永磁涡流柔性传动技术在大型驱动设备上的应用研究

摘要：带式输送机驱动装置中偶合器是重要的能量传递设备，是连接电机和减速机的重要部分。目前主流使用的是传统的液力偶合器，但是液力偶合器存在较大的转差率和较低的效率，并且更换维护的工作量比较大。为了提升设备性能，在设备中使用永磁涡流柔性传动联轴器，主要提供了永磁偶合器替换液力偶合器的一个案例，并在设备稳定性和能耗两个方面进行了对比分析。

关键词：带式输送机永磁涡流偶合器驱动设备

中图分类号：THl33

ResearchontheApplicationofPermanent-MagnetEddyingFlexibleTransmissionTechnologyinLargeDriveEquipment

YINXinyu

（NinthBranch，HebeiPortGroupCo.，Ltd.，Qinhuangdao，HebeiProvince，066000China）

Abstract：Acouplingisanimportantenergytransferdeviceinthedrivedeviceofabeltconveyor，whichisanimportantpartofconnectingthemotorandthereducer.Atpresent，atraditionalhydrauliccouplingisusedinthemainstream，butthehydrauliccouplinghasalargesliprateandlowefficiency，andtheworkloadofitsreplacementandmaintenanceisrelativelylarge.Inordertoimproveequipmentperformance，apermanent-magneteddyingflexibletransmissioncouplingisusedinequipment.Thisarticlemainlyprovidesacaseofreplacinghydrauliccouplingswithpermanent-magnetcouplings，andcomparesandanalyzesthestabilityandenergyconsumptionofequipment.

KeyWords：Beltconveyor;Permanent-magneteddycurrent;0ffc538b6884663fd66b5f68929e02fe82d84663e8181a7734a016e1535f4c24Coupling;Driveequipment

带式输送机具有运量大，运输连续，维护简便等特点，在煤矿生产中是比较经济可靠的运输设备，它一般由传动滚筒、改向滚筒、托辊、机架、输送带、驱动装置、拉紧装置、制动装置和逆止器等部分组成[1]。偶合器是重要的能量传递设备，它发挥着将电机的能量传递给减速机的功能，具有柔性连接、调速、节能、过载保护等功能。目前主流使用的是传统的液力偶合器，但是液力偶合器在使用过程中的问题很突出：在传动系统的电动机、液力耦合器、减速机（工作机）的组装中三位一轴线的同轴度难找正，颤动运行中扭振大，噪音大，甚至有断轴现象[2]。为了提升设备性能，计划使用永磁涡流柔性传动偶合器替换现有的液力偶合器，根据使用情况分析永磁涡流柔性传动偶合器的各方面情况。

皮带机的驱动装置在长时间使用后老化情况加剧，在偶合器装置上的反应尤为明显。偶合器作为动力传递中损耗较大的环节，偶合器功率传递的多少直接关系到了设备节能降耗的多少。基于以上原因，结合现场实际情况，对现有的液力偶合器体系进行了改造升级，选择能够适应液力偶合器装置的同时也可对具有较好功率传递效率较低价格的磁力偶合器，达到节能降耗和低成本更新设备的双重目的，且具有可逆操作空间[3-4]。

1永磁涡流传动装置简介

永磁涡流传动装置主要是由两部分组成：一部分为与减速机连接的高强度永磁转子，采用轴套与制动器端连接；另一部分为与电机连接的转子导体。两者直接存在固定距离的缝隙，在不工作的情况下均可以自由转动。工作过程中电机带动导体转子转动，它与永磁转子之间发生相对运动，产生的交变磁场在气隙之间产生涡流，涡流再产生感应磁场使永磁导子在相同方向上进行转动，减速机端产生转矩，带动减速机齿轮做旋转运动，达到传输转矩的目的。在工作过程中，可以通过调整设备的气隙达到控制输出转矩的目的，可以进行相应的节能管理。双盘式磁力偶合器用电磁感应原理实现电机和负载之间转矩无接触传递，具有软启动、隔振、过载保护等优点[5]。

1.1柔性启动

在设备启动过程中可以降低启动电流，平稳传递载荷，减少皮带受到的冲击，降低启动过程中皮带收到的拉伸和磨损，提升皮带的寿命。

1.2噪声、振动大幅降低

轴心偏移是偶合器设备产生振动的主要原因，磁力偶合器采用气隙传递扭矩，无直接的机械连接，设备对中的要求较低，能够明显降低设备的振动，进而降低设备故障率。而传统的液力偶合器的对中要求极高，稍微出现偏移就会造成电机或者其他设备的损坏，设备维修更换难度较大。

1.3低成本维护保养

正常使用过程中，磁力偶合器基本上不会出现接触性摩擦，设备的损耗基本上不存在，基本上无维护成本，只需要日常对偶合器的连接螺栓进行检查即可，不需要补油，也不会出现漏油的情况，设备日常维护成本极低。

1.4过载保护

偶合器传递的力矩超出工作范围的情况下，偶合器的转子之间会自动远离脱开，使电机空转，达到保护设备的目的。并且不会像液力偶合器那样出现喷油的情况，不会造成环境污染并且便于恢复正常。

2项目方案

本方案计划采用磁力偶合器替代现有的液力偶合器，由于现场设备的工作现状已经基本确定，皮带机的运量、地基、桁架等主要结构部分无法改变，因此首先要选取满足现场工作和设备环境的偶合器替代产品。其次本次设备更新是以提升设备运行稳定性为目标的，因此在偶合器选择过程中要保证能耗、振动等方面满足要求，并且越优越好。最后根据更新后设备的情况与原设备的状况进行比较分析，评价本次改造的成功与否。

2.1磁力偶合器的选型

现场设备的原驱动单元采用的是液力偶合器，型号为福伊特YOX750，具体参数如下：

输入转速：1000～1500r；

传递功率：170～760kW；

过载系数：2～2.5；

传递效率：96%；

外形尺寸：φ860×578。

根据现有输送带的运量、电机参数、启动要求等，选择的永磁涡流偶合器型号为MGD24/700，具体参数如下：

输入功率：4～4000kW；

转矩范围：40～27000N·m；

传递效率：96%～99%；

气隙调节范围：3～40mm。

该型号的偶合器传递的功率、力矩均能满足现场设备的使用要求，外形尺寸也能满足现场的安装环境。

2.2磁力偶合器现场适配尺寸调整

液力偶合器的整体长度较大，最大直径在1m左右，而磁力偶合器与液力偶合器相比有明显的减小，需要对适配液力偶合器的护罩、保护限位、支撑架等部分均进行拆除，重新设计安装相应的保护装置，做好人员、设备方面的防护。

根据现场设备的使用情况，磁力偶合器与液力偶合器的替换还存在尺寸上的问题，在本项目的改造过程中，现场使用的驱动装置尺寸与选用的磁力偶合器长度有所不同。根据图纸数据分析，永磁涡流偶合器的尺寸小于液力耦合器的尺寸，而减速机端与驱动滚筒连接，无法移动，因此永磁涡流偶合器安装时需要修改电机及制动器的固定位置，需要在原有基座位置加长扩孔。如果安装永磁涡流偶合器需要将电机向右移动200mm，并且电机底座需要加长200mm。

2.3磁力偶合器连接装置改动

原驱动装置的液力偶合器采用梅花软连接的方式与制动器相连接，但是梅花软连接为橡胶制品，存在较大的弹性量，在电机转动过程中会出现较大的晃动量。而磁力偶合器工作需要较高的稳定性，并不适配梅花软连接的形式。因此将电机和磁力偶合器、制动轮和磁力偶合器之间更改为轴套锁紧的方式连接，放弃梅花软连接的方式，避免磁力偶合器在工作时在垂直方向上有晃动量，因此制动轮也进行了配套更换，将制动轮的梅花连接端改为了螺栓连接。

设备完成安装后整体驱动装置没有很大的改动，电机偶合器减速机对中情况良好，连接稳固，没有明显的缺陷出现，设备表现良，初步完成了更新的计划。

2.4磁力偶合器使用数据采集分析

在将磁力偶合器替换液力偶合器后，对设备进行运行数据采集，主要从电机及偶合器的振动数值、电机的能量消耗两个方面进行数据分析。电机振动数据实测如表1和表2所示。

现场使用的液力偶合器经过多年的使用，各种设备老化，驱动站电机的振动数值有了明显的劣化情况，并已经超出了标准。之前进行过电机偶合器的更换，但是仍无法恢复设备原有的振动情况。电机振动幅度和速度标准如表3、表4所示。

由以上测试值对比可以看出：通过振动标准值的查询可以得知，在液力偶合器传动的情况下该电机前后端轴承的振动速度均已超标准值，而在更换永磁涡流柔性传动装置后电机的振动速度和振幅均达到在国家标准之内，达到良好的效果。

电能量对比分析，偶合器更换完成一年后采用前后两年第一季度的耗电量进行比较，磁力偶合器的耗电量有明显的降低。情况如表5所示。

由表5可以看出：2018年第一季度单耗同比下降0.057-0.053=0.004kWh/T，2018年第一季度同比2017年节约7%左右，

根据操作量：0.004х2408640=9634.56kWh。

经过数据对比可以发现，磁力偶合器安装后设备的振动情况有了较为明显的改善，各项振动数据均高于国家标准；在能量消耗方面也较原有的液力偶合器有了明显的提升。

3结语

磁力偶合器作为新型的偶合传动装置，在使用有着节能效果好，维护工作量小，安装对中允许误差大，过载保护，减少冲击和振动等优点。永磁联轴器的安装可以实现减速机与电机的非接触连接方式，降低整个驱动单元的振动，提高设备运行性能，大大减小电机或滚筒断轴的安全隐患。在老旧设备改造过程中通过改变部分结构，可以达到完美替换原有偶合器的目的，并且在使用后在消除电机振动方面有着明显的提升效果，对于减少驱动振动，增加设备稳定性有很好的效果。

参考文献

[1] 贺杰，王标，王瑞君.基于融合多传感器的煤矿带式输送机视频巡检系统设计与应用[J].煤矿机械，2023，44（12）：148-151.

[2] 江树基.YOXA型系列液力偶合器在带式输送机上应用的探讨[J].液压气动与密封，2019（1）：89-91.

[3] 郭永存.基于永磁涡流传动的长距离带式输送机启动特性研究[J].煤炭科学技术，2020（1）：54-60.

[4] 王爽.双盘式磁力耦合器振动噪声分析与实验研究[J].煤炭学报，2020（2）：811-818.

[5] 何家锐.双盘式磁力耦合器温度场研究[J].机床与液压，2020（1）：1-4.