永磁直驅滾筒在水泥帶式輸送機中的應用研究

近些年永磁傳動技術得到了快速發(fā)展，永磁多級直驅技術出現(xiàn)，帶來了傳動系統(tǒng)傳動鏈簡化，實現(xiàn)了無齒化傳動，直驅傳動技術具有效率高、能耗低、占地空間少、啟動扭矩大、運行電流低等諸多優(yōu)點，系統(tǒng)免維護，調速性能優(yōu)越，在許多場合開始逐步取代最常用的交流異步電機。近年在永磁直驅電機的基礎上出現(xiàn)了永磁外轉子直驅滾筒技術，該技術的出現(xiàn)迅速給帶式輸送機領域帶來了一場變革。

自“十四五”碳達峰、碳中和 規(guī)劃出臺以來，已被寫入政府工作報告中。中國將嚴控煤電項目，嚴控煤炭消費增長、‘十五五’時期逐步減少。此外，中國已決定接受《〈蒙特利爾議定書〉基加利修正案》，加強非二氧化碳溫室氣體管控，還將啟動全國碳市場上線交易。

節(jié)能減排就是各行各業(yè)發(fā)展的關鍵，這個時候，各種節(jié)能環(huán)保產品的應用更加廣泛，前景更加明朗。受益于節(jié)能減排、綠色環(huán)保等戰(zhàn)略的拉動，其水泥行業(yè)成為未來幾年市場潛力非常巨大。

隨著水泥行業(yè)綠色礦山、智能化建設的不斷要求，永磁直驅滾筒因其直接驅動負載，取消減速機、液力耦合器、聯(lián)軸器、驅動滾筒、異步電機，使得傳動鏈最簡化，提高傳動系統(tǒng)的可靠性得以實現(xiàn)。該已大量應用于煤礦、冶金、港口等行業(yè)帶式輸送機。本文重點介紹永磁直驅滾筒的工作原理及其在帶式輸送機的應用。

1、 永磁直驅滾筒的工作原理

永磁直驅滾筒俗稱外轉子電動機，主要包括永磁直驅滾筒、智能同步變頻器及水冷裝置等。它以磁場為媒介進行電能和機械能的能量轉換，利用永磁體建立磁場，當永磁電動機的三相定子繞組通入頻率為 f 的三相交流電后，將產生一個以同步轉速推移的旋轉磁場。永磁直驅滾筒永磁體由稀土永磁材料釹鐵硼制成，取代電勵磁，無勵磁損耗。轉子無繞組，無轉子銅耗、鐵耗，高性能的釹鐵硼稀土永磁材料具有很高的磁能積，它的剩余磁感應強度、矯頑力較大，用較少的釹鐵硼永磁體便能產生足夠的電機磁能積。將外轉子表面作 為驅動滾筒表面，采用阻燃性、抗靜電性材料進行包膠，直接與輸送帶接觸，依靠摩擦阻力帶動輸送帶運行。

2、 永磁直驅滾筒應用特點

針對皮帶機驅動系統(tǒng)的技術升級，取消原驅動系統(tǒng)的電機，減速機，液力耦合器，聯(lián)軸器。滾筒即是電機，電機即是滾筒。

①　結構簡單，省去減速機、液力耦合器、聯(lián)軸器等部件，極大地節(jié)省安裝空間，轉運站空間節(jié)約的20%-50%。

外形結構簡單，把永磁同步電機直接做成滾筒，永磁滾筒軸固定不動，相當于電機的定子部分；滾筒筒面相當于電機的轉子部分，取消了傳統(tǒng)的電勵磁，當通入對稱三相交流電后，電機工作，即滾筒工作。

②　與原系統(tǒng)相比，減少75%的檢修維護量和維護材料投入

驅動部結構簡單，只有驅動器+滾筒的結構，改變了傳統(tǒng)的電動機、耦合器+減速器、驅動滾筒三位一體的布置方式，減少了原系統(tǒng)85%的維護量、維護材料投入和檢修維護中的安全隱患。

③　減少現(xiàn)有結構中由于基礎沉降、設備磨損對設備軸中心對中的問題

工業(yè)智能滾筒的一體式設計，解決了系統(tǒng)傳動中由于安裝地點基礎壓力變化及設備長時間運行磨損，造成原系統(tǒng)軸對接配合錯位，極大地提高了系統(tǒng)安裝的可靠性，降低故障率。

④　極大的降低能耗，節(jié)約用電成本，平均能耗降低20%-30%

工業(yè)智能滾筒，本身就是一臺永磁同步電機，主要有以下節(jié)能特性：

采用一體式結構（把電機直接做成滾筒），直接傳動效率高，機械傳動效率接近100%。

自身效率高。優(yōu)化的磁路設計+釹鐵硼永磁代替電勵磁+高導磁硅鋼片的應用。

運行效率高。25%-100%額定轉速時，效率達到90%-97%，25%-100%負載時，JXS系列工業(yè)智能滾筒的效率基本不變。

功率因素高。隨負載的變化，JXS系列工業(yè)智能滾筒的功率因素基本不變。

3、永磁直驅電動滾筒的實際應用

某水泥廠皮帶永磁電動滾筒的應用分析：

采水泥廠強力皮帶1800M，采用江蘇嘉軒220kW型號JXS SG 220-3.15-800*1400(380) 永磁滾筒，正常運行440天，累計8800小時，其中空載運行140天，累計2800小時；重載運行300天，累計6000小時。

1） 節(jié)電效果明顯：

（1）恒負荷節(jié)電率22.8%

（2）噸料量節(jié)電率21.3%

（3）空載運行節(jié)電率32.6%

2） 起動平穩(wěn)，起動電流小、對電網沖擊??；

3） 運行噪音小、溫度低；

經現(xiàn)場測試220kW永磁滾筒運行過程中噪音為59-61分貝； 現(xiàn)場檢測220kW永磁滾筒重載運行溫度57-62攝氏度。

4）占用空間小，基本免維護；

原系統(tǒng)設備多，占地面積大，轉運站空間狹小，改造后檢修巡檢空間寬敞。運行期間僅每月對永磁直驅滾筒軸承少量補充潤滑脂，無需其它維護，減少了檢修維護工作量。

4、效益分析

強力皮帶使用的220kW永磁直驅滾筒結果可得出節(jié)電率25.4%。

①、皮帶機節(jié)電量350天×16小時×220kW×25.4%=31.2萬度。按照每度電0.5元計算，每年節(jié)約的電費金額為31.2×0.5=15.6萬元。

②、還可以節(jié)約大量的設備維護費用，如齒輪箱、聯(lián)軸器、設備機架、油液等

5、結論

永磁直驅滾筒在水泥行業(yè)里面帶式輸送機中的使用，從短期利益看，節(jié)約了施工、安裝成本，確保了作業(yè)安全;從長期利益看，節(jié)約能源，設備使用及維護成本低，僅用三年的時間便可以將投資回收。特別是結合變頻器的使用，實現(xiàn)帶式輸送機的軟起、軟停、軟沖擊，解決了帶式輸送機可能發(fā)生飛車、埋機頭事故，永磁直驅滾筒在水泥行業(yè)將發(fā)揮著越來越重要的作用。

改造前

改造后