电动滚筒在带式输送机驱动装置应用中的问题

摘要:电动滚筒具有许多独特的优势和特点,但由于存在着制约其发展的技术瓶颈,致使大功率电动滚筒一直未能设计、制造出来,影响了在输送机行业的应用。但随着新技术的发展,现在完全可以应用变频和稀土永磁电机技术、电气启制动技术、新的油冷式技术来设计制造出大功的电动滚筒,从而推动电动滚筒的广泛应用。
     关键词:电动滚筒;驱动装置;技术发展;技术瓶颈;解决办法
  1　带式输送机驱动装置概述
     带式输送机的核心部件应是驱动装置,驱动装置的技术水平基本决定了带式输送机的整体技术水平。近20 a来世界范围内的带式输送机驱动装置技术发展缓慢,技术上没有什么创新,其发展基本局限于各种新型减速器的应用及各种联轴器的技术改进,而驱动装置的布置方式和全新成熟的驱动方式并未出现。
     电动滚筒作为一种新颖的带式输送机驱动装置早在20世纪60年代就出现了,结构上具有许多独
特的优势和特点,技术发展上具有很大的潜力,但作为驱动装置的一个分支,自应用以来,这种驱动装置始终未能取得突破性的发展,主要原因是大功率的电动滚筒一直未能设计、制造出来。
   2　结构、特点的优劣分析
      带式输送机的驱动装置传统上一直采用由电机、高速端联轴器、减速器、低速端联轴器、驱动滚筒组成的敞开式布置方式。显然,这种布置方式的驱动装置布置灵活,故障易检测。但也具有明显的缺点:如设备多,占用空间大,安装工艺要求高。特别是当高速端内侧轴承有故障需更换或减速器大修时,均需移动减速器位置,当检修完毕装复时,需重新调整减速器位置、间隙,即俗称联轴器找正。这种情况往往检修时间长,劳动强度大。
      由于电动滚筒是将传统的电机、联轴器、减速器、驱动滚筒整合组成一个驱动总成,它大大减小了布置空间,简化了连接方式,从而形成了独特的优势:即占用空间小,出现故障时,一般都是整机进行更换,不需要现场对减速器开盖吊装,不需要现场调整减速器轴向间隙,不需要现场对联轴器进行找正,整机更换的施工工艺要求不高,安装快捷、简便。这种安装快捷、简便意味着可以对设备的快速更换和修复能力,从而大大提高系统、设备的安全性和可靠性。这种特点在某些行业上具有极大的优势和经济价值,如火力发电厂的输煤系统带式输送机、煤炭码头的带式输送机等对驱动装置可靠性要求高的场合,若使用电动滚筒作为驱动装置,确实可以大大增强驱动装置的快速可修复能力,提高系统的可靠性与安全性。
   3  电动滚筒技术瓶颈分析
       虽然电动滚筒具有很多优点,但却未如预期那样在输送机上得到广泛的应用。目前,码头、矿山、发电厂的各种物料输送机基本都是采用由电机、联轴器、减速器、驱动滚筒组成的敞开式布置驱动装置,而电动滚筒主要局限于用在重型机械,如斗轮堆取料机、卸船机等空间狭小的小功率带式输送机上,完全是一种被动的应用方式,即用在那些确实无法使用常规的敞开式布置的带式输送机驱动装置上,这种状况一方面除了是由于输送机行业缺乏一种市场机制和动力去推动电动滚筒在实际生产上的应用原因外,还有一个重要原因是由于电动滚筒确实存在制约其发展,即存在着设计、制造大功率电动滚筒的技术瓶颈。下面仅就电动滚筒存在着制约其发展的技术瓶颈及其解决办法进行探讨:
  (1)大功率电动滚筒专用电机的设计制造问题
     目前,国内最大功率的电动滚筒仅为55 kW,功率再增大,就只能将电机设计成外置式了,这样也就
失去了电动滚筒原有的结构紧凑、集成、占用空间小和可快速安装、修复的特点,也失去了自身的优势与价值。现在各种输送机越来越向长距离、大出力方向发展,很多出力在1 500 t h左右的输送机驱动装置的380 V电机功率普遍已经达到300 kW,甚至可达500～600 kW,但多数发电企业、港口的带式输送机驱动装置功率值主要集中在100～300 kW。若利用目前现有的技术设计、制造功率在300 kW范围内的电动滚筒应是完全可以实现的,据此可以预测大功率电动滚筒在物料输送行业具有广阔的应用前景。
     大功率电动滚筒一个关键技术就是需设计制造配套的大功率专用电机,它要求专用电机必须具有功率大、体积小、重量轻和效率高的特点。 
     近年来,随着变频器技术的快速发展,三相异步电机的电磁负荷合理地设计、分配得以实现,同时异步电机的功率损耗得以降低,三相异步电机的功率密度也可以设计得更高;变频调速系统中,电机在重量不变的条件下几乎能多输出30%～40%的功率。自从20世纪80年代后,一代磁王材料—钕铁硼材料(简称稀土永磁)被发现,由于它具有高的矫顽力和高的磁能积的高性能,特别是近年来通过对该材料的不断完善,提高了其使用温度和降低了材料成本。稀土永磁材料应用于各种电机的开发上可以明显地减轻电机的重量,可以使电机的外形尺寸减小,又可以获得高效的节能效果和提高电机的性能。近年来全国各地陆续开发出各种型号的稀土永磁电机,可以说,目前在技术上讲设计、制造出适应大功率电动滚筒(50～300 kW)的专用电机已完全没有问题。
  (2)大功率电动滚筒的启动与制动问题
      常规敞开式布置的带式输送机驱动装置电机输出端由于配置了独立的液力耦合器和制动器,所以带式输送机大功率情况下的启、制动问题可以容易通过这些专用的辅助设备解决。而电动滚筒的电机、减速齿轮组都装在滚筒内腔,由于滚筒内腔空间有限,若想在大功率的电动滚筒内腔再增设、布置机械类的耦合器、制动器等辅助设备来解决启制动问题,这点即使技术上可以实现,但制造出来的电动滚筒却是庞然大物,所以这种思路显然行不通。
      解决办法:基于上述分析,大功率电动滚筒的启动与制动只能利用电气方面的技术手段,而电气方面有成熟的技术:如变频启动、软启动;制动方面有带电磁制动器、反接制动或安装逆止器等;制动方面还可以在滚筒轮毂上外装机械制动器,所以大功率电动滚筒的启动与制动在技术上完全是现成的,不需要另作技术开发。
  (3)大速比、大功率电动滚筒内部齿轮组的设计与配置问题
       在设计、制造出大功率电动滚筒的驱动电机后,还必须解决设计、制造与大功率电动滚筒内部电机相配套的大速比齿轮传动装置的问题。这个问题,若还是采用常规的定轴渐开线圆柱齿轮传动结构方式布置,将使电动滚筒体积庞大,甚至难以满足大功率滚筒的传动需要。
      解决办法:实际上齿轮传动技术由于发展得早,技术非常成熟、可靠,这个问题可以通过在电动滚筒内应用“行星齿轮传动”或“摆线针轮传动”技术加以解决。行星齿轮传动结构电动滚筒具有体积小、重量轻、承载能力大和工作平稳等优点,在欧美运用很普及;摆线针轮传动结构电动滚筒可实现很小的线速度和很大功率,在亚洲运用广泛。
  (4)大功率电动滚筒运行中电机冷却问题
        在设计、制造大功率电动滚筒时,必须重视解决大功率电动滚筒内部驱动电机运行中发热的冷却问题。目前各种电动滚筒有3种冷却方式:风冷式、油冷式、浸油式。
       大功率电动滚筒若应用风冷式,必须解决电动滚筒内腔的进气和排气问题,这将使电动滚筒结构复杂化,而且冷却效果有限。由于大功率电动滚筒内部齿轮传动轮系工作时需要润滑,所以应该在综合考虑其内部齿轮的润滑需要的同时去解决大功率电动滚筒运行中电机冷却的问题。电动滚筒若应用“行星齿轮传动”结构的,即其具备溅油润滑条件的应采用油冷式的冷却方式;电动滚筒若应用“摆线针轮传动”结构的,由于不具备溅油润滑条件,宜采用浸油式润滑。
          

  参考文献:
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 [3]唐任远,李振标.现代永磁电机的理论与设计[M].北京:机械工
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