門式斗輪堆取料機(jī)動力卷盤故障分析及改造

陳慶波，馬壽文，周 斌

(云南天安化工有限公司，云南 安寧 650309)

1 概述

我公司合成氨裝置原料門式斗輪堆取料機(jī)(以下簡稱門斗)是生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，其強(qiáng)大的堆煤取煤功能，是生產(chǎn)線上燃料煤(原料煤)輸送及倒運(yùn)切換、裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

該設(shè)備為長春發(fā)電設(shè)備總廠生產(chǎn)的MDQ型大型堆取料機(jī)，由司機(jī)室、配電室、鋼架本體、活動梁、剛性(柔性)腿、堆料/取料/移動膠帶、尾車/分流/變換、動力卷盤、控制卷盤、控制系統(tǒng)等部分組成，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。其中，動力卷盤是整機(jī)動力電源上機(jī)的部分，經(jīng)電纜、卷盤機(jī)構(gòu)、滑環(huán)機(jī)構(gòu)等，在停車或運(yùn)行過程中，為機(jī)組提供電源[1]。一旦門斗故障，輸煤系統(tǒng)面臨癱瘓。隨著門斗使用年限的增加，其穩(wěn)定可靠性下降，故障頻繁，已成為制約堆煤輸送的瓶頸。

2 動力卷盤的工作原理

目前，使用的動力卷盤為力矩式磁力摩擦制動型結(jié)構(gòu)，由調(diào)壓器(力矩控制器)控制電機(jī)驅(qū)動減速機(jī)，通過磁力摩擦帶動或制動動力卷盤，隨大車行走同步前進(jìn)或后退。其滑環(huán)隨卷盤同步旋轉(zhuǎn)，在滑環(huán)上裝有動力碳刷，實(shí)現(xiàn)動力卷盤在轉(zhuǎn)動過程中不間斷為機(jī)組提供電源[2]。

動力卷筒主電機(jī)型號為YLJ112-100/6，額定功率 3 kW，冷卻風(fēng)扇電機(jī)為 0.2 kW，力矩電機(jī)控制器為TMA-4B 25A。電氣一次系統(tǒng)簡圖如圖1。

圖1 動力卷盤電氣一次系統(tǒng)簡圖

動力卷盤的前行控制包含主動收電纜和被動放電纜兩個(gè)階段。定義水平直線方向上從左往右為前行。

1)當(dāng)整機(jī)在左側(cè)向右前行，機(jī)組無故障且收到前行命令，前行接觸器閉合電機(jī)運(yùn)行，此為主動收電纜過程(圖2)。

圖2 前行收纜示意圖

2)當(dāng)整機(jī)通過中間錨定位置繼續(xù)向右前行，導(dǎo)向輪限位換向，前行接觸器釋放，電機(jī)停運(yùn)卷盤制動。但由于整機(jī)繼續(xù)前行，電纜在錨定位置被固定，所以動力卷盤被電纜拖著反向旋轉(zhuǎn)，此為被動放電纜過程(圖3)。

圖3 前行放纜示意圖

動力卷盤在前進(jìn)或后退過程中，當(dāng)大車停止運(yùn)行時(shí)，延時(shí) 5 s 斷開卷盤前行或后退邏輯程序出口，卷盤延時(shí)停止，避免在停機(jī)時(shí)造成電纜拖拽或堆積。

3 動力卷盤故障及原因分析

3.1 動力電纜嚴(yán)重?fù)p壞

由于電纜外皮及線芯絕緣破損、電纜回收時(shí)翻卷、突發(fā)性電纜大量滑落與受力，近年來幾乎每年需更換一次動力電纜。

其主要原因是：

1)地錨處電纜彎曲半徑不夠，電纜回折、磨損、受力嚴(yán)重。按動力電纜線設(shè)計(jì)要求圓弧段應(yīng)為R400 mm，但實(shí)際基礎(chǔ)中間翻板裝置出口結(jié)構(gòu)件圓弧段僅為R250 mm。

2)導(dǎo)向輪處電纜彎曲半徑不夠，動力電纜盤導(dǎo)向裝置各導(dǎo)輪位置與實(shí)際電纜線導(dǎo)線受力不均衡，下部末端導(dǎo)輪與導(dǎo)線形成夾角，受力較大，易造成電纜線橫斷面破損[3]。

3)動力電纜卷盤的垂直度與水平度不夠、動力電纜卷盤的線槽寬度不夠，導(dǎo)致回收電纜時(shí)發(fā)生翻卷、扭扯、兩端端面磨損嚴(yán)重。

4)永磁偶合器部分永磁鐵大量脫落、發(fā)生偏磨，制動效果差，突發(fā)性動力電纜卷盤無法回收，導(dǎo)致動力電纜大量滑落，在人工盤收后，啟動時(shí)電纜瞬間受力拉扯。

3.2 動力滑環(huán)頻繁燒損

1)動力圈盤中間導(dǎo)線位置無電纜線固定夾板、固定導(dǎo)向盤法蘭螺栓易松動，導(dǎo)致滑環(huán)箱進(jìn)口電纜線中心位置不正確，碳刷彈簧壓力接觸不良，易拉弧放電；

2)滑環(huán)支架在大車行走過程中出現(xiàn)扭曲，導(dǎo)致整個(gè)集電器不同心，滑環(huán)與碳刷接觸不良，加之密封差粉塵多，易造成滑環(huán)表面缺相拉弧起火燒壞，損壞嚴(yán)重(圖4)。

圖4 損壞的滑環(huán)

3.3 制動接觸不良

滑環(huán)箱內(nèi)部磁力摩擦片在長期使用中，各摩擦片平面扭曲變形，造成制動接觸不良。

4 采用磁滯結(jié)構(gòu)的可行性分析

經(jīng)過設(shè)備市場的調(diào)研，目前廣泛使用的CZ型磁滯聯(lián)軸器性能可靠穩(wěn)定，已成功使用6年以上，未出現(xiàn)動力電纜損壞、電纜滑落、偏磨、扭扯、滑環(huán)燒毀等故障，動力電纜外觀完好，動力電纜卷盤運(yùn)行穩(wěn)定(圖5)。

圖5 磁滯型應(yīng)用案例

4.1 CZ磁滯型結(jié)構(gòu)及傳動方式

該結(jié)構(gòu)由卷盤、齒輪減速機(jī)、電動機(jī)、磁滯聯(lián)軸器、集電滑環(huán)箱、安裝底座及導(dǎo)纜架組成(圖6)，傳動方式為：電機(jī)→磁滯聯(lián)軸器→減速機(jī)→卷盤。

1.卷盤；2.齒輪減速箱；3.磁滯聯(lián)軸器；4.電動機(jī)；5.滑環(huán)箱；6.安裝底架。圖6 磁滯式動力卷盤結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 CZ磁滯型工作過程

磁滯聯(lián)軸器是卷盤的動力調(diào)速機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)帶動主動磁盤(與電機(jī)相連)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過磁場感應(yīng)帶動被動磁盤(與減速機(jī)相連)旋轉(zhuǎn)，恒轉(zhuǎn)矩輸出，超載打滑[4]。以中間供電型、導(dǎo)纜架右下側(cè)安裝、水平直線方向從左往右為前行收纜方式為例：設(shè)備運(yùn)行時(shí)(駛向或駛離電纜錨位)，卷筒電機(jī)同時(shí)得電且始終旋向收纜方向；設(shè)備停止時(shí)，卷筒電機(jī)視設(shè)備滑行時(shí)間而延時(shí)失電。

1)當(dāng)大車駛向電纜錨位時(shí)，卷盤電機(jī)得電正轉(zhuǎn)，經(jīng)磁滯驅(qū)動器調(diào)速后(磁滯聯(lián)軸器超載打滑)，驅(qū)動卷盤收卷電纜；

2)當(dāng)大車駛離電纜錨位時(shí)，卷盤電機(jī)得電正轉(zhuǎn)，在大車的拖拽下，磁滯聯(lián)軸器超載打滑，被動放出電纜；

3)當(dāng)大車停止時(shí)，卷盤電機(jī)延時(shí)斷電，由于磁滯聯(lián)軸器內(nèi)的單向離合器的止轉(zhuǎn)作用，卷盤制動，電纜不下滑。

4.3 CZ磁滯型特點(diǎn)及優(yōu)勢

1)根據(jù)現(xiàn)場位置，可尋軸向1～3臺或徑向1～5臺不同轉(zhuǎn)矩的磁滯驅(qū)動器。

2)取消了力矩控制器，利用磁滯聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)卷盤調(diào)速，并可在現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際收放電纜受力情況調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩大小；用機(jī)械代替電氣調(diào)速，降低控制系統(tǒng)故障率。

3)取消了導(dǎo)纜架的換向限位，電機(jī)始終單向旋轉(zhuǎn)，簡化控制回路，降低了故障率。

4)該結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，可直接在原基礎(chǔ)位置進(jìn)行改造。

5)設(shè)備啟動平衡，收放電纜過程柔和，恒轉(zhuǎn)矩輸出，延長電纜的使用壽命。

6)行走過程中，磁滯聯(lián)軸器能依據(jù)大車行走速度、卷徑及拉力變化，自動調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速，使收放纜的線速度與大車行走速度保持同步。

7)改善集電滑環(huán)箱的傳動結(jié)構(gòu)，其密封性能極大提高。

從技術(shù)的先進(jìn)性、設(shè)備的可靠性、設(shè)備特點(diǎn)與優(yōu)勢、控制理論與應(yīng)用實(shí)踐分析，采用磁滯聯(lián)軸器型動力卷盤是可行的。

5 改造及防范措施

5.1 改造方式

1)采用CZ磁滯聯(lián)軸器型(KDZ-300)成套動力電纜卷盤對現(xiàn)有故障卷盤進(jìn)行整體改造；

2)重新制作電纜錨定，加大電纜翻轉(zhuǎn)半徑，確保不小于R400 mm；

3)用成套的磁滯聯(lián)軸器電機(jī)替換現(xiàn)有的力矩電機(jī)及力矩控制器，動力電纜按現(xiàn)有規(guī)格配置；

4)更換導(dǎo)纜架，取消換向限位及正反轉(zhuǎn)控制回路，簡化控制原理；

5)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際電纜受力情況，調(diào)整磁滯聯(lián)軸器的出力大小，并于大車糾偏、行走同步。

5.2 防范措施

為確保改造后的設(shè)備盡量避免外部環(huán)境影響，延長其使用壽命，特別防范如下：

1)堆煤時(shí)，在門斗軌道內(nèi)側(cè)預(yù)留適當(dāng)保護(hù)空間，確保軌道上無積煤，減小大車行走受外力阻礙的影響；

2)要求動力電纜卷盤的槽寬約為電纜寬度的1.5倍，降低電纜磨損及翻卷的影響；

3)定期清理電纜收放通道，降低地面雜物/利物摩擦損壞電纜絕緣外皮的影響；

4)制作外部圍欄，消除車輛、重物碾壓損壞電纜的影響；

5)密封所有電纜控制箱、集電滑環(huán)箱，降低煤粉對滑環(huán)碳刷及絕緣的影響；

6)定期維護(hù)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，消除潛在的故障隱患。

6 改造的經(jīng)濟(jì)性分析

按上述技術(shù)方式進(jìn)行動力卷盤改造，費(fèi)用預(yù)估15萬元(表1)。根據(jù)考察現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，可安全使用10年以上。

表1 改造費(fèi)用預(yù)估

目前，由于設(shè)備故障，每年更換1次動力電纜，每根電纜成本18萬元(ZR-YJV-0.6kV-3×185+×95扁平電纜，120 m)。按實(shí)施改造10年無主電纜故障計(jì)算，可節(jié)約直接維護(hù)成本：

Y1=18×10-15=165(萬元)

若按每2年更換一次電纜，可節(jié)約直接維護(hù)成本：

Y2=18×5-15=75(萬元)

由上可見，改造的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

7 結(jié)語

通過對門斗現(xiàn)有故障的深入分析，掌握了故障頻繁的本質(zhì)。經(jīng)市場調(diào)研，了解了磁滯型結(jié)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn)；通過可行性、經(jīng)濟(jì)性分析，為開展門斗技術(shù)改造提供了理論、實(shí)踐指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。通過改造，可有效攻克動力卷盤頻繁故障的缺陷，明顯降低設(shè)備維護(hù)及故障處理成本，極大提升設(shè)備的穩(wěn)定可靠性，為生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。