1、技術背(bèi)景
傳統的球磨機、立磨機大(dà)都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動(dòng),導(dǎo)致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運(yùn)行維護工作量大(dà)等問題。
沈陽工(gōng)業大學電機與控製技(jì)術(shù)研究所與河南91视频网機(jī)電設(shè)備有限公司聯(lián)合設計研發的球磨機(jī)、立磨機采用永磁直驅電機,通過(guò)將電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消動力傳輸的(de)中間環節,做成直驅方案(àn),能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大(dà)、過載能力強、係統免(miǎn)維護(hù)、自動(dòng)化程度高等優點。
在控製方麵,本產(chǎn)品電機(jī)定子采用了模塊化設計,不僅降低了(le)加(jiā)工、製造、運輸(shū)等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降(jiàng)低大功率電機的輸入電壓(yā),但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多(duō)台小功率變頻器聯合(hé)供電,這樣(yàng)設計(jì)降低了電機的(de)供電電(diàn)壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的(de)自由(yóu)度,球(qiú)磨(mó)機運行在輕載工況時,完(wán)全(quán)可以隻運行(háng)部分模塊電機驅動球磨機。

在結(jié)構(gòu)方麵,本產品電機的(de)定子采用了一種自主(zhǔ)設計研發的隨動式結構,將整圓的定(dìng)子分成若(ruò)幹個相互存(cún)在間隙的(de)小扇(shàn)形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震(zhèn)動或偏心,定子(zǐ)塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構(gòu)設計保證定子與轉子間的(de)間(jiān)隙(xì)恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永(yǒng)磁(cí)體(tǐ)用量,降低生(shēng)產成本,節約稀土資源,節能用電量(liàng)。當模塊發生故障(zhàng)時,直接拆卸故障電機(jī),更換新的模塊電機即可(kě)正常運行(háng)。使用本產品完全不會因電機發生故障而(ér)影響到生產工期。
2、球磨機專(zhuān)用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式(shì)定(dìng)子結構構成一種“小(xiǎo)車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼(tiē)合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼(tiē)合滾筒,保證定子、轉子(zǐ)間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸(zhóu)承磨損(sǔn)、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運行在性能狀態,不必停機檢修。同(tóng)時電機定子與轉子間的間隙(xì)也可以做的(de)更小,減(jiǎn)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(suí)動式結構,基於模塊化永磁直(zhí)驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定(dìng)子與轉子間的間隙(xì),定子塊徑(jìng)向外側設有(yǒu)與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在(zài)球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒(tǒng)會向上頂定子塊(kuài)上安裝的滾輪,進而帶動定子塊向上移動(dòng),上(shàng)方彈性機構繼續壓縮;下方定(dìng)子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時,定子塊上的(de)彈性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪(lún)依然(rán)貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向(xiàng)的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下(xià)複位(wèi)或繼續(xù)向下波動,則上方定子塊在(zài)受到永(yǒng)磁體(tǐ)對其向下的吸引力的同時,彈性(xìng)機構將上方其向下壓,下方(fāng)定子塊被轉筒向下壓。

本產品彈(dàn)性(xìng)裝(zhuāng)置的壓力大小可調,對於不同位置的(de)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(gǔn)輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓(yuán)電(diàn)機由多台模塊電(diàn)機(jī)構成,多台模塊電(diàn)機共用同一個(gè)轉子,模塊(kuài)電機包繞式安裝在球磨機滾筒上(shàng)。相鄰隨動式定子塊間(jiān)設有(yǒu)固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球(qiú)磨(mó)機(jī)滾筒的(de)法蘭處銜接T型支撐(chēng)板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的(de)隨動式定子塊(kuài)安裝拆卸十分便(biàn)捷,隻需要(yào)沿球磨機的徑向依次拆卸(xiè)密(mì)封外殼、彈性機構、彈性機(jī)構與定子(zǐ)塊之間的連接杆、彈性(xìng)機構支撐架,即(jí)可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊(kuài)。

3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨(mó)機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感(gǎn)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(dī),節約了能源。永磁電機通過變(biàn)頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起(qǐ)動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采(cǎi)用(yòng)永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪(lún)的傳動環節,縮短係統的傳(chuán)動鏈,直(zhí)驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅(fú)提升,而且直驅係統的(de)故障率低,維護檢修方便,還避(bì)免(miǎn)了傳統(tǒng)設備因漏油造成環境(jìng)汙染。
由於本產品電(diàn)機定子采(cǎi)用(yòng)了模塊化設計,不僅降低了加(jiā)工(gōng),製造,運輸等難度,還相當於把(bǎ)一(yī)個大功率電(diàn)機(jī)做成了多個小功率電機。模塊化(huà)電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電(diàn)機不必采用高等級絕緣,模(mó)塊化電機采(cǎi)用多台小功率變(biàn)頻器聯合(hé)供(gòng)電。這樣設計降低了電(diàn)機(jī)的(de)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模塊電(diàn)機驅動球磨機。
傳統電機(jī)故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下(xià)降,轉矩波動顯著增加,無(wú)法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊電(diàn)機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控(kòng)製靈(líng)活的優勢,在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模(mó)塊化電機具(jù)有冗餘(yú)的(de)模塊數,也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行(háng)。使用(yòng)本產品完全不會因電機發生(shēng)故障而影響到生產工期。

球磨機因加工誤差、軸承磨(mó)損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心(xīn)現(xiàn)象,偏心嚴重(chóng)時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙增大(dà)會導致永磁體用量增加,提(tí)高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時保證(zhèng)定子與轉子之(zhī)間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現象,同時因(yīn)為該隨動式定子結(jié)構在偏心時能繼續正(zhèng)常(cháng)工作,檢修次數更少,工(gōng)作時間更長,大體積球磨機(jī)檢修複雜,降低檢修次數就是提(tí)高生產效(xiào)率。
4、隨動式球磨機裝(zhuāng)配示意圖

二、永(yǒng)磁直(zhí)驅立磨技(jì)術
1、立(lì)磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻(pín)調(diào)速控製,實現負(fù)載工況多樣性
傳統立磨速度單一,工況適(shì)應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改(gǎi)變係統工作環境(jìng),係統反應速度慢。永磁同步電機采用變(biàn)頻調速,適應工(gōng)況(kuàng)能力強(qiáng)。遇到突發事件(jiàn),除調整磨輾(niǎn)高度外(wài),還增加了速度調節以快速適應係(xì)統(tǒng)工作環境,係統反應速度更快。
(2)係統簡(jiǎn)單,可靠性高
傳統係統因三相感(gǎn)應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨的低(dī)速起動。為保證在電機起動過(guò)程不(bú)對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統(tǒng)構成複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製(zhì)永磁同步電機(jī)起動,轉矩特性滿足需要,無(wú)需盤車係(xì)統和減速器,輔助係統少,結(jié)構簡(jiǎn)單。
(3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定
傳統係統(tǒng)先由低速盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條(tiáo)件後,軟起(qǐ)動裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在(zài)低速過程需(xū)要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直(zhí)驅係統直(zhí)接變頻低(dī)速起動,係統直接運行,係統控製簡(jiǎn)單。變(biàn)頻控製起動過(guò)程可根據實際工況進行調整,以滿足各種工(gōng)況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。
(4)無減速器,維護成本更(gèng)低,維護(hù)次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定(dìng)期維護,傳統係統(tǒng)構成單元多。同時立(lì)磨減速器結構複雜需要經常(cháng)維護,維護成本費用高。同時係統無法實現在低速(sù)運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機(jī)直接驅動,控製方便。係統內無(wú)減速器,無(wú)需(xū)額(é)外進行維護,係統維護成本低。同時,係統可實(shí)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(shàng)采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元(yuán)。(按照(zhào)5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直(zhí)驅係統相同,這裏不再一—贅(zhuì)述。
2、永磁(cí)直驅立磨結構示(shì)意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動(dòng),提高了(le)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(shuāng)向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方(fāng)便(biàn)加工、生產、運輸、裝配、維(wéi)修,並降低(dī)成本,在工程(chéng)實際中具有很強的實用型。

針(zhēn)對大、中、小型不(bú)同尺(chǐ)寸的(de)立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速(sù)機與三相異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放(fàng)置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便製(zhì)造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利(lì)。
