刮板輸送機(jī)用盤式永磁電機(jī)

馮 帥

（冀中能源峰峰集團(tuán)華北重型裝備制造有限公司，河北邯鄲 056046）

0 引言

自世界第一臺(tái)刮板輸送機(jī)誕生以來，經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的不斷研究、試驗(yàn)、改進(jìn)，刮板輸送機(jī)已成為煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。機(jī)型從輕型、中型到重型、超重型，裝機(jī)功率也越來越大。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括彈性聯(lián)軸器、限矩型液力耦合器、雙速電機(jī)、調(diào)速型液力耦合器、軟起動(dòng)器等，其中軟啟動(dòng)器包括可控啟動(dòng)傳動(dòng)裝置（CST）、閥控調(diào)速液力耦合器、變頻調(diào)速技術(shù)等類型。隨著綜采工作面的推廣及應(yīng)用，不斷引發(fā)各種問題，如工作面頭尾布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人行通道狹小等，因此開發(fā)了“刮板輸送機(jī)用永磁盤式半直驅(qū)電機(jī)”項(xiàng)目，可有效改變工作面布置結(jié)構(gòu)，加大員工通行空間，確保安全生產(chǎn)，提高工作面推進(jìn)速度。

1 盤式永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)

盤式永磁同步電機(jī)外觀像圓盤，采用軸向磁通勵(lì)磁，是通過盤形定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的特殊電機(jī)，兼具軸向尺寸短、功率密度高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)（圖1）。以YBSYC-200/1140J 型電機(jī)為例，額定功率200 kW，電壓1140 V，轉(zhuǎn)速300 r/min，輸出轉(zhuǎn)矩≥38 kN·m，效率≥92%，防爆型式ExdI，電機(jī)外徑860 mm，電機(jī)寬度60 mm，采用水冷方式。

圖1 盤式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)

該電機(jī)采用“雙定子，單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)”，兩邊定子完全相同，可消除運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的軸向磁吸力。兩側(cè)定子由硅鋼片經(jīng)沖制后卷繞而成，在空間上呈平面相對(duì)放置，其硅鋼片的利用率達(dá)到90%以上，而傳統(tǒng)電機(jī)硅鋼片利用率僅為75%左右，大大減少硅鋼片的損耗量。兩側(cè)端蓋設(shè)有環(huán)形冷卻水道，可對(duì)定子線圈進(jìn)行散熱，降低電機(jī)溫度。

轉(zhuǎn)子采用不銹鋼焊接而成，外環(huán)鏤空設(shè)計(jì)，釹鐵硼永磁鐵鑲嵌在鏤空處，N、S 極交錯(cuò)布置，并用磁鋼膠固定（圖2）。線圈嵌在兩側(cè)的定子鐵芯內(nèi)，定子與轉(zhuǎn)子呈盤型，兩者間的氣隙是與電機(jī)轉(zhuǎn)軸垂直的平面，磁力線垂直于氣隙面，與轉(zhuǎn)軸方向平行，為軸向氣隙磁通。除磁力線方向與常規(guī)電機(jī)不同外，其工作原理相同。

圖2 轉(zhuǎn)子磁鋼排列

2 減速器的配套設(shè)計(jì)

配套使用的刮板機(jī)采用7齒26×92 型鏈輪，鏈速約1 m/s，輸入轉(zhuǎn)速約46 r/min。結(jié)合盤式電機(jī)參數(shù)得出減速器速比為7 左右，故采用一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)。

減速器采用漸開線行星齒輪傳動(dòng)，合理利用內(nèi)外嚙合、功率分流，內(nèi)部齒輪采用低碳合金鋼滲碳淬火加磨齒或氮化工藝。整機(jī)具有結(jié)構(gòu)尺寸小，輸出扭矩大，速比大、效率高、性能安全可靠、噪聲低等特點(diǎn)。通過計(jì)算機(jī)有限元分析得出一級(jí)行星減速器參數(shù)（表1）。

表1 行星減速器參數(shù)

3 盤式半直驅(qū)單元的構(gòu)成

常規(guī)的刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)單元由電機(jī)、連接罩、聯(lián)軸器、減速器、聯(lián)接墊架等組成，其與刮板機(jī)機(jī)身平行布置，在工作面布置時(shí)，需配置過渡支架且柔性通道狹小，存在一定的安全隱患。

盤式半直驅(qū)單元主要由永磁盤式電機(jī)、行星減速器及聯(lián)接墊架構(gòu)成，它改變了刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的布置方式，其垂直于刮板機(jī)機(jī)身，與鏈輪軸組同軸的安裝方式，簡(jiǎn)化機(jī)頭結(jié)構(gòu)，減少占用空間（圖3）。在綜采工作面布置中，可將驅(qū)動(dòng)單元放置在巷道中，去掉過渡支架，統(tǒng)一工作面架型，確保行人通道安全通暢。

圖3 永磁盤式半直驅(qū)單元

4 結(jié)論

針對(duì)煤礦井下運(yùn)輸、采掘裝備等應(yīng)用場(chǎng)合的特殊需求，研發(fā)的盤式永磁電機(jī)與行星減速一體化組合傳動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)煤礦用刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的高功率密度、小型化、輕量化，減少機(jī)頭占用空間，統(tǒng)一了工作面架型，優(yōu)化了綜采工作面布置，改善了工作面行人通道，推進(jìn)煤機(jī)裝備升級(jí)換代和開采工藝的變革。