永磁調速偶合器在選煤廠帶式輸送機上的應用研究

張 強 劉 軍

(1.陜西黃陵二號煤礦有限公司 ，陜西省延安市，727307；2.芬雷選煤工程技術(北京)有限公司黃陵分公司，陜西省延安市，727307)

1 選煤廠帶式輸送機傳動裝置對比分析

1.1 液力偶合器傳動裝置

近年來，選煤廠采用液力偶合器作為帶式輸送機的傳動裝置。液力偶合器是液力傳動元件，利用液體的動能進行能量傳遞的一種液力傳動裝置，它以液體油作為工作介質，通過泵輪和渦輪將機械能和液體的動能相互轉化，從而連接原動機與工作機實現動力的傳遞。液力偶合器安裝在異步電機和負載之間來傳遞轉矩，可以在電機恒速運轉情況下，在一定范圍內無級調節負載的轉速。然而在實際應用中，液力偶合器存在以下較為突出的缺點：一是需要提供較大的安裝空間，日常維護工作量較大，安裝和拆卸困難；二是由于液力偶合器的兩端出軸為兩個半軸，徑向跳動較大，在短時間內會造成設備漏油，不僅污染現場環境，而且會導致機械軸及軸承干磨，故障率較高；三是若不按規定維護，容易熔塞燒穿，發生噴油著火事故；四是成本較高，使用壽命較短，大約2 a時間電機軸就會斷裂，性價比較低；五是減振效果較差，經常出現雙向震動，當到達一定程度時會導致電機軸斷裂；六是雖然液力偶合器也有軟啟動，但在選煤廠煤炭運輸工況下，效果遠遠達不到要求；七是在實際應用中，負載煤量經常會出現過大的狀況，此時液力偶合器不能將動力有效傳遞導致膠帶張力過大而斷裂。

1.2 永磁調速偶合器傳動裝置

永磁調速偶合器是純機械產品，對供電電源要求較低，使用中不會對電網產生高次諧波污染，也不存在電磁干擾問題。由于不需要像液力偶合器采用油介質運行，所以不會出現漏油等問題。作為純機械運行的產品，永磁調速偶合器能夠適應苛刻工況，且傳遞效率較高，運行穩定可靠，負載的震動不會傳遞到電機上。由于軸連接是非接觸式的，所以帶來了兩個方面的好處：一是安裝時“對中”要求低；二是在長期運行中不會產生因為直接的軸連接而帶來的軸承和密封的損壞。根據實際企業的使用情況(在美國的企業，永磁調速偶合器最長連續使用時間已達6 a，理論壽命30 a)，永磁調速偶合器表現了長期運行的穩定性。

永磁調速偶合器在軟啟動效果上遠遠超過液力偶合器，軟啟動過程中能夠有效地保護電機。液力偶合器沒有軟停止的功能，需要停止電機才能停止帶式輸送機。在帶式輸送機運煤過程中，經常會出現大塊煤或煤矸石，此時需要停止帶式輸送機取下大塊煤或煤矸石，由于會頻繁出現此類情況，所以選擇液力偶合器作為傳動裝置會降低電機使用壽命，而選擇永磁調速偶合器作為傳動裝置可以只停止永磁調速偶合器而不停止電機就可停止帶式輸送機，實現軟停止功能，大大降低由于反復啟停電機對降低電機使用壽命的影響。當液力偶合器過載噴油時，只能停止設備運行并對設備進行處理，嚴重影響生產。而當永磁調速偶合器過載時，當負載降低或停機后，永磁調速偶合器會自動恢復，非常適合作為選煤廠帶式輸送機的傳動裝置。

永磁調速偶合器配套外部器件有溫度傳感器、轉速傳感器以及電流互感器等，采集的各類數據進入CPU經過分析計算后采取相應的措施。由于不同現場帶式輸送機的運煤量不同、選用的執行器不同以及永磁調速偶合器的型號不同，使得對應現場的保護不同，因此在保護上可以根據現場實際情況而設定，更有效地針對故障進行保護。

2 控制策略與控制流程

2.1 控制策略

配備永磁調速偶合器的帶式輸送機傳動裝置由電機、轉速傳感器、永磁調速偶合器、紅外溫度傳感器、工作機、PLC控制箱、角行程電動執行器組成，其組成示意圖如圖1所示。

1-電機；2-轉速傳感器；3-永磁調速偶合器;4-紅外溫度傳感器；5-工作機；6-PLC控制箱；7-角行程電動執行器圖1 帶式輸送機傳動裝置組成示意圖

永磁調速偶合器電控部分包括磁保護器、傳感器、執行器，磁保護器配有顯示屏，能夠更好地進行人機交互。外部有兩個溫度傳感器與兩個轉速傳感器能更好地對當前數據進行實時采集。執行器是永磁調速偶合器調速的關鍵，通過CPU輸入的給定開度來進行軟啟動，同時將反饋開度輸出，以便CPU更好地分析當前狀態采取相應措施。CPU內部會根據設置的相關參數計算出適宜的加速度特性曲線，將對應的給定開度傳入執行器，永磁調速偶合器開始進行軟啟動，在設置的標準時間內完成啟動，對設備進行有效保護。在帶式輸送機出現大塊煤或煤矸石需要清理時，永磁調速偶合器進行軟停止操作，不用停止電機即能停止帶式輸送機。

在選煤廠實際使用工況下，會出現多種突發的問題，永磁調速偶合器每種故障處理方式不同，對于惡劣故障需要及時停機處理，對于普通故障會將永磁調速偶合器拉到最小氣隙，從而在不影響生產的情況下對設備進行保護，對于設備檢測故障(檢測傳感器等外部設備是否故障)只提示不處理。每種保護處理的方式都經過嚴密的論證與測試，確保設備的安全可靠性。

2.2 控制流程

整個系統有遠程與本地兩種控制方式，在本地模式下，可以在控制箱上進行永磁調速偶合器的啟動與停止，但此時集控室無法控制設備。反之在遠程模式下本地無法控制設備的啟停，選煤廠一般選用遠程集控室控制，但在本地發生異常來不及通知集控室時，可以在現場用急停處理方式。帶式輸送機傳動裝置人機交互界面如圖2所示。

圖2 帶式輸送機傳動裝置人機交互界面

集控室啟動電機后會給磁保護器信號，接收到信號后延時幾秒啟動永磁調速偶合器，當到達設置的時間后，開始有輸出轉速進行軟啟動，軟啟動輸出轉速到達一定數值后判定為啟動完成，此時集控室的運行指示燈亮。當磁保護器接收到停止永磁調速偶合器的信號后進行軟停止，當停止結束后給集控室發出可以再次啟動的信號，避免發生在執行器不是最大氣隙啟動而導致的發熱過大的情況。永磁調速偶合器控制流程如圖3所示。

圖3 永磁調速偶合器控制流程圖

3 現場應用與數據分析

2017年3月-12月，永磁調速偶合器在陜西黃陵二號煤礦有限公司選煤廠投入運行，運行期間性能穩定，運行的部分數據見表1。

表1 現場部分運行數據

從表1可以看出，當出現轉差過大的狀況時，對應下次軟啟動的永磁調速偶合器最高溫度越大，表明負載端煤量較多，從而使永磁調速偶合器溫度升高。永磁調速偶合器在工作時會頻繁啟動，停止10～30 min左右就會再次啟動。根據大量軟啟動數據得出，在負載端正常的情況下，永磁調速偶合器在軟啟動過程中會有20 ℃左右的升溫，軟啟動結束后會在5 min內將溫度降低至與初始溫度相差10 ℃左右，即使發生負載過大導致永磁調速偶合器在軟啟動過程中溫度過高的狀況，溫度也能在10 min內散熱至與初始溫度相差10 ℃左右，由此得出永磁調速偶合器散熱效果較好，在頻繁啟動或負載端煤量過大的惡劣條件下，仍能有效保護電機實現軟啟動和軟停止。

4 結語

永磁調速偶合器的軟啟動和軟停止功能大大降低了由于反復啟停設備對電機造成的損傷。當帶式輸送機負載降低后或停機后，永磁調速偶合器會自動恢復，非常適合帶式輸送機負載變化較大時的運行。永磁調速偶合器根據現場情況可以隨時調整參數，實現對復雜現場精準地軟啟動控制與設備保護。在實際應用中，永磁調速偶合器保持了零故障運行，大大降低了設備對生產的影響，減少了設備維修和安全事故，真正實現了降耗增效。永磁調速偶合器運行穩定，保護精準，很適合作為選煤廠大傾角帶式輸送機的傳動裝置。

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