门式斗轮堆取料机动力卷盘故障分析及改造

陈庆波，马寿文，周 斌

(云南天安化工有限公司，云南 安宁 650309)

1 概述

我公司合成氨装置原料门式斗轮堆取料机(以下简称门斗)是生产线上的重要设备，其强大的堆煤取煤功能，是生产线上燃料煤(原料煤)输送及倒运切换、装置稳定运行的重要保障。

该设备为长春发电设备总厂生产的MDQ型大型堆取料机，由司机室、配电室、钢架本体、活动梁、刚性(柔性)腿、堆料/取料/移动胶带、尾车/分流/变换、动力卷盘、控制卷盘、控制系统等部分组成，结构极其复杂。其中，动力卷盘是整机动力电源上机的部分，经电缆、卷盘机构、滑环机构等，在停车或运行过程中，为机组提供电源[1]。一旦门斗故障，输煤系统面临瘫痪。随着门斗使用年限的增加，其稳定可靠性下降，故障频繁，已成为制约堆煤输送的瓶颈。

2 动力卷盘的工作原理

目前，使用的动力卷盘为力矩式磁力摩擦制动型结构，由调压器(力矩控制器)控制电机驱动减速机，通过磁力摩擦带动或制动动力卷盘，随大车行走同步前进或后退。其滑环随卷盘同步旋转，在滑环上装有动力碳刷，实现动力卷盘在转动过程中不间断为机组提供电源[2]。

动力卷筒主电机型号为YLJ112-100/6，额定功率 3 kW，冷却风扇电机为 0.2 kW，力矩电机控制器为TMA-4B 25A。电气一次系统简图如图1。

图1 动力卷盘电气一次系统简图

动力卷盘的前行控制包含主动收电缆和被动放电缆两个阶段。定义水平直线方向上从左往右为前行。

1)当整机在左侧向右前行，机组无故障且收到前行命令，前行接触器闭合电机运行，此为主动收电缆过程(图2)。

图2 前行收缆示意图

2)当整机通过中间锚定位置继续向右前行，导向轮限位换向，前行接触器释放，电机停运卷盘制动。但由于整机继续前行，电缆在锚定位置被固定，所以动力卷盘被电缆拖着反向旋转，此为被动放电缆过程(图3)。

图3 前行放缆示意图

动力卷盘在前进或后退过程中，当大车停止运行时，延时 5 s 断开卷盘前行或后退逻辑程序出口，卷盘延时停止，避免在停机时造成电缆拖拽或堆积。

3 动力卷盘故障及原因分析

3.1 动力电缆严重损坏

由于电缆外皮及线芯绝缘破损、电缆回收时翻卷、突发性电缆大量滑落与受力，近年来几乎每年需更换一次动力电缆。

其主要原因是：

1)地锚处电缆弯曲半径不够，电缆回折、磨损、受力严重。按动力电缆线设计要求圆弧段应为R400 mm，但实际基础中间翻板装置出口结构件圆弧段仅为R250 mm。

2)导向轮处电缆弯曲半径不够，动力电缆盘导向装置各导轮位置与实际电缆线导线受力不均衡，下部末端导轮与导线形成夹角，受力较大，易造成电缆线横断面破损[3]。

3)动力电缆卷盘的垂直度与水平度不够、动力电缆卷盘的线槽宽度不够，导致回收电缆时发生翻卷、扭扯、两端端面磨损严重。

4)永磁偶合器部分永磁铁大量脱落、发生偏磨，制动效果差，突发性动力电缆卷盘无法回收，导致动力电缆大量滑落，在人工盘收后，启动时电缆瞬间受力拉扯。

3.2 动力滑环频繁烧损

1)动力圈盘中间导线位置无电缆线固定夹板、固定导向盘法兰螺栓易松动，导致滑环箱进口电缆线中心位置不正确，碳刷弹簧压力接触不良，易拉弧放电；

2)滑环支架在大车行走过程中出现扭曲，导致整个集电器不同心，滑环与碳刷接触不良，加之密封差粉尘多，易造成滑环表面缺相拉弧起火烧坏，损坏严重(图4)。

图4 损坏的滑环

3.3 制动接触不良

滑环箱内部磁力摩擦片在长期使用中，各摩擦片平面扭曲变形，造成制动接触不良。

4 采用磁滞结构的可行性分析

经过设备市场的调研，目前广泛使用的CZ型磁滞联轴器性能可靠稳定，已成功使用6年以上，未出现动力电缆损坏、电缆滑落、偏磨、扭扯、滑环烧毁等故障，动力电缆外观完好，动力电缆卷盘运行稳定(图5)。

图5 磁滞型应用案例

4.1 CZ磁滞型结构及传动方式

该结构由卷盘、齿轮减速机、电动机、磁滞联轴器、集电滑环箱、安装底座及导缆架组成(图6)，传动方式为：电机→磁滞联轴器→减速机→卷盘。

1.卷盘；2.齿轮减速箱；3.磁滞联轴器；4.电动机；5.滑环箱；6.安装底架。图6 磁滞式动力卷盘结构示意图

4.2 CZ磁滞型工作过程

磁滞联轴器是卷盘的动力调速机构，当电机带动主动磁盘(与电机相连)高速旋转时，通过磁场感应带动被动磁盘(与减速机相连)旋转，恒转矩输出，超载打滑[4]。以中间供电型、导缆架右下侧安装、水平直线方向从左往右为前行收缆方式为例：设备运行时(驶向或驶离电缆锚位)，卷筒电机同时得电且始终旋向收缆方向；设备停止时，卷筒电机视设备滑行时间而延时失电。

1)当大车驶向电缆锚位时，卷盘电机得电正转，经磁滞驱动器调速后(磁滞联轴器超载打滑)，驱动卷盘收卷电缆；

2)当大车驶离电缆锚位时，卷盘电机得电正转，在大车的拖拽下，磁滞联轴器超载打滑，被动放出电缆；

3)当大车停止时，卷盘电机延时断电，由于磁滞联轴器内的单向离合器的止转作用，卷盘制动，电缆不下滑。

4.3 CZ磁滞型特点及优势

1)根据现场位置，可寻轴向1～3台或径向1～5台不同转矩的磁滞驱动器。

2)取消了力矩控制器，利用磁滞联轴器实现卷盘调速，并可在现场根据实际收放电缆受力情况调整输出转矩大小；用机械代替电气调速，降低控制系统故障率。

3)取消了导缆架的换向限位，电机始终单向旋转，简化控制回路，降低了故障率。

4)该结构紧凑，安装方便，可直接在原基础位置进行改造。

5)设备启动平衡，收放电缆过程柔和，恒转矩输出，延长电缆的使用寿命。

6)行走过程中，磁滞联轴器能依据大车行走速度、卷径及拉力变化，自动调整输出转速，使收放缆的线速度与大车行走速度保持同步。

7)改善集电滑环箱的传动结构，其密封性能极大提高。

从技术的先进性、设备的可靠性、设备特点与优势、控制理论与应用实践分析，采用磁滞联轴器型动力卷盘是可行的。

5 改造及防范措施

5.1 改造方式

1)采用CZ磁滞联轴器型(KDZ-300)成套动力电缆卷盘对现有故障卷盘进行整体改造；

2)重新制作电缆锚定，加大电缆翻转半径，确保不小于R400 mm；

3)用成套的磁滞联轴器电机替换现有的力矩电机及力矩控制器，动力电缆按现有规格配置；

4)更换导缆架，取消换向限位及正反转控制回路，简化控制原理；

5)根据现场实际电缆受力情况，调整磁滞联轴器的出力大小，并于大车纠偏、行走同步。

5.2 防范措施

为确保改造后的设备尽量避免外部环境影响，延长其使用寿命，特别防范如下：

1)堆煤时，在门斗轨道内侧预留适当保护空间，确保轨道上无积煤，减小大车行走受外力阻碍的影响；

2)要求动力电缆卷盘的槽宽约为电缆宽度的1.5倍，降低电缆磨损及翻卷的影响；

3)定期清理电缆收放通道，降低地面杂物/利物摩擦损坏电缆绝缘外皮的影响；

4)制作外部围栏，消除车辆、重物碾压损坏电缆的影响；

5)密封所有电缆控制箱、集电滑环箱，降低煤粉对滑环碳刷及绝缘的影响；

6)定期维护，严把质量关，消除潜在的故障隐患。

6 改造的经济性分析

按上述技术方式进行动力卷盘改造，费用预估15万元(表1)。根据考察现场使用经验，可安全使用10年以上。

表1 改造费用预估

目前，由于设备故障，每年更换1次动力电缆，每根电缆成本18万元(ZR-YJV-0.6kV-3×185+×95扁平电缆，120 m)。按实施改造10年无主电缆故障计算，可节约直接维护成本：

Y1=18×10-15=165(万元)

若按每2年更换一次电缆，可节约直接维护成本：

Y2=18×5-15=75(万元)

由上可见，改造的经济效益非常可观。

7 结语

通过对门斗现有故障的深入分析，掌握了故障频繁的本质。经市场调研，了解了磁滞型结构的工作原理及特点；通过可行性、经济性分析，为开展门斗技术改造提供了理论、实践指导经验。通过改造，可有效攻克动力卷盘频繁故障的缺陷，明显降低设备维护及故障处理成本，极大提升设备的稳定可靠性，为生产装置稳定运行保驾护航。