度不會(huì)長(zhǎng)于1 000 m，工作時(shí)以低轉(zhuǎn)速為主，需要附加減速器進(jìn)行調(diào)速[1-3]。

2）聯(lián)軸器工作過程中需要考慮其運(yùn)行載荷類型，即運(yùn)轉(zhuǎn)過程針對(duì)工作環(huán)境和承受載荷選取不同的工作載荷系數(shù)。而常見的傳動(dòng)類聯(lián)軸器的載荷類型分為4類，見表1。

3）聯(lián)軸器應(yīng)對(duì)傳動(dòng)精度與可靠性具有一定要求，聯(lián)軸器無論對(duì)大轉(zhuǎn)矩還是小轉(zhuǎn)矩都存在傳動(dòng)精度要求，因?yàn)閭鲃?dòng)精度或安裝尺寸與位置精度過低會(huì)加大零配件的損耗和降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

表1 聯(lián)軸器工作載荷系數(shù)

4）電纜卷筒的工作環(huán)境位于礦井，工作環(huán)境中較為惡劣，存在濕度、溫度、水、腐蝕介質(zhì)等問題，尤其是要注意水分和煤塵對(duì)設(shè)備的影響，加強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)中的密封情況，避免水分和煤塵進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 磁滯式電纜卷筒聯(lián)軸裝置的改造應(yīng)用

磁滯型電纜卷筒聯(lián)軸裝置利用感磁材料的時(shí)滯性，通過磁力將扭矩力進(jìn)行傳遞，具體原理為通過感磁材料高速旋轉(zhuǎn)，臨近永磁體磁化感磁材料，磁化過程中的時(shí)滯性導(dǎo)致感磁材料旋轉(zhuǎn)過程中交替磁化，兩物體間形成磁化滑差，永磁材料受磁耦合作用從而旋轉(zhuǎn)，完成力矩的傳遞，聯(lián)軸器內(nèi)為感應(yīng)盤與磁盤兩對(duì)稱圓盤，由于該磁力滑差現(xiàn)象強(qiáng)度隨兩者間距而改變其傳遞的扭矩大小。該類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)過程無連接、力矩輸出穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備加工過程中的構(gòu)配件加工質(zhì)量與可靠性具有一定的要求。磁滯型聯(lián)軸器使用過程中應(yīng)避免轉(zhuǎn)速過高從而過載，過載打滑導(dǎo)致內(nèi)部形成渦流現(xiàn)象釋放大量熱量，溫度過高會(huì)直接燒毀聯(lián)軸器內(nèi)部零件或減少其使用壽命。

根據(jù)活動(dòng)電纜拖動(dòng)需要，32/5T門式天車的電纜卷筒選取為磁滯式聯(lián)軸器更換原有鏈?zhǔn)铰?lián)軸器，通過充分分析與調(diào)研，最終選取封丘富軒起重配件廠的CZJ-100-4型磁滯式電纜卷筒裝置。該設(shè)備由置1.5 kW電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，包含纜卷盤、圓錐減速箱、卷筒集、磁滯聯(lián)軸器及電動(dòng)機(jī)等部件組成。卷筒配套電機(jī)輸出的動(dòng)力由于轉(zhuǎn)速較高，無法直接傳遞至卷盤，需要通過圓錐減速箱的轉(zhuǎn)化降低轉(zhuǎn)速和提高力矩，再帶動(dòng)卷盤纏繞或釋放電纜。該磁滯式卷筒伴隨移動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行電纜收放，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)始終保證電纜張緊纏繞在卷筒上，當(dāng)電纜隨設(shè)備拖動(dòng)前行時(shí)聯(lián)軸器內(nèi)部磁盤與感應(yīng)盤由于磁場(chǎng)發(fā)生變化所產(chǎn)生磁場(chǎng)力矩的磁滯現(xiàn)象，使電纜呈現(xiàn)張緊狀態(tài)；而當(dāng)電纜需要回收時(shí)，聯(lián)軸器受到回收向回旋轉(zhuǎn)收回電纜；并且該型卷筒可以調(diào)節(jié)聯(lián)軸器內(nèi)部磁盤和感應(yīng)盤間距進(jìn)行力矩和張緊力調(diào)整，改造完成后的電纜卷筒如圖1所示[4-6]。

圖1 改造后電纜卷筒聯(lián)軸裝置實(shí)物圖

3 改造應(yīng)用效果

1）電纜卷筒由鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)改變?yōu)榇艤絺鲃?dòng)后，聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)更加緊湊、性能穩(wěn)定、體積小，便于安裝和調(diào)試。驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳遞無需直接接觸，利用磁滯現(xiàn)象進(jìn)行力矩傳動(dòng)，卷筒根據(jù)移動(dòng)設(shè)備需求調(diào)整旋轉(zhuǎn)方向，隨設(shè)備前行而正向收緊，后退而反向收緊，致使卷筒中的電纜呈現(xiàn)恒定的張緊狀態(tài)?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)輸出力矩進(jìn)行調(diào)整，并且不需要通過制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)備制動(dòng)。

2）該門式天車活動(dòng)電纜卷筒裝置的成功改造，極大地提高了該天車的使用效率，提高了開機(jī)率，改造后至今未發(fā)生過一次卷筒事故，較原有裝置每年可節(jié)約維修時(shí)間100多個(gè)小時(shí)，間接經(jīng)濟(jì)效益明顯；按每年減少4次活動(dòng)電纜更換，每根100 m，可節(jié)約活動(dòng)電纜400余m，電纜更換直接經(jīng)濟(jì)效益每年可節(jié)約400 m×235元/m=94 000元。