永磁直驅(qū)滾筒在水泥帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用研究

近些年永磁傳動(dòng)技術(shù)得到了快速發(fā)展，永磁多級(jí)直驅(qū)技術(shù)出現(xiàn)，帶來(lái)了傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了無(wú)齒化傳動(dòng)，直驅(qū)傳動(dòng)技術(shù)具有效率高、能耗低、占地空間少、啟動(dòng)扭矩大、運(yùn)行電流低等諸多優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)免維護(hù)，調(diào)速性能優(yōu)越，在許多場(chǎng)合開(kāi)始逐步取代最常用的交流異步電機(jī)。近年在永磁直驅(qū)電機(jī)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了永磁外轉(zhuǎn)子直驅(qū)滾筒技術(shù)，該技術(shù)的出現(xiàn)迅速給帶式輸送機(jī)領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)變革。

自“十四五”碳達(dá)峰、碳中和 規(guī)劃出臺(tái)以來(lái)，已被寫(xiě)入政府工作報(bào)告中。中國(guó)將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)、‘十五五’時(shí)期逐步減少。此外，中國(guó)已決定接受《〈蒙特利爾議定書(shū)〉基加利修正案》，加強(qiáng)非二氧化碳溫室氣體管控，還將啟動(dòng)全國(guó)碳市場(chǎng)上線(xiàn)交易。

節(jié)能減排就是各行各業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，這個(gè)時(shí)候，各種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的應(yīng)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(dòng)，其水泥行業(yè)成為未來(lái)幾年市場(chǎng)潛力非常巨大。

隨著水泥行業(yè)綠色礦山、智能化建設(shè)的不斷要求，永磁直驅(qū)滾筒因其直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，取消減速機(jī)、液力耦合器、聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)滾筒、異步電機(jī)，使得傳動(dòng)鏈最簡(jiǎn)化，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性得以實(shí)現(xiàn)。該已大量應(yīng)用于煤礦、冶金、港口等行業(yè)帶式輸送機(jī)。本文重點(diǎn)介紹永磁直驅(qū)滾筒的工作原理及其在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用。

1、 永磁直驅(qū)滾筒的工作原理

永磁直驅(qū)滾筒俗稱(chēng)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，主要包括永磁直驅(qū)滾筒、智能同步變頻器及水冷裝置等。它以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行電能和機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，利用永磁體建立磁場(chǎng)，當(dāng)永磁電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入頻率為 f 的三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速推移的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。永磁直驅(qū)滾筒永磁體由稀土永磁材料釹鐵硼制成，取代電勵(lì)磁，無(wú)勵(lì)磁損耗。轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，無(wú)轉(zhuǎn)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(yīng)強(qiáng)度、矯頑力較大，用較少的釹鐵硼永磁體便能產(chǎn)生足夠的電機(jī)磁能積。將外轉(zhuǎn)子表面作 為驅(qū)動(dòng)滾筒表面，采用阻燃性、抗靜電性材料進(jìn)行包膠，直接與輸送帶接觸，依靠摩擦阻力帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行。

2、 永磁直驅(qū)滾筒應(yīng)用特點(diǎn)

針對(duì)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)，取消原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)，減速機(jī)，液力耦合器，聯(lián)軸器。滾筒即是電機(jī)，電機(jī)即是滾筒。

①　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去減速機(jī)、液力耦合器、聯(lián)軸器等部件，極大地節(jié)省安裝空間，轉(zhuǎn)運(yùn)站空間節(jié)約的20%-50%。

外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，把永磁同步電機(jī)直接做成滾筒，永磁滾筒軸固定不動(dòng)，相當(dāng)于電機(jī)的定子部分；滾筒筒面相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，取消了傳統(tǒng)的電勵(lì)磁，當(dāng)通入對(duì)稱(chēng)三相交流電后，電機(jī)工作，即滾筒工作。

②　與原系統(tǒng)相比，減少75%的檢修維護(hù)量和維護(hù)材料投入

驅(qū)動(dòng)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有驅(qū)動(dòng)器+滾筒的結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、耦合器+減速器、驅(qū)動(dòng)滾筒三位一體的布置方式，減少了原系統(tǒng)85%的維護(hù)量、維護(hù)材料投入和檢修維護(hù)中的安全隱患。

③　減少現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中由于基礎(chǔ)沉降、設(shè)備磨損對(duì)設(shè)備軸中心對(duì)中的問(wèn)題

工業(yè)智能滾筒的一體式設(shè)計(jì)，解決了系統(tǒng)傳動(dòng)中由于安裝地點(diǎn)基礎(chǔ)壓力變化及設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損，造成原系統(tǒng)軸對(duì)接配合錯(cuò)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(tái)永磁同步電機(jī)，主要有以下節(jié)能特性：

采用一體式結(jié)構(gòu)（把電機(jī)直接做成滾筒），直接傳動(dòng)效率高，機(jī)械傳動(dòng)效率接近100%。

自身效率高。優(yōu)化的磁路設(shè)計(jì)+釹鐵硼永磁代替電勵(lì)磁+高導(dǎo)磁硅鋼片的應(yīng)用。

運(yùn)行效率高。25%-100%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，效率達(dá)到90%-97%，25%-100%負(fù)載時(shí)，JXS系列工業(yè)智能滾筒的效率基本不變。

功率因素高。隨負(fù)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(qū)電動(dòng)滾筒的實(shí)際應(yīng)用

某水泥廠皮帶永磁電動(dòng)滾筒的應(yīng)用分析：

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

1） 節(jié)電效果明顯：

（1）恒負(fù)荷節(jié)電率22.8%

（2）噸料量節(jié)電率21.3%

（3）空載運(yùn)行節(jié)電率32.6%

2） 起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)沖擊??；

3） 運(yùn)行噪音小、溫度低；

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試220kW永磁滾筒運(yùn)行過(guò)程中噪音為59-61分貝； 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)220kW永磁滾筒重載運(yùn)行溫度57-62攝氏度。

4）占用空間小，基本免維護(hù)；

原系統(tǒng)設(shè)備多，占地面積大，轉(zhuǎn)運(yùn)站空間狹小，改造后檢修巡檢空間寬敞。運(yùn)行期間僅每月對(duì)永磁直驅(qū)滾筒軸承少量補(bǔ)充潤(rùn)滑脂，無(wú)需其它維護(hù)，減少了檢修維護(hù)工作量。

4、效益分析

強(qiáng)力皮帶使用的220kW永磁直驅(qū)滾筒結(jié)果可得出節(jié)電率25.4%。

①、皮帶機(jī)節(jié)電量350天×16小時(shí)×220kW×25.4%=31.2萬(wàn)度。按照每度電0.5元計(jì)算，每年節(jié)約的電費(fèi)金額為31.2×0.5=15.6萬(wàn)元。

②、還可以節(jié)約大量的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，如齒輪箱、聯(lián)軸器、設(shè)備機(jī)架、油液等

5、結(jié)論

永磁直驅(qū)滾筒在水泥行業(yè)里面帶式輸送機(jī)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(zhǎng)期利益看，節(jié)約能源，設(shè)備使用及維護(hù)成本低，僅用三年的時(shí)間便可以將投資回收。特別是結(jié)合變頻器的使用，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起、軟停、軟沖擊，解決了帶式輸送機(jī)可能發(fā)生飛車(chē)、埋機(jī)頭事故，永磁直驅(qū)滾筒在水泥行業(yè)將發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

改造前

改造后