永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)在大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用研究

摘要：帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中偶合器是重要的能量傳遞設(shè)備，是連接電機(jī)和減速機(jī)的重要部分。目前主流使用的是傳統(tǒng)的液力偶合器，但是液力偶合器存在較大的轉(zhuǎn)差率和較低的效率，并且更換維護(hù)的工作量比較大。為了提升設(shè)備性能，在設(shè)備中使用永磁渦流柔性傳動(dòng)聯(lián)軸器，主要提供了永磁偶合器替換液力偶合器的一個(gè)案例，并在設(shè)備穩(wěn)定性和能耗兩個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)永磁渦流偶合器驅(qū)動(dòng)設(shè)備

中圖分類號(hào)：THl33

ResearchontheApplicationofPermanent-MagnetEddyingFlexibleTransmissionTechnologyinLargeDriveEquipment

YINXinyu

（NinthBranch，HebeiPortGroupCo.，Ltd.，Qinhuangdao，HebeiProvince，066000China）

Abstract：Acouplingisanimportantenergytransferdeviceinthedrivedeviceofabeltconveyor，whichisanimportantpartofconnectingthemotorandthereducer.Atpresent，atraditionalhydrauliccouplingisusedinthemainstream，butthehydrauliccouplinghasalargesliprateandlowefficiency，andtheworkloadofitsreplacementandmaintenanceisrelativelylarge.Inordertoimproveequipmentperformance，apermanent-magneteddyingflexibletransmissioncouplingisusedinequipment.Thisarticlemainlyprovidesacaseofreplacinghydrauliccouplingswithpermanent-magnetcouplings，andcomparesandanalyzesthestabilityandenergyconsumptionofequipment.

KeyWords：Beltconveyor;Permanent-magneteddycurrent;0ffc538b6884663fd66b5f68929e02fe82d84663e8181a7734a016e1535f4c24Coupling;Driveequipment

帶式輸送機(jī)具有運(yùn)量大，運(yùn)輸連續(xù)，維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在煤礦生產(chǎn)中是比較經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸設(shè)備，它一般由傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、托輥、機(jī)架、輸送帶、驅(qū)動(dòng)裝置、拉緊裝置、制動(dòng)裝置和逆止器等部分組成[1]。偶合器是重要的能量傳遞設(shè)備，它發(fā)揮著將電機(jī)的能量傳遞給減速機(jī)的功能，具有柔性連接、調(diào)速、節(jié)能、過(guò)載保護(hù)等功能。目前主流使用的是傳統(tǒng)的液力偶合器，但是液力偶合器在使用過(guò)程中的問(wèn)題很突出：在傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、減速機(jī)（工作機(jī)）的組裝中三位一軸線的同軸度難找正，顫動(dòng)運(yùn)行中扭振大，噪音大，甚至有斷軸現(xiàn)象[2]。為了提升設(shè)備性能，計(jì)劃使用永磁渦流柔性傳動(dòng)偶合器替換現(xiàn)有的液力偶合器，根據(jù)使用情況分析永磁渦流柔性傳動(dòng)偶合器的各方面情況。

皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置在長(zhǎng)時(shí)間使用后老化情況加劇，在偶合器裝置上的反應(yīng)尤為明顯。偶合器作為動(dòng)力傳遞中損耗較大的環(huán)節(jié)，偶合器功率傳遞的多少直接關(guān)系到了設(shè)備節(jié)能降耗的多少?；谝陨显?，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有的液力偶合器體系進(jìn)行了改造升級(jí)，選擇能夠適應(yīng)液力偶合器裝置的同時(shí)也可對(duì)具有較好功率傳遞效率較低價(jià)格的磁力偶合器，達(dá)到節(jié)能降耗和低成本更新設(shè)備的雙重目的，且具有可逆操作空間[3-4]。

1永磁渦流傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)介

永磁渦流傳動(dòng)裝置主要是由兩部分組成：一部分為與減速機(jī)連接的高強(qiáng)度永磁轉(zhuǎn)子，采用軸套與制動(dòng)器端連接；另一部分為與電機(jī)連接的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。兩者直接存在固定距離的縫隙，在不工作的情況下均可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。工作過(guò)程中電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，它與永磁轉(zhuǎn)子之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在氣隙之間產(chǎn)生渦流，渦流再產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)使永磁導(dǎo)子在相同方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，減速機(jī)端產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)減速機(jī)齒輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到傳輸轉(zhuǎn)矩的目的。在工作過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整設(shè)備的氣隙達(dá)到控制輸出轉(zhuǎn)矩的目的，可以進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能管理。雙盤(pán)式磁力偶合器用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電機(jī)和負(fù)載之間轉(zhuǎn)矩?zé)o接觸傳遞，具有軟啟動(dòng)、隔振、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[5]。

1.1柔性啟動(dòng)

在設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中可以降低啟動(dòng)電流，平穩(wěn)傳遞載荷，減少皮帶受到的沖擊，降低啟動(dòng)過(guò)程中皮帶收到的拉伸和磨損，提升皮帶的壽命。

1.2噪聲、振動(dòng)大幅降低

軸心偏移是偶合器設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因，磁力偶合器采用氣隙傳遞扭矩，無(wú)直接的機(jī)械連接，設(shè)備對(duì)中的要求較低，能夠明顯降低設(shè)備的振動(dòng)，進(jìn)而降低設(shè)備故障率。而傳統(tǒng)的液力偶合器的對(duì)中要求極高，稍微出現(xiàn)偏移就會(huì)造成電機(jī)或者其他設(shè)備的損壞，設(shè)備維修更換難度較大。

1.3低成本維護(hù)保養(yǎng)

正常使用過(guò)程中，磁力偶合器基本上不會(huì)出現(xiàn)接觸性摩擦，設(shè)備的損耗基本上不存在，基本上無(wú)維護(hù)成本，只需要日常對(duì)偶合器的連接螺栓進(jìn)行檢查即可，不需要補(bǔ)油，也不會(huì)出現(xiàn)漏油的情況，設(shè)備日常維護(hù)成本極低。

1.4過(guò)載保護(hù)

偶合器傳遞的力矩超出工作范圍的情況下，偶合器的轉(zhuǎn)子之間會(huì)自動(dòng)遠(yuǎn)離脫開(kāi)，使電機(jī)空轉(zhuǎn)，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。并且不會(huì)像液力偶合器那樣出現(xiàn)噴油的情況，不會(huì)造成環(huán)境污染并且便于恢復(fù)正常。

2項(xiàng)目方案

本方案計(jì)劃采用磁力偶合器替代現(xiàn)有的液力偶合器，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作現(xiàn)狀已經(jīng)基本確定，皮帶機(jī)的運(yùn)量、地基、桁架等主要結(jié)構(gòu)部分無(wú)法改變，因此首先要選取滿足現(xiàn)場(chǎng)工作和設(shè)備環(huán)境的偶合器替代產(chǎn)品。其次本次設(shè)備更新是以提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性為目標(biāo)的，因此在偶合器選擇過(guò)程中要保證能耗、振動(dòng)等方面滿足要求，并且越優(yōu)越好。最后根據(jù)更新后設(shè)備的情況與原設(shè)備的狀況進(jìn)行比較分析，評(píng)價(jià)本次改造的成功與否。

2.1磁力偶合器的選型

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的原驅(qū)動(dòng)單元采用的是液力偶合器，型號(hào)為福伊特YOX750，具體參數(shù)如下：

輸入轉(zhuǎn)速：1000～1500r；

傳遞功率：170～760kW；

過(guò)載系數(shù)：2～2.5；

傳遞效率：96%；

外形尺寸：φ860×578。

根據(jù)現(xiàn)有輸送帶的運(yùn)量、電機(jī)參數(shù)、啟動(dòng)要求等，選擇的永磁渦流偶合器型號(hào)為MGD24/700，具體參數(shù)如下：

輸入功率：4～4000kW；

轉(zhuǎn)矩范圍：40～27000N·m；

傳遞效率：96%～99%；

氣隙調(diào)節(jié)范圍：3～40mm。

該型號(hào)的偶合器傳遞的功率、力矩均能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用要求，外形尺寸也能滿足現(xiàn)場(chǎng)的安裝環(huán)境。

2.2磁力偶合器現(xiàn)場(chǎng)適配尺寸調(diào)整

液力偶合器的整體長(zhǎng)度較大，最大直徑在1m左右，而磁力偶合器與液力偶合器相比有明顯的減小，需要對(duì)適配液力偶合器的護(hù)罩、保護(hù)限位、支撐架等部分均進(jìn)行拆除，重新設(shè)計(jì)安裝相應(yīng)的保護(hù)裝置，做好人員、設(shè)備方面的防護(hù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用情況，磁力偶合器與液力偶合器的替換還存在尺寸上的問(wèn)題，在本項(xiàng)目的改造過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)使用的驅(qū)動(dòng)裝置尺寸與選用的磁力偶合器長(zhǎng)度有所不同。根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)分析，永磁渦流偶合器的尺寸小于液力耦合器的尺寸，而減速機(jī)端與驅(qū)動(dòng)滾筒連接，無(wú)法移動(dòng)，因此永磁渦流偶合器安裝時(shí)需要修改電機(jī)及制動(dòng)器的固定位置，需要在原有基座位置加長(zhǎng)擴(kuò)孔。如果安裝永磁渦流偶合器需要將電機(jī)向右移動(dòng)200mm，并且電機(jī)底座需要加長(zhǎng)200mm。

2.3磁力偶合器連接裝置改動(dòng)

原驅(qū)動(dòng)裝置的液力偶合器采用梅花軟連接的方式與制動(dòng)器相連接，但是梅花軟連接為橡膠制品，存在較大的彈性量，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的晃動(dòng)量。而磁力偶合器工作需要較高的穩(wěn)定性，并不適配梅花軟連接的形式。因此將電機(jī)和磁力偶合器、制動(dòng)輪和磁力偶合器之間更改為軸套鎖緊的方式連接，放棄梅花軟連接的方式，避免磁力偶合器在工作時(shí)在垂直方向上有晃動(dòng)量，因此制動(dòng)輪也進(jìn)行了配套更換，將制動(dòng)輪的梅花連接端改為了螺栓連接。

設(shè)備完成安裝后整體驅(qū)動(dòng)裝置沒(méi)有很大的改動(dòng)，電機(jī)偶合器減速機(jī)對(duì)中情況良好，連接穩(wěn)固，沒(méi)有明顯的缺陷出現(xiàn)，設(shè)備表現(xiàn)良，初步完成了更新的計(jì)劃。

2.4磁力偶合器使用數(shù)據(jù)采集分析

在將磁力偶合器替換液力偶合器后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，主要從電機(jī)及偶合器的振動(dòng)數(shù)值、電機(jī)的能量消耗兩個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)如表1和表2所示。

現(xiàn)場(chǎng)使用的液力偶合器經(jīng)過(guò)多年的使用，各種設(shè)備老化，驅(qū)動(dòng)站電機(jī)的振動(dòng)數(shù)值有了明顯的劣化情況，并已經(jīng)超出了標(biāo)準(zhǔn)。之前進(jìn)行過(guò)電機(jī)偶合器的更換，但是仍無(wú)法恢復(fù)設(shè)備原有的振動(dòng)情況。電機(jī)振動(dòng)幅度和速度標(biāo)準(zhǔn)如表3、表4所示。

由以上測(cè)試值對(duì)比可以看出：通過(guò)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值的查詢可以得知，在液力偶合器傳動(dòng)的情況下該電機(jī)前后端軸承的振動(dòng)速度均已超標(biāo)準(zhǔn)值，而在更換永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置后電機(jī)的振動(dòng)速度和振幅均達(dá)到在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，達(dá)到良好的效果。

電能量對(duì)比分析，偶合器更換完成一年后采用前后兩年第一季度的耗電量進(jìn)行比較，磁力偶合器的耗電量有明顯的降低。情況如表5所示。

由表5可以看出：2018年第一季度單耗同比下降0.057-0.053=0.004kWh/T，2018年第一季度同比2017年節(jié)約7%左右，

根據(jù)操作量：0.004х2408640=9634.56kWh。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，磁力偶合器安裝后設(shè)備的振動(dòng)情況有了較為明顯的改善，各項(xiàng)振動(dòng)數(shù)據(jù)均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；在能量消耗方面也較原有的液力偶合器有了明顯的提升。

3結(jié)語(yǔ)

磁力偶合器作為新型的偶合傳動(dòng)裝置，在使用有著節(jié)能效果好，維護(hù)工作量小，安裝對(duì)中允許誤差大，過(guò)載保護(hù)，減少?zèng)_擊和振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。永磁聯(lián)軸器的安裝可以實(shí)現(xiàn)減速機(jī)與電機(jī)的非接觸連接方式，降低整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的振動(dòng)，提高設(shè)備運(yùn)行性能，大大減小電機(jī)或滾筒斷軸的安全隱患。在老舊設(shè)備改造過(guò)程中通過(guò)改變部分結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到完美替換原有偶合器的目的，并且在使用后在消除電機(jī)振動(dòng)方面有著明顯的提升效果，對(duì)于減少驅(qū)動(dòng)振動(dòng)，增加設(shè)備穩(wěn)定性有很好的效果。

參考文獻(xiàn)

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