永磁磁力耦合器在皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用研究

李俊強(qiáng) 王猛 李天喜

摘? 要：本文通過對(duì)某煤礦主平硐使用的皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)方式進(jìn)行研究，相比較以前的尼龍棒硬連接傳動(dòng)方式，永磁磁力耦合器在簡化安裝、提高系統(tǒng)可靠性、減小維護(hù)工作量、降低沖擊和振動(dòng)、使用壽命、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、節(jié)能效果方面，都有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文從結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理等對(duì)永磁磁力耦合器進(jìn)行分析，說明磁力耦合器的優(yōu)勢(shì)所在。

關(guān)鍵詞：永磁磁力耦合器? 皮帶運(yùn)輸機(jī)? 分析? 優(yōu)勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（c）-0056-03

Abstract： In this paper， the transmission mode of belt conveyor used in the main adit of a coal mine is studied. Compared with the previous nylon rod hard connection transmission mode， the permanent magnetic coupling has obvious advantages in full load starting， stable starting， overload protection， allowable centering error， prolonging belt conveyor life and reducing maintenance costs. In this paper， the structure， working principle， combined with the actual performance data of the two are compared and analyzed， and through specific application examples to illustrate the advantages of magnetic coupling.

Key Words： Permanent magnetic coupling; Belt conveyor; Analysis; Advantages

傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要包括各種齒輪傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、輪系傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和螺紋傳動(dòng)等。這些現(xiàn)行的裝置具有扭矩大、傳動(dòng)效率較高、傳動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于各種結(jié)構(gòu)在傳動(dòng)過程中，運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備主動(dòng)部件與從動(dòng)部件之間存在相互接觸摩擦，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、磨損和噪聲，另外受潤滑要求的影響，傳動(dòng)精度也會(huì)產(chǎn)生一些偏差。在密封性能方面，機(jī)械傳動(dòng)采取的是接觸密封，都需要軸封，采用填料等方式，這些填料容易在傳動(dòng)過程中由于磨損產(chǎn)生泄露，從而造成密封效果較差，所以在一些特殊的場(chǎng)所無法滿足使用要求。但是，永磁磁力耦合器可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)部件與從動(dòng)部件不直接接觸的動(dòng)力傳遞，它取消了傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置中的動(dòng)密封，基本達(dá)到了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中靜密封、零泄漏的要求。在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，永磁磁力耦合器傳動(dòng)形式將會(huì)取代一些機(jī)械傳動(dòng)形式。

永磁磁力耦合器傳動(dòng)技術(shù)是傳動(dòng)技術(shù)、材料技術(shù)、制造技術(shù)的集成，并不只是簡單的利用磁體的同性相斥，異性相吸的原理。永磁磁力耦合器傳動(dòng)技術(shù)適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品技術(shù)，這也正是21世紀(jì)人們對(duì)于制造產(chǎn)品的要求。隨著科技的進(jìn)步，新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷更新，也將迎來永磁磁力耦合器傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的新階段。

1? 工程概況

新維公司新場(chǎng)井主平硐皮帶運(yùn)輸機(jī)，型號(hào)為DTL80/28/2×132，總長度為1850m，傳動(dòng)方式采用尼龍棒硬傳動(dòng)的方式，于2018年1月投入運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，聯(lián)軸器多次出現(xiàn)故障，尼龍棒被重力剪斷，嚴(yán)重影響了該臺(tái)皮帶機(jī)的正常運(yùn)行。為保證膠帶運(yùn)輸機(jī)正常使用，緩解膠帶運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)壓力，改造傳動(dòng)方式已經(jīng)勢(shì)在必行。

2? 永磁磁力耦合器的原理

永磁磁力耦合器主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分構(gòu)成，如圖1所示：導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸連接，永磁轉(zhuǎn)子與工作機(jī)軸連接，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間存在空氣間隙，沒有傳遞扭矩直接接觸的機(jī)械連接。這樣，電機(jī)和工作機(jī)之間形成了磁連接，可以通過調(diào)節(jié)氣隙大小來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)軸扭矩、轉(zhuǎn)速的變化。

3? 永磁磁力耦合器的特點(diǎn)

永磁磁力耦合器通過去磁方式來達(dá)到調(diào)速目的，依靠運(yùn)動(dòng)的永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，切割導(dǎo)體產(chǎn)生的渦流感應(yīng)磁場(chǎng)，相互作用而產(chǎn)生力矩。永磁磁力耦合器能夠使用在任何離心負(fù)載的設(shè)備中，甚至應(yīng)用在最高可達(dá)6000馬力的負(fù)載上。由于在改變負(fù)載速度的過程中，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速保持恒定，有效的解決了在運(yùn)行過程中電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱的問題。由于永磁磁力耦合器是機(jī)械裝置，在運(yùn)行過程中不會(huì)引起諧波干擾，不需要變壓器、濾波器以及一些冷卻系統(tǒng)。在永磁磁力耦合器中，導(dǎo)體盤與磁體盤之間存在滑差，這種滑差會(huì)使速度大約比全速運(yùn)行時(shí)損失2%～3%。

4? 永磁磁力耦合器性能的優(yōu)勢(shì)

永磁磁力耦合器的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（見表1）：（1）隔離振動(dòng)：有效減少損耗，無摩擦、磨損性元器件。系統(tǒng)的震動(dòng)減少，可達(dá)50%～85%，延長系統(tǒng)設(shè)備壽命;（2）高效節(jié)能：高效率扭矩傳輸效率大于95%，最高可達(dá)98.5%：（3）最大角度偏移量和最大軸向偏移量要求較低：允許最大軸中心線偏離6.5mm，角度偏離4°。安裝調(diào)試過程簡便，和軸之間采用間隙軸配合，使用漲緊套結(jié)構(gòu)，可快拆快裝;（4）柔性啟動(dòng)/停止：空載啟動(dòng)，使電機(jī)峰值電流降低，啟動(dòng)電流小于正常值的1.5倍，提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。使用磁力耦合器可以減少電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電能消耗，以及避免造成較大的電壓沖擊;（5）沖擊負(fù)載：可以隔離軸向、徑向、圓周方向、各個(gè)方向的震動(dòng)沖擊;（6）免維護(hù)：由于磁力耦合器為全機(jī)械結(jié)構(gòu)，非接觸傳動(dòng)，不用油，不用電，無磨損，所以也不需要維護(hù)，大大節(jié)省了設(shè)備自身維護(hù)成本;（7）適應(yīng)嚴(yán)酷的工作環(huán)境：極大的延長電機(jī)和負(fù)載軸承、負(fù)載密封件的壽命;（8）安裝簡單：由于磁力耦合器主動(dòng)件和從動(dòng)件之間存在間隙，和普通的機(jī)械傳動(dòng)裝置相比結(jié)構(gòu)更加簡便，易裝卸、維護(hù)和調(diào)試，降低了維護(hù)的難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造或應(yīng)用在新系統(tǒng)中比較便捷;（9）使用壽命長：設(shè)計(jì)壽命可達(dá)20年。

5? 結(jié)語

經(jīng)過以上的分析，我們不難看出：通過永磁磁力耦合器在新場(chǎng)井主平硐皮帶機(jī)的推廣應(yīng)用，極大地降低了皮帶機(jī)的啟動(dòng)電流，降低噪聲和振動(dòng)，大大降低電力消耗，節(jié)約運(yùn)行成本，永磁磁力耦合器基本上不發(fā)生故障，延長了電機(jī)與減速箱的使用壽命，磁力耦合器結(jié)構(gòu)簡單，無需潤滑，對(duì)環(huán)境無任何污染損害。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙韓，王勇，田杰.磁力機(jī)械研究綜述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（12）：97-104.

[2] 王玉良.國外永磁傳動(dòng)技術(shù)的新發(fā)展.磁性材料及器件，2001（8）：45-46.

[3] 王玉良，鄧子龍，趙章榮.國外磁傳動(dòng)無密封泵技術(shù)發(fā)展概況[J].石油機(jī)械，2003，31（4）：52-54.

[4] A.H.Nenland.Apparatus for transmitting power.U.S.patent1.171.351.Feb 1916.

[5] H.T.Faus.Magnet gearing.U.S.patent2.243.555.May 1941.

[6] T.B Martin，Jr.Magnetic transmission.U.S.patent3.378.710.April 1968.

[7] Ikuta.K，Makita.S，Arimoto.S.Non-contact magnetic gear for transmission mechanism.Proc.IEEE Conf.on Micro electro mechanical systems.MENS91，Nara，Japan，1991：125-130.

[8] 蔡俊珂，蔡業(yè)彬，張興芳.一種新型永磁磁力耦合器進(jìn)風(fēng)孔的仿真研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2017，41（6）：169-173.

[9] 楊帆，劉露露.基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁場(chǎng)分析[J].煤礦機(jī)電，2019，40（3）：26-28.

[10] 趙清，邵龍，于靜澤，等.變速磁力耦合器研究[J]. 電氣應(yīng)用，2013（4）：82-87.

[11] 張超.表貼式變頻永磁同步電機(jī)諧波電流與電磁力波的分析計(jì)算[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2020.

[12] 張?chǎng)?內(nèi)置式永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)的計(jì)算與分析[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2020.

[13] 秦晉.大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)徑向電磁力研究及軟件開發(fā)[D].太原：中北大學(xué)，2020.

[14] 張宇.船舶用永磁同步電機(jī)振動(dòng)分析及降振方法研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2019.