矿用永磁耦合联轴器过载保护研究

点击量：2595   日期：2019-03-13

    摘要

    文章介绍了利用Ansoftmaxwell有限元模拟分析及实验,研究应用于煤矿井下的磁力耦合联轴器的过载保护问题,并通过实验数据绘制出机械特性曲线。从机械特性曲线可以看出:输出扭矩值在达到磁力耦合器的最大转矩后,随着转差增大,输出转矩、转速降低,电动机的输入功率小于电动机在最大转矩时的功率,说明此磁力耦合联轴器具备过载保护性能。

    关键词：磁力耦合联轴器;过载保护;有限元分析;机械特性曲线;

    永磁耦合联轴器主要利用电磁转换原理进行能量传递和调速，是通过导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输装置，利用其可实现电动机和负载间无机械连接的传动方式。永磁联轴器与机械式联轴器的根本区别在于主动轴与从动轴之间不用任何机械的或液力的联接，从而可实现对回转件进行动力传递。这一独特优点使永磁联轴器在煤矿井下应用具备较大优势，但刮板输送机和带式输送机是目前国内煤矿井下和地面广泛使用的运输设备，其常常因落煤过多或大体积块料卡堵事故造成突然过载或堵转，进而损坏电动机或传动机构;同时刮板输送机起动频繁，一般每小时起动不少于6次，起动经常是在满载或过载状态下进行，这不但使链条受到很大冲击，而且经常会造成电机过热，影响设备的使用寿命，因此本文主要针对恒转矩的磁力耦合联轴器在负载端因特殊原因卡死或超载时，能否对电机起到过载保护作用进行分析与探讨。

    永磁耦合器的过载保护有限元模拟分析
    永磁耦合器的三维结构图如图1所示，它主要是由两个铜盘、两个镶嵌永磁体的铝盘等零件构成。其中的两个铜盘分别和外钢盘钢架固定在一起，并与电机驱动轴连接。另外的两个镶嵌永磁体的铝盘和内钢盘钢架固定在一起，与负载轴连接。永磁耦合器依靠涡电流产生感应磁场，与永磁体产生的磁场交互作用，实现扭矩传递。本次实验的永磁耦合器的结构及参数如下:在永磁体旋转盘上装有2对磁极，磁铁厚度为15mm，永磁体与铜盘的气隙为12mm，铜盘厚度6mm、直径为400mm。钢盘厚度12mm、直径为440mm，对此耦合联轴器的结构进行过载保护试验研究。

    首先通过有限元maxwell软件，模拟在不同的转差情况下，输出扭矩与转速的关系，永磁耦合器的机械特性，如图2所示。从模拟图上可以看出，随着转速的降低，也就是在转差逐渐增大的情况下，输出的扭矩也逐渐增大，这正是永磁耦合器的稳定工作区域，当输出转矩达到某一最大值时，转矩将不再变化，即其机械特性曲线近似“矩形”。从模拟结果来看，该结构的永磁耦合联轴器的能传递的最大转矩约为85N・m，当运行过程中出现过载时，转速急剧下降，所传递的扭矩不变，由功率表达式P=T・Ω可知，在负载转矩超过耦合器的最大转矩时，电动机的输出功率并没有增大，而是在减小，说明此永磁耦合联轴器具有过载保护性能。

    过载保护性能实验
    为进一步研究此永磁耦合联轴器的过载保护性能，对耦合器进行了实际实验研究。在此实验的过程中，电动机额定转速为900r/min，从实验结果看，当输出转速降低时，即转差增大时，磁力耦合器传递的扭矩在不断增大，当传递的扭矩大于耦合器最大转矩时(人为使负载堵转)，此时耦合器的输出转矩又有减小的趋势，这说明在发生堵转时电动机的输出功率将更小，也就是说，耦合器对电动机具有过载保护能力。
实验电动机的额定功率为37kW，实验过程是:选定频率后先空载起动使电动机达到稳定转速，然后逐步加载，记录仪表所测得的输入、输出转速、转矩、功率及效率。永磁耦合器在电动机给定频率为30Hz(转速为900r/min)时的实验数据见表1。

    结论

    1)乌海肥煤不易破碎也不易泥化，其中硫铁矿及其共生体相对于煤本身更不易破碎。
    2)乌海煤样适宜浮选的粒度级较多，但比较难选，必须选取合理的药剂及药剂配比以获得高产率低灰分的精煤。
    3)不同粒度级煤中硫分分布从低密度级到高密度级分布趋势先降后升，说明有机硫所占比例较高，在1.8～1.9g/cm3密度级硫分激增，证明这个密度级产物中的硫铁矿所占比例偏高。

    文章通过试验得到了不同粒度级不同密度级煤样中硫含量的分布规律，为进一步脱硫分选提供了理论依据。

    本文由 永磁耦合器 整理编辑。