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分類:永磁直驅礦(kuàng)用球磨機 ——
1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯(lián)軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統(tǒng)存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電(diàn)機與(yǔ)控製技術研究(jiū)所與河南香蕉视频app在线下载機電設備有限公司聯合設(shè)計研發的球(qiú)磨機(jī)、立磨機采用永磁直(zhí)驅電(diàn)機,通過(guò)將電動機與機械結構進行機(jī)電一體化設計,取消動力傳輸的(de)中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載(zǎi)的需求,省去傳統磨(mó)機的(de)減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能(néng)、起動轉矩大、過載(zǎi)能(néng)力強、係統(tǒng)免(miǎn)維護、自動(dòng)化程度高等優點。
在控製方麵,本產(chǎn)品(pǐn)電(diàn)機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加(jiā)工、製造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成(chéng)了多個小(xiǎo)功率電機。模塊化電機的控製(zhì)技術可(kě)以實現降(jiàng)低大功率電機的輸入電壓,但(dàn)是不增加電機的輸入(rù)電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供(gòng)電,這樣設計降(jiàng)低(dī)了電機(jī)的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊電機(jī)都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機(jī)運行在輕(qīng)載(zǎi)工況時(shí),完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在(zài)結構方麵,本產品電機(jī)的定子采用了一種自(zì)主(zhǔ)設計(jì)研發的隨動式(shì)結構,將整圓的(de)定子分成若幹(gàn)個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉(zhuǎn)筒是否震動或(huò)偏心,定子塊(kuài)始終跟隨轉筒運動從而保持定(dìng)子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結(jié)構設計保證定子與轉子間(jiān)的間隙恒定,電機不(bú)會發生掃膛現象(xiàng),因此電機的氣隙可以設計(jì)的比普通永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永磁體(tǐ)用量,降低生產成本,節約稀(xī)土資源,節能用電(diàn)量。當模(mó)塊發生故障時,直接拆卸故障(zhàng)電(diàn)機,更換(huàn)新的模塊電機即可正(zhèng)常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工(gōng)期。
2、球(qiú)磨機專用隨動式永(yǒng)磁直驅電機概述
本產品的隨(suí)動式定(dìng)子(zǐ)結構構成一種(zhǒng)“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽(qì)車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起(qǐ)伏不影響車輪與(yǔ)地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子(zǐ)、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損(sǔn)、滾筒形變、重(chóng)載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能(néng)正常運轉,保(bǎo)證磨機始(shǐ)終運行在性(xìng)能狀態,不必停機檢修。同時電(diàn)機定子與轉子間的間隙也可以做的(de)更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結(jié)構,基於(yú)模(mó)塊(kuài)化永磁直驅電機,采(cǎi)用獨立(lì)的扇形定子塊(kuài)結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊(kuài)徑向外側(cè)設有與支撐(chēng)框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不(bú)偏(piān)心時(shí)處於半壓(yā)縮狀態,如果球(qiú)磨機滾筒向上波動,轉筒會向上(shàng)頂定子塊上安裝的(de)滾輪,進而帶動定子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時,定(dìng)子塊(kuài)上的彈性機(jī)構將其向上頂,保證下方定(dìng)子塊的滾輪依(yī)然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動(dòng)而進行徑向(xiàng)與圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球(qiú)磨機滾筒向下複位(wèi)或繼續向下波動,則上方定子塊在受到(dào)永磁體對其向下的吸引力的同(tóng)時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小(xiǎo)可調,對(duì)於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將(jiāng)永磁電機(jī)采用(yòng)模塊(kuài)化控製,根據不同功率的(de)電機設計采用不同個數的隨動式定子(zǐ)塊構成一台(tái)模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固(gù)定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位(wèi)。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板(bǎn),用於(yú)支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品(pǐn)的隨動式定子塊安(ān)裝拆卸十分便捷,隻需(xū)要(yào)沿球(qiú)磨機的徑向(xiàng)依次拆卸密封外殼、彈性(xìng)機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架,即可將定子(zǐ)塊沿徑向拉出,進行檢修(xiū)或更換新的(de)定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的(de)電機驅動係統的優點
現階(jiē)段大(dà)多數的球磨機仍(réng)采用三相感應電動機、聯軸器、減速(sù)裝置以及齒(chǐ)輪結構進行驅動。永磁同(tóng)步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節(jiē)約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感應(yīng)電機則起動相(xiàng)對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因(yīn)。
采用永磁直驅,取消了中(zhōng)間的減速機、聯軸器、及齒(chǐ)輪的傳動環節,縮短係統(tǒng)的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至(zhì)少(shǎo)20%。球磨機直驅係(xì)統的傳動效率不僅(jǐn)得到大幅提升,而且直驅係(xì)統的故障率低,維護檢修方便,還避(bì)免了傳統設備因漏油造成環境汙染(rǎn)。
由於本產品電機定子采用了(le)模(mó)塊化(huà)設計,不僅降低了加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多個小(xiǎo)功率電機(jī)。模塊化電機(jī)的控製技術(shù)可以實現降低(dī)大功率(lǜ)電機的輸(shū)入電壓,但是不增加電(diàn)機的輸入電流,電機不必采用高等(děng)級絕緣,模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合(hé)供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分(fèn)模塊電機(jī)驅動球磨機。
傳統電機故障時,會導致電機合成(chéng)磁動勢發生畸變,諧(xié)波含(hán)量增加,平均轉矩下降,轉矩波(bō)動顯著增加,無法(fǎ)繼續正(zhèng)常運行。而本產品(pǐn)進行了模塊化(huà)設計,每個模塊電(diàn)機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了(le)電機控(kòng)製(zhì)的自由度,可以利(lì)用其多電機結構和控製靈活的優勢,在(zài)發生故障時(shí)。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行(háng)。模塊化(huà)電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障(zhàng)子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用(yòng)本產品完全不(bú)會因電機(jī)發生故障(zhàng)而影(yǐng)響到生產工期。
球磨機因加工誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因(yīn)素(sù)會發生轉子偏心現(xiàn)象,偏心嚴重時(shí)還會造成(chéng)電機(jī)掃膛損壞電機,實際生產中常常(cháng)通過增加氣隙大小來預防掃膛(táng),而氣隙增大會導致永(yǒng)磁體用量增加,提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒(tǒng)偏心時保證定子與轉子之間(jiān)的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減(jiǎn)少永磁體用量,電機不會發生掃膛(táng)現象,同時因為該(gāi)隨動式定子結構(gòu)在偏(piān)心時能繼續正(zhèng)常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就是提高(gāo)生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永(yǒng)磁直驅(qū)立磨技術
1、立磨直驅對(duì)比於傳統(tǒng)感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣(yàng)性
傳統立磨(mó)速(sù)度單一,工況適應能力差。遇(yù)到(dào)突發事件,調整磨(mó)鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永(yǒng)磁同步電(diàn)機采用(yòng)變頻(pín)調速,適應工況能力(lì)強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了速度調節以快速適應係統工作環境,係統反應速度更快。
(2)係(xì)統簡單,可靠性高(gāo)
傳統係統(tǒng)因三相感應電機無法在低速實現大(dà)轉矩輸出,需要額外的盤車(chē)係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起(qǐ)動後,通(tōng)過減速器滿足係統(tǒng)轉矩需要,整個係統構成(chéng)複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車(chē)係統和減速器(qì),輔助係統少,結構簡單。
(3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定(dìng)
傳統係統先由低速盤(pán)車係統起動,待三相感應電機達(dá)到起動條件後,軟起動裝置起動三相感應電機,係統運行。係(xì)統控製複雜,低速無法(fǎ)實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統,將轉速(sù)提高(gāo)到三相(xiàng)感應電機起動條件(jiàn)。直驅係統直接變頻低速起動,係統直(zhí)接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際(jì)工況進行調整,以(yǐ)滿(mǎn)足各種(zhǒng)工況的需求。低速可過載輸出,滿足(zú)起動需(xū)要,取代盤車係統。
(4)無減速器,維護成本更低,維護次數少
係統各構成單(dān)元均需要時常(cháng)檢查和定期維(wéi)護,傳統係統構成單元多。同時立磨(mó)減速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時(shí)係統無法實現(xiàn)在低速運行的情況下進行係統維護(hù)。直驅係(xì)統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步(bù)電機直接驅動,控製方(fāng)便。係(xì)統內無減速(sù)器,無需額外進行維護,係統維護成本低(dī)。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5)傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅(qū)永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨(mó)機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅(zhuì)述。
2、永磁直(zhí)驅立磨結構示意圖
本新型(xíng)立(lì)磨結構(gòu)采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承(chéng),方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中具有很強的實(shí)用型。
針對(duì)大、中、小型(xíng)不同尺(chǐ)寸(cùn)的立磨,分別設計了三(sān)種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與(yǔ)三相異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不(bú)同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便製造、裝配(pèi)維護,節省成本。均已申請專 利。
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