礦用永磁耦合聯(lián)軸器過載保護研究

點擊量：2689   日期：2019-03-13

    摘要

    文章介紹了利用Ansoftmaxwell有限元模擬分析及實驗,研究應(yīng)用于煤礦井下的磁力耦合聯(lián)軸器的過載保護問題,并通過實驗數(shù)據(jù)繪制出機械特性曲線。從機械特性曲線可以看出:輸出扭矩值在達到磁力耦合器的最大轉(zhuǎn)矩后,隨著轉(zhuǎn)差增大,輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速降低,電動機的輸入功率小于電動機在最大轉(zhuǎn)矩時的功率,說明此磁力耦合聯(lián)軸器具備過載保護性能。

    關(guān)鍵詞：磁力耦合聯(lián)軸器;過載保護;有限元分析;機械特性曲線;

    永磁耦合聯(lián)軸器主要利用電磁轉(zhuǎn)換原理進行能量傳遞和調(diào)速，是通過導體和永磁體之間的氣隙實現(xiàn)由電動機到負載的轉(zhuǎn)矩傳輸裝置，利用其可實現(xiàn)電動機和負載間無機械連接的傳動方式。永磁聯(lián)軸器與機械式聯(lián)軸器的根本區(qū)別在于主動軸與從動軸之間不用任何機械的或液力的聯(lián)接，從而可實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)件進行動力傳遞。這一獨特優(yōu)點使永磁聯(lián)軸器在煤礦井下應(yīng)用具備較大優(yōu)勢，但刮板輸送機和帶式輸送機是目前國內(nèi)煤礦井下和地面廣泛使用的運輸設(shè)備，其常常因落煤過多或大體積塊料卡堵事故造成突然過載或堵轉(zhuǎn)，進而損壞電動機或傳動機構(gòu);同時刮板輸送機起動頻繁，一般每小時起動不少于6次，起動經(jīng)常是在滿載或過載狀態(tài)下進行，這不但使鏈條受到很大沖擊，而且經(jīng)常會造成電機過熱，影響設(shè)備的使用壽命，因此本文主要針對恒轉(zhuǎn)矩的磁力耦合聯(lián)軸器在負載端因特殊原因卡死或超載時，能否對電機起到過載保護作用進行分析與探討。

    永磁耦合器的過載保護有限元模擬分析
    永磁耦合器的三維結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它主要是由兩個銅盤、兩個鑲嵌永磁體的鋁盤等零件構(gòu)成。其中的兩個銅盤分別和外鋼盤鋼架固定在一起，并與電機驅(qū)動軸連接。另外的兩個鑲嵌永磁體的鋁盤和內(nèi)鋼盤鋼架固定在一起，與負載軸連接。永磁耦合器依靠渦電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場，與永磁體產(chǎn)生的磁場交互作用，實現(xiàn)扭矩傳遞。本次實驗的永磁耦合器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下:在永磁體旋轉(zhuǎn)盤上裝有2對磁極，磁鐵厚度為15mm，永磁體與銅盤的氣隙為12mm，銅盤厚度6mm、直徑為400mm。鋼盤厚度12mm、直徑為440mm，對此耦合聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)進行過載保護試驗研究。

    首先通過有限元maxwell軟件，模擬在不同的轉(zhuǎn)差情況下，輸出扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，永磁耦合器的機械特性，如圖2所示。從模擬圖上可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的降低，也就是在轉(zhuǎn)差逐漸增大的情況下，輸出的扭矩也逐漸增大，這正是永磁耦合器的穩(wěn)定工作區(qū)域，當輸出轉(zhuǎn)矩達到某一最大值時，轉(zhuǎn)矩將不再變化，即其機械特性曲線近似“矩形”。從模擬結(jié)果來看，該結(jié)構(gòu)的永磁耦合聯(lián)軸器的能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩約為85N?m，當運行過程中出現(xiàn)過載時，轉(zhuǎn)速急劇下降，所傳遞的扭矩不變，由功率表達式P=T?Ω可知，在負載轉(zhuǎn)矩超過耦合器的最大轉(zhuǎn)矩時，電動機的輸出功率并沒有增大，而是在減小，說明此永磁耦合聯(lián)軸器具有過載保護性能。

    過載保護性能實驗
    為進一步研究此永磁耦合聯(lián)軸器的過載保護性能，對耦合器進行了實際實驗研究。在此實驗的過程中，電動機額定轉(zhuǎn)速為900r/min，從實驗結(jié)果看，當輸出轉(zhuǎn)速降低時，即轉(zhuǎn)差增大時，磁力耦合器傳遞的扭矩在不斷增大，當傳遞的扭矩大于耦合器最大轉(zhuǎn)矩時(人為使負載堵轉(zhuǎn))，此時耦合器的輸出轉(zhuǎn)矩又有減小的趨勢，這說明在發(fā)生堵轉(zhuǎn)時電動機的輸出功率將更小，也就是說，耦合器對電動機具有過載保護能力。
實驗電動機的額定功率為37kW，實驗過程是:選定頻率后先空載起動使電動機達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，然后逐步加載，記錄儀表所測得的輸入、輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率及效率。永磁耦合器在電動機給定頻率為30Hz(轉(zhuǎn)速為900r/min)時的實驗數(shù)據(jù)見表1。

    結(jié)論

    1)烏海肥煤不易破碎也不易泥化，其中硫鐵礦及其共生體相對于煤本身更不易破碎。
    2)烏海煤樣適宜浮選的粒度級較多，但比較難選，必須選取合理的藥劑及藥劑配比以獲得高產(chǎn)率低灰分的精煤。
    3)不同粒度級煤中硫分分布從低密度級到高密度級分布趨勢先降后升，說明有機硫所占比例較高，在1.8～1.9g/cm3密度級硫分激增，證明這個密度級產(chǎn)物中的硫鐵礦所占比例偏高。

    文章通過試驗得到了不同粒度級不同密度級煤樣中硫含量的分布規(guī)律，為進一步脫硫分選提供了理論依據(jù)。

    本文由 永磁耦合器 整理編輯。