永磁直驅球磨機、立磨機
1、技（jì）術（shù）背景 傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗（rǒng）長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南九幺免费版機電設備有限公司聯合設計研發（fā）的（de）球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去（qù）傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與（yǔ）功（gōng）率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過（guò）載能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點（diǎn）。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功（gōng）率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不（bú）增加電機的輸入（rù）電流（liú），電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電壓（yā）和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升（shēng）了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一（yī）種自（zì）主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保（bǎo）持（chí）定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械（xiè）結構設（shè）計（jì）保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小（xiǎo）很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊（kuài）發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生（shēng）產工期。 2、球（qiú）磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述 本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震（zhèn）動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時（shí），仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電（diàn）機定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈（dàn）性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子（zǐ）塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不（bú）變。球磨機（jī）滾（gǔn）筒向下複位或（huò）繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的（de）壓力大小可調（diào），對於不同（tóng）位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。 本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控（kòng）製，根（gēn）據（jù）不同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台（tái）整圓電機由（yóu）多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定（dìng）子塊間（jiān）設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。 本（běn）產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需（xū）要沿球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優（yōu）點（diǎn） 現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器（qì）、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功（gōng）率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直（zhí）驅（qū），取（qǔ）消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染。 由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了（le）加工，製造，運（yùn）輸等難度，還（hái）相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多（duō）台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。 傳統（tǒng）電機故障時（shí），會導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自（zì）由度,可以利（lì）用其（qí）多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產（chǎn）品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨（mó）機（jī）因（yīn）加工誤（wù）差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加（jiā），提高電機製造成本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電（diàn）機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數（shù）就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配（pèi）示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直（zhí）驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性 傳統（tǒng）立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反應速度更快。 (2）係（xì）統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應（yīng）電機無（wú）法在低速實現大轉矩（jǔ）輸（shū）出，需要（yào）額外的盤車（chē）係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要（yào），整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔（fǔ）助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿（mǎn）足需（xū）要（yào），無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係（xì）統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將（jiāng）轉速提高到三相感應電機（jī）起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少 係統各（gè）構成單元均需（xū）要時常檢查和定期維護，傳（chuán）統係統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減速器結構複（fù）雜需（xū）要經常（cháng）維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在低速運（yùn）行的（de）情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯 綜上采用直驅（qū）永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統年節電（diàn）量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永（yǒng）磁直驅（qū）立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。 針（zhēn）對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向（xiàng）載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
