摘要:電動滾筒具有許多獨特的優(yōu)勢和特點,但由于存在著制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸,致使大功率電動滾筒一直未能設(shè)計、制造出來,影響了在輸送機行業(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技術(shù)、電氣啟制動技術(shù)、新的油冷式技術(shù)來設(shè)計制造出大功的電動滾筒,從而推動電動滾筒的廣泛應(yīng)用。
     關(guān)鍵詞:電動滾筒;驅(qū)動裝置;技術(shù)發(fā)展;技術(shù)瓶頸;解決辦法
  1　帶式輸送機驅(qū)動裝置概述
     帶式輸送機的核心部件應(yīng)是驅(qū)動裝置,驅(qū)動裝置的技術(shù)水平基本決定了帶式輸送機的整體技術(shù)水平。近20 a來世界范圍內(nèi)的帶式輸送機驅(qū)動裝置技術(shù)發(fā)展緩慢,技術(shù)上沒有什么創(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,而驅(qū)動裝置的布置方式和全新成熟的驅(qū)動方式并未出現(xiàn)。
     電動滾筒作為一種新穎的帶式輸送機驅(qū)動裝置早在20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了,結(jié)構(gòu)上具有許多獨
特的優(yōu)勢和特點,技術(shù)發(fā)展上具有很大的潛力,但作為驅(qū)動裝置的一個分支,自應(yīng)用以來,這種驅(qū)動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滾筒一直未能設(shè)計、制造出來。
   2　結(jié)構(gòu)、特點的優(yōu)劣分析
      帶式輸送機的驅(qū)動裝置傳統(tǒng)上一直采用由電機、高速端聯(lián)軸器、減速器、低速端聯(lián)軸器、驅(qū)動滾筒組成的敞開式布置方式。顯然,這種布置方式的驅(qū)動裝置布置靈活,故障易檢測。但也具有明顯的缺點: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,均需移動減速器位置,當(dāng)檢修完畢裝復(fù)時,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間長,勞動強度大。
      由于電動滾筒是將傳統(tǒng)的電機、聯(lián)軸器、減速器、驅(qū)動滾筒整合組成一個驅(qū)動總成,它大大減小了布置空間,簡化了連接方式,從而形成了獨特的優(yōu)勢:即占用空間小,出現(xiàn)故障時,一般都是整機進行更換,不需要現(xiàn)場對減速器開蓋吊裝,不需要現(xiàn)場調(diào)整減速器軸向間隙,不需要現(xiàn)場對聯(lián)軸器進行找正,整機更換的施工工藝要求不高,安裝快捷、簡便。這種安裝快捷、簡便意味著可以對設(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。這種特點在某些行業(yè)上具有極大的優(yōu)勢和經(jīng)濟價值,如火力發(fā)電廠的輸煤系統(tǒng)帶式輸送機、煤炭碼頭的帶式輸送機等對驅(qū)動裝置可靠性要求高的場合,若使用電動滾筒作為驅(qū)動裝置,確實可以大大增強驅(qū)動裝置的快速可修復(fù)能力,提高系統(tǒng)的可靠性與安全性。
   3  電動滾筒技術(shù)瓶頸分析
       雖然電動滾筒具有很多優(yōu)點,但卻未如預(yù)期那樣在輸送機上得到廣泛的應(yīng)用。目前,碼頭、礦山、發(fā)電廠的各種物料輸送機基本都是采用由電機、聯(lián)軸器、減速器、驅(qū)動滾筒組成的敞開式布置驅(qū)動裝置,而電動滾筒主要局限于用在重型機械,如斗輪堆取料機、卸船機等空間狹小的小功率帶式輸送機上,完全是一種被動的應(yīng)用方式,即用在那些確實無法使用常規(guī)的敞開式布置的帶式輸送機驅(qū)動裝置上,這種狀況一方面除了是由于輸送機行業(yè)缺乏一種市場機制和動力去推動電動滾筒在實際生產(chǎn)上的應(yīng)用原因外,還有一個重要原因是由于電動滾筒確實存在制約其發(fā)展,即存在著設(shè)計、制造大功率電動滾筒的技術(shù)瓶頸。下面僅就電動滾筒存在著制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸及其解決辦法進行探討:
  (1)大功率電動滾筒專用電機的設(shè)計制造問題
     目前,國內(nèi)最大功率的電動滾筒僅為55 kW,功率再增大,就只能將電機設(shè)計成外置式了,這樣也就
失去了電動滾筒原有的結(jié)構(gòu)緊湊、集成、占用空間小和可快速安裝、修復(fù)的特點,也失去了自身的優(yōu)勢與價值。現(xiàn)在各種輸送機越來越向長距離、大出力方向發(fā)展,很多出力在1 500 t h左右的輸送機驅(qū)動裝置的380 V電機功率普遍已經(jīng)達到300 kW,甚至可達500～600 kW,但多數(shù)發(fā)電企業(yè)、港口的帶式輸送機驅(qū)動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、制造功率在300 kW范圍內(nèi)的電動滾筒應(yīng)是完全可以實現(xiàn)的,據(jù)此可以預(yù)測大功率電動滾筒在物料輸送行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。
     大功率電動滾筒一個關(guān)鍵技術(shù)就是需設(shè)計制造配套的大功率專用電機,它要求專用電機必須具有功率大、體積小、重量輕和效率高的特點。 
     近年來,隨著變頻器技術(shù)的快速發(fā)展,三相異步電機的電磁負(fù)荷合理地設(shè)計、分配得以實現(xiàn),同時異步電機的功率損耗得以降低,三相異步電機的功率密度也可以設(shè)計得更高;變頻調(diào)速系統(tǒng)中,電機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,特別是近年來通過對該材料的不斷完善,提高了其使用溫度和降低了材料成本。稀土永磁材料應(yīng)用于各種電機的開發(fā)上可以明顯地減輕電機的重量,可以使電機的外形尺寸減小,又可以獲得高效的節(jié)能效果和提高電機的性能。近年來全國各地陸續(xù)開發(fā)出各種型號的稀土永磁電機,可以說,目前在技術(shù)上講設(shè)計、制造出適應(yīng)大功率電動滾筒(50～300 kW)的專用電機已完全沒有問題。
  (2)大功率電動滾筒的啟動與制動問題
      常規(guī)敞開式布置的帶式輸送機驅(qū)動裝置電機輸出端由于配置了獨立的液力耦合器和制動器,所以帶式輸送機大功率情況下的啟、制動問題可以容易通過這些專用的輔助設(shè)備解決。而電動滾筒的電機、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滾筒內(nèi)腔再增設(shè)、布置機械類的耦合器、制動器等輔助設(shè)備來解決啟制動問題,這點即使技術(shù)上可以實現(xiàn),但制造出來的電動滾筒卻是龐然大物,所以這種思路顯然行不通。
      解決辦法:基于上述分析,大功率電動滾筒的啟動與制動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、軟啟動;制動方面有帶電磁制動器、反接制動或安裝逆止器等;制動方面還可以在滾筒輪轂上外裝機械制動器,所以大功率電動滾筒的啟動與制動在技術(shù)上完全是現(xiàn)成的,不需要另作技術(shù)開發(fā)。
  (3)大速比、大功率電動滾筒內(nèi)部齒輪組的設(shè)計與配置問題
       在設(shè)計、制造出大功率電動滾筒的驅(qū)動電機后,還必須解決設(shè)計、制造與大功率電動滾筒內(nèi)部電機相配套的大速比齒輪傳動裝置的問題。這個問題,若還是采用常規(guī)的定軸漸開線圓柱齒輪傳動結(jié)構(gòu)方式布置,將使電動滾筒體積龐大,甚至難以滿足大功率滾筒的傳動需要。
      解決辦法:實際上齒輪傳動技術(shù)由于發(fā)展得早,技術(shù)非常成熟、可靠,這個問題可以通過在電動滾筒內(nèi)應(yīng)用“行星齒輪傳動”或“擺線針輪傳動”技術(shù)加以解決。行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)電動滾筒具有體積小、重量輕、承載能力大和工作平穩(wěn)等優(yōu)點,在歐美運用很普及;擺線針輪傳動結(jié)構(gòu)電動滾筒可實現(xiàn)很小的線速度和很大功率,在亞洲運用廣泛。
  (4)大功率電動滾筒運行中電機冷卻問題
        在設(shè)計、制造大功率電動滾筒時,必須重視解決大功率電動滾筒內(nèi)部驅(qū)動電機運行中發(fā)熱的冷卻問題。目前各種電動滾筒有3種冷卻方式:風(fēng)冷式、油冷式、浸油式。
       大功率電動滾筒若應(yīng)用風(fēng)冷式,必須解決電動滾筒內(nèi)腔的進氣和排氣問題,這將使電動滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,而且冷卻效果有限。由于大功率電動滾筒內(nèi)部齒輪傳動輪系工作時需要潤滑,所以應(yīng)該在綜合考慮其內(nèi)部齒輪的潤滑需要的同時去解決大功率電動滾筒運行中電機冷卻的問題。電動滾筒若應(yīng)用“行星齒輪傳動”結(jié)構(gòu)的,即其具備濺油潤滑條件的應(yīng)采用油冷式的冷卻方式;電動滾筒若應(yīng)用“擺線針輪傳動”結(jié)構(gòu)的,由于不具備濺油潤滑條件,宜采用浸油式潤滑。
          

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