磁力耦合器在輥壓機傳動系統(tǒng)的應(yīng)用
2019-09-15 蔣德洪 劉曉曄 周建中
（南方水泥有限公司，浙江杭州，311121；常山南方水泥有限公司，浙江常山，324209）
為了保護水泥機械設(shè)備，在設(shè)備傳動系統(tǒng)中經(jīng)常設(shè)置液力耦合器實現(xiàn)柔性啟動，減少啟動設(shè)備時的沖擊。但實際運行中，液力耦合器存在容易漏油等問題。由于磁力傳動是目前實現(xiàn)安全可靠與節(jié)能降耗雙重指標(biāo)的一項新興技術(shù)與理想的綠色產(chǎn)品。因此，常山南方水泥有限公司（以下簡稱常山南方）在輥壓機傳動中采用了磁力耦合器這種新型柔性保護裝置，運行效果很好。
1 問題的提出
常山南方Φ4.2m×11.5m水泥磨配套RP120-80輥壓機（洛陽中信重工生產(chǎn)），輥壓機的兩臺減速機型號：GZLP950C，速比7.2，輸入轉(zhuǎn)速1485r/min，輸入扭矩23612N·m，兩臺電動機型號：YKK450-2-4（4極），功率500kW，電壓10000V。在每臺減速機輸入軸上安裝一只型號為HC66-15的液力耦合器，作為柔性啟動裝置。自2005年10月生產(chǎn)以來，由于輥壓機運行振動較大，液力耦合器故障頻發(fā)。我們多方查找原因，分析認(rèn)為是因為安裝在減速機高速軸上的液力耦合器加上油液的質(zhì)量超過200kg，給減速機高速軸附加了一個彎矩，對高速軸軸承運行造成一定影響，使減速機高速軸故障頻發(fā)并且漏油；同時系統(tǒng)超負(fù)荷后，液力耦合器易熔塞合金熔化，油液噴出，導(dǎo)致系統(tǒng)停機，不僅對環(huán)境造成污染，油液浪費，而且每次處理時間要在2h以上，造成輥壓機與磨機聯(lián)動率低，制約了水泥磨正常生產(chǎn)。
常山南方也曾參照其他廠家生產(chǎn)的輥壓機傳動系統(tǒng)配置（配置電動機為6極，轉(zhuǎn)速1000r/min），取消了輥壓機液力耦合器，但開機運行后，對減速機和電動機沖擊太大，造成減速機高速級殼體碎裂的惡性設(shè)備事故，被迫重新安裝液力耦合器。
2 磁力耦合器的結(jié)構(gòu)及原理
2.1 結(jié)構(gòu)原理
磁力耦合器由磁轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)體籠（感應(yīng)籠）這兩個無物理接觸的獨立部件構(gòu)成，它們間的相對運動，會在轉(zhuǎn)體籠中產(chǎn)生渦流，在渦流產(chǎn)生的磁場中，兩個部件相互吸引，從而傳遞力矩。兩個部件間靠磁力進行柔性連接，無接觸，也就無磨損。磁力耦合器通過調(diào)節(jié)磁轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)體籠的間隙來實現(xiàn)軸扭矩的變化，間隙越小，兩個部件間的磁力越強。磁力耦合器結(jié)構(gòu)見圖1，間隙調(diào)整示意見圖2。
圖1 磁力耦合器結(jié)構(gòu)
圖2 磁力耦合器調(diào)整間隙示意
2.2 控制原理
磁力耦合器運行以磁力作為傳遞力，不存在接觸，屬于柔性連接。為使磁力耦合器真正能起到過載保護作用，在運行中根據(jù)需要調(diào)整磁力盤間隙，使之達到所需電流時自動脫離。
1）靜態(tài)間隙調(diào)整
靜態(tài)間隙調(diào)整是指在安裝或裝配磁力耦合器過程中，通過在間隙支撐板間增減墊片，設(shè)定磁轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)體籠之間的間隙（如圖2標(biāo)注a），來設(shè)定磁力耦合器啟動力矩和保護力矩。
2）運行中磁轉(zhuǎn)盤間隙自動調(diào)整
兩個磁轉(zhuǎn)盤安裝在轉(zhuǎn)體軸上，可以沿軸向作一定的相對移動。磁轉(zhuǎn)盤在圓周方向能傳遞的轉(zhuǎn)矩是在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于一定范圍后，由于滑差和感應(yīng)磁場的變化，轉(zhuǎn)體在圓周方向傳遞的力將產(chǎn)生軸向斥力，把磁轉(zhuǎn)盤推向遠離轉(zhuǎn)體籠的方向，實現(xiàn)斷開負(fù)載并保護設(shè)備的目的。
2.3 磁力耦合器的優(yōu)點
1）傳遞效率高，可達98%以上，從而節(jié)約能源，減少浪費；
2）維護工作量小，維護費用極低，使用壽命長；
3）磁轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)體籠（感應(yīng)籠）間隙的存在，容許輸入和輸出軸不對正，同時可以吸收振動；
4）在負(fù)載堵轉(zhuǎn)或過載情況下，耦合器可以切斷負(fù)載輸出，從而保護電動機和減速機；
5）提高電動機的啟動能力，減少沖擊和振動；
6）結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，運行中對環(huán)境無污染，不產(chǎn)生諧波；
7）體積小，安裝方便；
8）過載保護后恢復(fù)時間短，縮短了故障停機時間。
3 技術(shù)方案
1）由于輥壓機傳動系統(tǒng)中設(shè)置有可伸縮式萬向節(jié)，因此安裝磁力耦合器時，兩側(cè)必須為相對固定的基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場測量，需在電動機旁澆灌混凝土地基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上設(shè)置軸承座，將磁力耦合器安裝于軸承座與電動機之間，軸承座再通過可伸縮式萬向節(jié)與減速機相連，從而實現(xiàn)輥壓機的傳動（見圖3）?；A(chǔ)可在生產(chǎn)時進行施工及保養(yǎng)，不會影響生產(chǎn)。
圖3 輥壓機安裝磁力耦合器示意
2）原液力耦合器是直接安裝在輥壓機高速軸上，擠壓輥帶動減速機頻繁移動，液力耦合器也隨之一起運動，這樣容易造成傳動系統(tǒng)的振動?，F(xiàn)在方案是把磁力耦合器安裝電動機軸上，從動端安裝在專門制作的支撐裝置上，該支撐裝置放在新增混凝土基礎(chǔ)上，大部分重量直接由支撐負(fù)擔(dān)，如圖4所示，萬向節(jié)與減速機及支撐端相連，磁力耦合器運行中不會移動，大大減小了傳動系統(tǒng)的振動。
圖4 磁力耦合器改造現(xiàn)場照片
3）為使保養(yǎng)主電動機時拆裝磁力耦合器方便、快捷，磁力耦合器與電動機間、磁力耦合器與減速機或軸承座間設(shè)計為脹套連接，檢修電動機時，只要把脹套擰松，輕輕退下即可把磁力耦合器與電動機分離（見圖5）。
圖5 磁力耦合器與電動機脹套連接示意
4 實際應(yīng)用效果
1）改造前，輥壓機進異物時，液力耦合器是通過易熔塞爆來實現(xiàn)過載保護，事后，需更換易熔塞，重新加油后才能恢復(fù)生產(chǎn)，處理故障時間約2h。2014年1月改造后，當(dāng)過載時，磁力耦合器的磁轉(zhuǎn)盤將在軸向產(chǎn)生大的相對移動，從而自動切斷負(fù)載，實現(xiàn)保護電動機和減速機的功能。保護動作后，只需停機后再開機便可恢復(fù)生產(chǎn)，每次僅需5min，大大縮短了輥壓機故障停機時間。
2）解決了以往輥壓機過載時液力耦合器易熔塞爆、漏油等故障，減少油品使用和對環(huán)境的污染。
3）在使用液力耦合器時，減振效果有限，傳遞力矩過高時，負(fù)載的波動容易造成易熔塞爆的故障，為了減少故障，控制輥壓機運行電流僅為額定電流70%（約25A），輥壓機做功明顯降低，磨機產(chǎn)能得不到很好的發(fā)揮；改造后，磁力耦合器由于無接觸，具有更好的減振、吸收負(fù)載波動的性能，輥壓機運行電流可調(diào)整到35A，可有效地提高磨機臺時產(chǎn)量。
4）改造前減速機高速軸處測振達20～30mm/s。改造后減速機高速軸振動在8～10mm/s，有效減輕了設(shè)備振動。改造前每年需送廠家大修一次，改造后減速機運行平穩(wěn)，。
5 改造效益分析
1）可節(jié)約油品，年節(jié)約費用約2萬元；
2）減少了維修時間，避免停產(chǎn)造成的損失，每次更換易熔塞約停機2h，改造后年增效益8.4萬元；
3）設(shè)備運行振動減小，設(shè)備安全隱患消除，年節(jié)約減速機維修及液力耦合器新購費用約40萬元；
4）2013年兩臺輥壓機減速機因振動損壞停機時間約138h，改造后設(shè)備運轉(zhuǎn)率提高，年增效益38.76萬元。
5）輥壓機與磨機聯(lián)動率達99%以上，輥壓機振動下降明顯，有效保護設(shè)備；同時磁力耦合器脫離后，恢復(fù)時間短，可穩(wěn)步提升設(shè)備可靠性。
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