摘要:電動(dòng)滾筒具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),但由于存在著制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸,致使大功率電動(dòng)滾筒一直未能設(shè)計(jì)、制造出來(lái),影響了在輸送機(jī)行業(yè)的應(yīng)用。但隨著新技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在完全可以應(yīng)用變頻和稀土永磁電機(jī)技術(shù)、電氣啟制動(dòng)技術(shù)、新的油冷式技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)制造出大功的電動(dòng)滾筒,從而推動(dòng)電動(dòng)滾筒的廣泛應(yīng)用。
     關(guān)鍵詞:電動(dòng)滾筒;驅(qū)動(dòng)裝置;技術(shù)發(fā)展;技術(shù)瓶頸;解決辦法
  1　帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置概述
     帶式輸送機(jī)的核心部件應(yīng)是驅(qū)動(dòng)裝置,驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)水平基本決定了帶式輸送機(jī)的整體技術(shù)水平。近20 a來(lái)世界范圍內(nèi)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)發(fā)展緩慢,技術(shù)上沒(méi)有什么創(chuàng)新,其發(fā)展基本局限于各種新型減速器的應(yīng)用及各種聯(lián)軸器的技術(shù)改進(jìn),而驅(qū)動(dòng)裝置的布置方式和全新成熟的驅(qū)動(dòng)方式并未出現(xiàn)。
     電動(dòng)滾筒作為一種新穎的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置早在20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了,結(jié)構(gòu)上具有許多獨(dú)
特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),技術(shù)發(fā)展上具有很大的潛力,但作為驅(qū)動(dòng)裝置的一個(gè)分支,自應(yīng)用以來(lái),這種驅(qū)動(dòng)裝置始終未能取得突破性的發(fā)展,主要原因是大功率的電動(dòng)滾筒一直未能設(shè)計(jì)、制造出來(lái)。
   2　結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)的優(yōu)劣分析
      帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置傳統(tǒng)上一直采用由電機(jī)、高速端聯(lián)軸器、減速器、低速端聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)滾筒組成的敞開式布置方式。顯然,這種布置方式的驅(qū)動(dòng)裝置布置靈活,故障易檢測(cè)。但也具有明顯的缺點(diǎn):如設(shè)備多,占用空間大,安裝工藝要求高。特別是當(dāng)高速端內(nèi)側(cè)軸承有故障需更換或減速器大修時(shí),均需移動(dòng)減速器位置,當(dāng)檢修完畢裝復(fù)時(shí),需重新調(diào)整減速器位置、間隙,即俗稱聯(lián)軸器找正。這種情況往往檢修時(shí)間長(zhǎng),勞動(dòng)強(qiáng)度大。
      由于電動(dòng)滾筒是將傳統(tǒng)的電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、驅(qū)動(dòng)滾筒整合組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)總成,它大大減小了布置空間,簡(jiǎn)化了連接方式,從而形成了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):即占用空間小,出現(xiàn)故障時(shí),一般都是整機(jī)進(jìn)行更換,不需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)減速器開蓋吊裝,不需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整減速器軸向間隙,不需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行找正,整機(jī)更換的施工工藝要求不高,安裝快捷、簡(jiǎn)便。這種安裝快捷、簡(jiǎn)便意味著可以對(duì)設(shè)備的快速更換和修復(fù)能力,從而大大提高系統(tǒng)、設(shè)備的安全性和可靠性。這種特點(diǎn)在某些行業(yè)上具有極大的優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,如火力發(fā)電廠的輸煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)、煤炭碼頭的帶式輸送機(jī)等對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置可靠性要求高的場(chǎng)合,若使用電動(dòng)滾筒作為驅(qū)動(dòng)裝置,確實(shí)可以大大增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置的快速可修復(fù)能力,提高系統(tǒng)的可靠性與安全性。
   3  電動(dòng)滾筒技術(shù)瓶頸分析
       雖然電動(dòng)滾筒具有很多優(yōu)點(diǎn),但卻未如預(yù)期那樣在輸送機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。目前,碼頭、礦山、發(fā)電廠的各種物料輸送機(jī)基本都是采用由電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、驅(qū)動(dòng)滾筒組成的敞開式布置驅(qū)動(dòng)裝置,而電動(dòng)滾筒主要局限于用在重型機(jī)械,如斗輪堆取料機(jī)、卸船機(jī)等空間狹小的小功率帶式輸送機(jī)上,完全是一種被動(dòng)的應(yīng)用方式,即用在那些確實(shí)無(wú)法使用常規(guī)的敞開式布置的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置上,這種狀況一方面除了是由于輸送機(jī)行業(yè)缺乏一種市場(chǎng)機(jī)制和動(dòng)力去推動(dòng)電動(dòng)滾筒在實(shí)際生產(chǎn)上的應(yīng)用原因外,還有一個(gè)重要原因是由于電動(dòng)滾筒確實(shí)存在制約其發(fā)展,即存在著設(shè)計(jì)、制造大功率電動(dòng)滾筒的技術(shù)瓶頸。下面僅就電動(dòng)滾筒存在著制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸及其解決辦法進(jìn)行探討:
  (1)大功率電動(dòng)滾筒專用電機(jī)的設(shè)計(jì)制造問(wèn)題
     目前,國(guó)內(nèi)最大功率的電動(dòng)滾筒僅為55 kW,功率再增大,就只能將電機(jī)設(shè)計(jì)成外置式了,這樣也就
失去了電動(dòng)滾筒原有的結(jié)構(gòu)緊湊、集成、占用空間小和可快速安裝、修復(fù)的特點(diǎn),也失去了自身的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值?，F(xiàn)在各種輸送機(jī)越來(lái)越向長(zhǎng)距離、大出力方向發(fā)展,很多出力在1 500 t h左右的輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的380 V電機(jī)功率普遍已經(jīng)達(dá)到300 kW,甚至可達(dá)500～600 kW,但多數(shù)發(fā)電企業(yè)、港口的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置功率值主要集中在100～300 kW。若利用目前現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)計(jì)、制造功率在300 kW范圍內(nèi)的電動(dòng)滾筒應(yīng)是完全可以實(shí)現(xiàn)的,據(jù)此可以預(yù)測(cè)大功率電動(dòng)滾筒在物料輸送行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。
     大功率電動(dòng)滾筒一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是需設(shè)計(jì)制造配套的大功率專用電機(jī),它要求專用電機(jī)必須具有功率大、體積小、重量輕和效率高的特點(diǎn)。 
     近年來(lái),隨著變頻器技術(shù)的快速發(fā)展,三相異步電機(jī)的電磁負(fù)荷合理地設(shè)計(jì)、分配得以實(shí)現(xiàn),同時(shí)異步電機(jī)的功率損耗得以降低,三相異步電機(jī)的功率密度也可以設(shè)計(jì)得更高;變頻調(diào)速系統(tǒng)中,電機(jī)在重量不變的條件下幾乎能多輸出30%～40%的功率。自從20世紀(jì)80年代后,一代磁王材料—釹鐵硼材料(簡(jiǎn)稱稀土永磁)被發(fā)現(xiàn),由于它具有高的矯頑力和高的磁能積的高性能,特別是近年來(lái)通過(guò)對(duì)該材料的不斷完善,提高了其使用溫度和降低了材料成本。稀土永磁材料應(yīng)用于各種電機(jī)的開發(fā)上可以明顯地減輕電機(jī)的重量,可以使電機(jī)的外形尺寸減小,又可以獲得高效的節(jié)能效果和提高電機(jī)的性能。近年來(lái)全國(guó)各地陸續(xù)開發(fā)出各種型號(hào)的稀土永磁電機(jī),可以說(shuō),目前在技術(shù)上講設(shè)計(jì)、制造出適應(yīng)大功率電動(dòng)滾筒(50～300 kW)的專用電機(jī)已完全沒(méi)有問(wèn)題。
  (2)大功率電動(dòng)滾筒的啟動(dòng)與制動(dòng)問(wèn)題
      常規(guī)敞開式布置的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)輸出端由于配置了獨(dú)立的液力耦合器和制動(dòng)器,所以帶式輸送機(jī)大功率情況下的啟、制動(dòng)問(wèn)題可以容易通過(guò)這些專用的輔助設(shè)備解決。而電動(dòng)滾筒的電機(jī)、減速齒輪組都裝在滾筒內(nèi)腔,由于滾筒內(nèi)腔空間有限,若想在大功率的電動(dòng)滾筒內(nèi)腔再增設(shè)、布置機(jī)械類的耦合器、制動(dòng)器等輔助設(shè)備來(lái)解決啟制動(dòng)問(wèn)題,這點(diǎn)即使技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn),但制造出來(lái)的電動(dòng)滾筒卻是龐然大物,所以這種思路顯然行不通。
      解決辦法:基于上述分析,大功率電動(dòng)滾筒的啟動(dòng)與制動(dòng)只能利用電氣方面的技術(shù)手段,而電氣方面有成熟的技術(shù):如變頻啟動(dòng)、軟啟動(dòng);制動(dòng)方面有帶電磁制動(dòng)器、反接制動(dòng)或安裝逆止器等;制動(dòng)方面還可以在滾筒輪轂上外裝機(jī)械制動(dòng)器,所以大功率電動(dòng)滾筒的啟動(dòng)與制動(dòng)在技術(shù)上完全是現(xiàn)成的,不需要另作技術(shù)開發(fā)。
  (3)大速比、大功率電動(dòng)滾筒內(nèi)部齒輪組的設(shè)計(jì)與配置問(wèn)題
       在設(shè)計(jì)、制造出大功率電動(dòng)滾筒的驅(qū)動(dòng)電機(jī)后,還必須解決設(shè)計(jì)、制造與大功率電動(dòng)滾筒內(nèi)部電機(jī)相配套的大速比齒輪傳動(dòng)裝置的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題,若還是采用常規(guī)的定軸漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式布置,將使電動(dòng)滾筒體積龐大,甚至難以滿足大功率滾筒的傳動(dòng)需要。
      解決辦法:實(shí)際上齒輪傳動(dòng)技術(shù)由于發(fā)展得早,技術(shù)非常成熟、可靠,這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在電動(dòng)滾筒內(nèi)應(yīng)用“行星齒輪傳動(dòng)”或“擺線針輪傳動(dòng)”技術(shù)加以解決。行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)滾筒具有體積小、重量輕、承載能力大和工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),在歐美運(yùn)用很普及;擺線針輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)滾筒可實(shí)現(xiàn)很小的線速度和很大功率,在亞洲運(yùn)用廣泛。
  (4)大功率電動(dòng)滾筒運(yùn)行中電機(jī)冷卻問(wèn)題
        在設(shè)計(jì)、制造大功率電動(dòng)滾筒時(shí),必須重視解決大功率電動(dòng)滾筒內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)熱的冷卻問(wèn)題。目前各種電動(dòng)滾筒有3種冷卻方式:風(fēng)冷式、油冷式、浸油式。
       大功率電動(dòng)滾筒若應(yīng)用風(fēng)冷式,必須解決電動(dòng)滾筒內(nèi)腔的進(jìn)氣和排氣問(wèn)題,這將使電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,而且冷卻效果有限。由于大功率電動(dòng)滾筒內(nèi)部齒輪傳動(dòng)輪系工作時(shí)需要潤(rùn)滑,所以應(yīng)該在綜合考慮其內(nèi)部齒輪的潤(rùn)滑需要的同時(shí)去解決大功率電動(dòng)滾筒運(yùn)行中電機(jī)冷卻的問(wèn)題。電動(dòng)滾筒若應(yīng)用“行星齒輪傳動(dòng)”結(jié)構(gòu)的,即其具備濺油潤(rùn)滑條件的應(yīng)采用油冷式的冷卻方式;電動(dòng)滾筒若應(yīng)用“擺線針輪傳動(dòng)”結(jié)構(gòu)的,由于不具備濺油潤(rùn)滑條件,宜采用浸油式潤(rùn)滑。
          

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