永磁调速偶合器在选煤厂带式输送机上的应用研究

张 强 刘 军

(1.陕西黄陵二号煤矿有限公司 ，陕西省延安市，727307；2.芬雷选煤工程技术(北京)有限公司黄陵分公司，陕西省延安市，727307)

1 选煤厂带式输送机传动装置对比分析

1.1 液力偶合器传动装置

近年来，选煤厂采用液力偶合器作为带式输送机的传动装置。液力偶合器是液力传动元件，利用液体的动能进行能量传递的一种液力传动装置，它以液体油作为工作介质，通过泵轮和涡轮将机械能和液体的动能相互转化，从而连接原动机与工作机实现动力的传递。液力偶合器安装在异步电机和负载之间来传递转矩，可以在电机恒速运转情况下，在一定范围内无级调节负载的转速。然而在实际应用中，液力偶合器存在以下较为突出的缺点：一是需要提供较大的安装空间，日常维护工作量较大，安装和拆卸困难；二是由于液力偶合器的两端出轴为两个半轴，径向跳动较大，在短时间内会造成设备漏油，不仅污染现场环境，而且会导致机械轴及轴承干磨，故障率较高；三是若不按规定维护，容易熔塞烧穿，发生喷油着火事故；四是成本较高，使用寿命较短，大约2 a时间电机轴就会断裂，性价比较低；五是减振效果较差，经常出现双向震动，当到达一定程度时会导致电机轴断裂；六是虽然液力偶合器也有软启动，但在选煤厂煤炭运输工况下，效果远远达不到要求；七是在实际应用中，负载煤量经常会出现过大的状况，此时液力偶合器不能将动力有效传递导致胶带张力过大而断裂。

1.2 永磁调速偶合器传动装置

永磁调速偶合器是纯机械产品，对供电电源要求较低，使用中不会对电网产生高次谐波污染，也不存在电磁干扰问题。由于不需要像液力偶合器采用油介质运行，所以不会出现漏油等问题。作为纯机械运行的产品，永磁调速偶合器能够适应苛刻工况，且传递效率较高，运行稳定可靠，负载的震动不会传递到电机上。由于轴连接是非接触式的，所以带来了两个方面的好处：一是安装时“对中”要求低；二是在长期运行中不会产生因为直接的轴连接而带来的轴承和密封的损坏。根据实际企业的使用情况(在美国的企业，永磁调速偶合器最长连续使用时间已达6 a，理论寿命30 a)，永磁调速偶合器表现了长期运行的稳定性。

永磁调速偶合器在软启动效果上远远超过液力偶合器，软启动过程中能够有效地保护电机。液力偶合器没有软停止的功能，需要停止电机才能停止带式输送机。在带式输送机运煤过程中，经常会出现大块煤或煤矸石，此时需要停止带式输送机取下大块煤或煤矸石，由于会频繁出现此类情况，所以选择液力偶合器作为传动装置会降低电机使用寿命，而选择永磁调速偶合器作为传动装置可以只停止永磁调速偶合器而不停止电机就可停止带式输送机，实现软停止功能，大大降低由于反复启停电机对降低电机使用寿命的影响。当液力偶合器过载喷油时，只能停止设备运行并对设备进行处理，严重影响生产。而当永磁调速偶合器过载时，当负载降低或停机后，永磁调速偶合器会自动恢复，非常适合作为选煤厂带式输送机的传动装置。

永磁调速偶合器配套外部器件有温度传感器、转速传感器以及电流互感器等，采集的各类数据进入CPU经过分析计算后采取相应的措施。由于不同现场带式输送机的运煤量不同、选用的执行器不同以及永磁调速偶合器的型号不同，使得对应现场的保护不同，因此在保护上可以根据现场实际情况而设定，更有效地针对故障进行保护。

2 控制策略与控制流程

2.1 控制策略

配备永磁调速偶合器的带式输送机传动装置由电机、转速传感器、永磁调速偶合器、红外温度传感器、工作机、PLC控制箱、角行程电动执行器组成，其组成示意图如图1所示。

1-电机；2-转速传感器；3-永磁调速偶合器;4-红外温度传感器；5-工作机；6-PLC控制箱；7-角行程电动执行器图1 带式输送机传动装置组成示意图

永磁调速偶合器电控部分包括磁保护器、传感器、执行器，磁保护器配有显示屏，能够更好地进行人机交互。外部有两个温度传感器与两个转速传感器能更好地对当前数据进行实时采集。执行器是永磁调速偶合器调速的关键，通过CPU输入的给定开度来进行软启动，同时将反馈开度输出，以便CPU更好地分析当前状态采取相应措施。CPU内部会根据设置的相关参数计算出适宜的加速度特性曲线，将对应的给定开度传入执行器，永磁调速偶合器开始进行软启动，在设置的标准时间内完成启动，对设备进行有效保护。在带式输送机出现大块煤或煤矸石需要清理时，永磁调速偶合器进行软停止操作，不用停止电机即能停止带式输送机。

在选煤厂实际使用工况下，会出现多种突发的问题，永磁调速偶合器每种故障处理方式不同，对于恶劣故障需要及时停机处理，对于普通故障会将永磁调速偶合器拉到最小气隙，从而在不影响生产的情况下对设备进行保护，对于设备检测故障(检测传感器等外部设备是否故障)只提示不处理。每种保护处理的方式都经过严密的论证与测试，确保设备的安全可靠性。

2.2 控制流程

整个系统有远程与本地两种控制方式，在本地模式下，可以在控制箱上进行永磁调速偶合器的启动与停止，但此时集控室无法控制设备。反之在远程模式下本地无法控制设备的启停，选煤厂一般选用远程集控室控制，但在本地发生异常来不及通知集控室时，可以在现场用急停处理方式。带式输送机传动装置人机交互界面如图2所示。

图2 带式输送机传动装置人机交互界面

集控室启动电机后会给磁保护器信号，接收到信号后延时几秒启动永磁调速偶合器，当到达设置的时间后，开始有输出转速进行软启动，软启动输出转速到达一定数值后判定为启动完成，此时集控室的运行指示灯亮。当磁保护器接收到停止永磁调速偶合器的信号后进行软停止，当停止结束后给集控室发出可以再次启动的信号，避免发生在执行器不是最大气隙启动而导致的发热过大的情况。永磁调速偶合器控制流程如图3所示。

图3 永磁调速偶合器控制流程图

3 现场应用与数据分析

2017年3月-12月，永磁调速偶合器在陕西黄陵二号煤矿有限公司选煤厂投入运行，运行期间性能稳定，运行的部分数据见表1。

表1 现场部分运行数据

从表1可以看出，当出现转差过大的状况时，对应下次软启动的永磁调速偶合器最高温度越大，表明负载端煤量较多，从而使永磁调速偶合器温度升高。永磁调速偶合器在工作时会频繁启动，停止10～30 min左右就会再次启动。根据大量软启动数据得出，在负载端正常的情况下，永磁调速偶合器在软启动过程中会有20 ℃左右的升温，软启动结束后会在5 min内将温度降低至与初始温度相差10 ℃左右，即使发生负载过大导致永磁调速偶合器在软启动过程中温度过高的状况，温度也能在10 min内散热至与初始温度相差10 ℃左右，由此得出永磁调速偶合器散热效果较好，在频繁启动或负载端煤量过大的恶劣条件下，仍能有效保护电机实现软启动和软停止。

4 结语

永磁调速偶合器的软启动和软停止功能大大降低了由于反复启停设备对电机造成的损伤。当带式输送机负载降低后或停机后，永磁调速偶合器会自动恢复，非常适合带式输送机负载变化较大时的运行。永磁调速偶合器根据现场情况可以随时调整参数，实现对复杂现场精准地软启动控制与设备保护。在实际应用中，永磁调速偶合器保持了零故障运行，大大降低了设备对生产的影响，减少了设备维修和安全事故，真正实现了降耗增效。永磁调速偶合器运行稳定，保护精准，很适合作为选煤厂大倾角带式输送机的传动装置。

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