一種同步球磨機電機輕量化設(shè)計方案

于 娜，王 新，滕 強，張春紅，荊傳旭

(大連日牽電機有限公司，遼寧大連 116036)

0 引言

球磨機自出現(xiàn)以來，就在金屬礦和非金屬礦中的選礦廠、建材、電力部門、化工部門等領(lǐng)域的基礎(chǔ)行業(yè)礦料粉碎中得到廣泛應(yīng)用[1]。隨著我國電機控制技術(shù)的進步，中速球磨機得到快速發(fā)展和應(yīng)用，球磨機電機也受到了廣泛的關(guān)注與研究。其中，同步電機以其高效率、較強的過載能力及能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行無功補償?shù)奶攸c，使其廣泛應(yīng)用在大功率工業(yè)場合[2]。大型球磨機電機也多采用同步電機，但同步電機同時也存在著體積大、制造周期長、運輸不便等劣勢。

典型的同步電機安裝型式為IM7311，開啟型式自扇風(fēng)冷，防護等級為IP00至IP23，其典型結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 典型同步電機結(jié)構(gòu)簡圖

1 輕量化設(shè)計方案

本文主要通過對原型號為TDMK630-24 6 kV IP21產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)、冷卻型式、電磁方案三個方面介紹同步球磨機電機輕量化的優(yōu)化方案。

1.1 機械結(jié)構(gòu)

1.1.1 底座采用成型槽鋼焊接結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)球磨機電機底座結(jié)構(gòu)由多塊鋼板組焊而成，重量較大。此外，組焊所需鋼板種類多樣、尺寸不一，導(dǎo)致工序復(fù)雜，工時加長。本電機底座結(jié)構(gòu)采用“Ι”型和“[”型槽鋼與鋼板混合組焊結(jié)構(gòu)，由于大量采用力學(xué)性能好的型鋼，所需組件種類少、量產(chǎn)快、生產(chǎn)效率高、重量輕，且焊接應(yīng)力小。改進后相同尺寸底座重量可降低44%。另外，底座下料、焊接、機加的工時也分別減少35.1%、40.2%、2.6%。原電機底座結(jié)構(gòu)見圖2，改進后底座結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 原電機底座結(jié)構(gòu)

圖3 改進后電機底座結(jié)構(gòu)

1.1.2 電機端罩采用與底座配合結(jié)構(gòu)

原電機端罩在徑向圓周方向上將電機鐵心、線圈等全部覆蓋。為實現(xiàn)電機輕量化，通過端罩與電機底座配合的方法，確保電機IP21的防護等級，并減少端罩主材的應(yīng)用。改進后的電機采用電機端罩座落在底座上表面的結(jié)構(gòu)，從而取消了處于底座配合面以下部分的端罩，使端罩下半部分呈開啟狀態(tài)。有效地降低了驅(qū)動端與非驅(qū)動端兩端端罩的重量，改進后兩端端罩重量總和減輕約14%。原電機端罩結(jié)構(gòu)見圖4，改進后端罩結(jié)構(gòu)見圖5。

圖4 原電機端罩結(jié)構(gòu)

圖5 改進后電機端罩結(jié)構(gòu)

1.1.3 機座底部開啟

電機防護等級要求為IP21，將電機機座的底座以下部位設(shè)計為開啟結(jié)構(gòu)，取消該處機座兩側(cè)側(cè)板，既能達到防護等級和機械性能要求，又可以增強散熱并達到降低電機重量和節(jié)約成本的目的。改進后機座重量下調(diào)了約5.8%。

1.1.4 改變集電環(huán)位置

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)集電環(huán)裝配位于轉(zhuǎn)子鐵心與非驅(qū)動端座式滑動軸承之間，方便電機轉(zhuǎn)子引線與集電環(huán)導(dǎo)電桿把接。改進后的電機從轉(zhuǎn)軸中心開孔引線，將集電環(huán)裝配位置挪至非驅(qū)動端座式滑動軸承外側(cè)，可使驅(qū)動端座式滑動軸承與非驅(qū)動端座式滑動軸承中心距離縮短150～250 mm，則電機底座軸向長度也可縮短相同尺寸。改進后底座重量降低范圍約為4.6%～5.7%。

1.1.5 磁極線圈立繞

轉(zhuǎn)子磁極線圈直接多層立繞在包好絕緣的磁極鐵心上，取消磁極線圈繞制胎具。每個磁極可單獨浸漆，絕緣更可靠，導(dǎo)熱能力提升。立繞線圈較扁繞線圈可減小磁極導(dǎo)線截面積、減少雙玻璃絲包薄膜包銅扁線的使用量。

1.2 冷卻型式

電機采用自然冷卻型式，端罩采用開啟式結(jié)構(gòu)，機座前后端板開有方形通風(fēng)孔，取消機座處于底座下方的側(cè)板，盡可能增加通風(fēng)面積，改善進出風(fēng)效果。機座處于底座上方的側(cè)板開方孔與百葉窗配合，有效地提高了電機散熱能力。

采用自然風(fēng)冷卻系統(tǒng)，取消風(fēng)扇，不僅降低轉(zhuǎn)子重量，而且縮短了端罩軸向長度，降低電機整體重量、提高了電機效率。

1.3 電磁方案

由于電機的結(jié)構(gòu)和冷卻設(shè)計提高了換熱能力，所以該電機的熱負荷可較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高近20%[3]。改進后的電機結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 改進后電機結(jié)構(gòu)簡圖

2 方案對比

電機主要參數(shù)見表1，原設(shè)計方案與改進設(shè)計方案的主要設(shè)計參數(shù)對比見表2。

表1 電機主要參數(shù)表

表2 主要設(shè)計參數(shù)對比

續(xù)表2 主要設(shè)計參數(shù)對比

通過方案對比，可以看出，改進后的電機各項性能指標滿足使用要求。樣機已投入運行，狀態(tài)良好。樣機見圖7。

圖7 樣機圖

3 結(jié)語

電機產(chǎn)品的輕量化是未來發(fā)展的必然方向。本文通過機械結(jié)構(gòu)、冷卻型式、電磁方案三方面對原成型產(chǎn)品進行輕量化優(yōu)化改進，實現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計，并通過樣機長期運行，證明該方案的可靠性，并可推廣至其它規(guī)格產(chǎn)品。