門(mén)式斗輪堆取料機(jī)動(dòng)力卷盤(pán)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(mén)式斗輪堆取料機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)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(zhǎng)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(dòng)梁、剛性(柔性)腿、堆料/取料/移動(dòng)膠帶、尾車(chē)/分流/變換、動(dòng)力卷盤(pán)、控制卷盤(pán)、控制系統(tǒng)等部分組成，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。其中，動(dòng)力卷盤(pán)是整機(jī)動(dòng)力電源上機(jī)的部分，經(jīng)電纜、卷盤(pán)機(jī)構(gòu)、滑環(huán)機(jī)構(gòu)等，在停車(chē)或運(yùn)行過(guò)程中，為機(jī)組提供電源[1]。一旦門(mén)斗故障，輸煤系統(tǒng)面臨癱瘓。隨著門(mén)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(dòng)力卷盤(pán)的工作原理

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

動(dòng)力卷筒主電機(jī)型號(hào)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T(mén)MA-4B 25A。電氣一次系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 動(dòng)力卷盤(pán)電氣一次系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

動(dòng)力卷盤(pán)的前行控制包含主動(dòng)收電纜和被動(dòng)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(wú)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(dòng)收電纜過(guò)程(圖2)。

圖2 前行收纜示意圖

2)當(dāng)整機(jī)通過(guò)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(pán)制動(dòng)。但由于整機(jī)繼續(xù)前行，電纜在錨定位置被固定，所以動(dòng)力卷盤(pán)被電纜拖著反向旋轉(zhuǎn)，此為被動(dòng)放電纜過(guò)程(圖3)。

圖3 前行放纜示意圖

動(dòng)力卷盤(pán)在前進(jìn)或后退過(guò)程中，當(dāng)大車(chē)停止運(yùn)行時(shí)，延時(shí) 5 s 斷開(kāi)卷盤(pán)前行或后退邏輯程序出口，卷盤(pán)延時(shí)停止，避免在停機(jī)時(shí)造成電纜拖拽或堆積。

3 動(dòng)力卷盤(pán)故障及原因分析

3.1 動(dòng)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(lái)幾乎每年需更換一次動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電纜盤(pán)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(dòng)力電纜卷盤(pán)的垂直度與水平度不夠、動(dòng)力電纜卷盤(pán)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(dòng)效果差，突發(fā)性動(dòng)力電纜卷盤(pán)無(wú)法回收，導(dǎo)致動(dòng)力電纜大量滑落，在人工盤(pán)收后，啟動(dòng)時(shí)電纜瞬間受力拉扯。

3.2 動(dòng)力滑環(huán)頻繁燒損

1)動(dòng)力圈盤(pán)中間導(dǎo)線位置無(wú)電纜線固定夾板、固定導(dǎo)向盤(pán)法蘭螺栓易松動(dòng)，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(chē)行走過(guò)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(dòng)接觸不良

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

4 采用磁滯結(jié)構(gòu)的可行性分析

經(jīng)過(guò)設(shè)備市場(chǎng)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(dòng)力電纜損壞、電纜滑落、偏磨、扭扯、滑環(huán)燒毀等故障，動(dòng)力電纜外觀完好，動(dòng)力電纜卷盤(pán)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(dòng)方式

該結(jié)構(gòu)由卷盤(pán)、齒輪減速機(jī)、電動(dòng)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(dòng)方式為：電機(jī)→磁滯聯(lián)軸器→減速機(jī)→卷盤(pán)。

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

4.2 CZ磁滯型工作過(guò)程

磁滯聯(lián)軸器是卷盤(pán)的動(dòng)力調(diào)速機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)磁盤(pán)(與電機(jī)相連)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)帶動(dòng)被動(dòng)磁盤(pán)(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(chē)駛向電纜錨位時(shí)，卷盤(pán)電機(jī)得電正轉(zhuǎn)，經(jīng)磁滯驅(qū)動(dòng)器調(diào)速后(磁滯聯(lián)軸器超載打滑)，驅(qū)動(dòng)卷盤(pán)收卷電纜；

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

3)當(dāng)大車(chē)停止時(shí)，卷盤(pán)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(pán)制動(dòng)，電纜不下滑。

4.3 CZ磁滯型特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置，可尋軸向1～3臺(tái)或徑向1～5臺(tái)不同轉(zhuǎn)矩的磁滯驅(qū)動(dòng)器。

2)取消了力矩控制器，利用磁滯聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)卷盤(pán)調(diào)速，并可在現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(dòng)平衡，收放電纜過(guò)程柔和，恒轉(zhuǎn)矩輸出，延長(zhǎng)電纜的使用壽命。

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

7)改善集電滑環(huán)箱的傳動(dòng)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(shì)、控制理論與應(yīng)用實(shí)踐分析，采用磁滯聯(lián)軸器型動(dòng)力卷盤(pán)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(dòng)力電纜卷盤(pán)對(duì)現(xiàn)有故障卷盤(pán)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(dòng)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(jiǎn)化控制原理；

5)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chē)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(zhǎng)其使用壽命，特別防范如下：

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

2)要求動(dòng)力電纜卷盤(pán)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(chē)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(duì)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(dòng)力卷盤(pán)改造，費(fèi)用預(yù)估15萬(wàn)元(表1)。根據(jù)考察現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)力電纜，每根電纜成本18萬(wàn)元(ZR-YJV-0.6kV-3×185+×95扁平電纜，120 m)。按實(shí)施改造10年無(wú)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(wàn)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(wàn)元)

由上可見(jiàn)，改造的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)門(mén)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(chǎng)調(diào)研，了解了磁滯型結(jié)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn)；通過(guò)可行性、經(jīng)濟(jì)性分析，為開(kāi)展門(mén)斗技術(shù)改造提供了理論、實(shí)踐指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)改造，可有效攻克動(dòng)力卷盤(pán)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。