一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統的製作方法

2023-05-30 13:58:56 1

專利名稱：一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種球磨機中心傳動系統，尤其設計一種球磨機中心傳動直接驅動系統。
背景技術：
球磨機是物料被破粹之後，再進行粉磨的關鍵設備，廣泛用於選礦、建材、化工等需要對原材料進行粉磨加工的行業，是工業生產中廣泛使用的高細磨機械之一。球磨機包括水平的筒體、進出料空心軸以及磨頭，筒體為長形圓筒，筒內裝有研磨體，筒體為鋼板製造，內壁由鋼製耐磨襯板與筒體固定，研磨體一般為鋼製圓球，並按不同直徑和一定比例裝入筒中。目前使用的球磨機大多是採用開式齒輪副的邊緣傳動，包括電機、平行減速機、小齒輪、大齒圈、球磨機筒體等，通過電機驅動，將驅動力傳輸到平行減速機輸出軸的小齒輪上，再帶動固定於球磨機滾筒邊緣上的大齒圈，使球磨機筒體轉動，筒體兩端的中心軸是通過滑動軸承支撐。這種異步電機-減速機-齒輪副的傳動結構體積大、安裝佔地面積大、運行時噪聲大，機械效率一般為0.6左右，存在耗能高、能量利用率低等問題，顯然與我國現行節能減排的能源戰略不符。同時，邊緣傳動的開式齒輪處於難以嚴格密封的齒輪罩，難以保持良好的潤滑，暴露的齒輪副需要不斷加油潤滑，易汙染，粉塵侵入後磨損相當劇烈，其壽命較短， 且邊緣傳動的零件分散，供油點和檢查點較大，操作、檢查、維修困難。特別是在起動和運轉時因要克服滑動軸承的相對較大的摩擦力，必然增大電機功率損耗。為了解決解決上述邊緣傳動存在的不足，近年有多項專利均提出用中心傳動取代邊緣傳動，如中國專利申請91212025 「中心傳動球磨機」採用主電機通過液力耦合器、行星齒輪減速器、中心傳動軸帶動筒體轉動；專利96224895 「中心傳動圓錐球磨機」電動機通過液力耦合器、減速器、周邊排料器沿軸向帶動筒體；專利98204546「中心傳動託輥式球磨機」 筒體兩端為中空端軸，分別與中空結構的進出料磨頭連接，進出料磨頭由託輥支撐，出料磨頭通過出料器與減速機的輸出軸相連接；等等。這些設計雖然都對球磨機的邊緣傳動系統做了不同程度相應的改進，但均不夠完善，具體表現為提出的球磨機中心傳動系統仍然需要液力耦合器、減速機等機械調速設備，都沒能夠徹底去掉減速機，實現真正意義上的直接驅動。上述專利所述球磨機中心傳動系統中需要的液力耦合器造價高，減速機運行時會因齒輪嚙合發出噪音，易磨損，並且減速機需要定期加潤滑油，維護工作量大，最重要的是會使整個傳動系統的效率大幅度降低，顯然與節能減排和降低單位產品能耗不符；並且不同設備部件之間通過聯軸器相連，很難保證連接的同心度，容易產生機械磨損，以至增大驅動裝置的負載。低速大轉矩傳動系統一般是指轉速低於500 r/min,額定輸出轉矩大於500N. m的傳動系統。這樣的傳動系統在許多工業傳動領域中是常見的，球磨機傳動系統就是典型的低速大轉矩傳動系統。在這些要求低速傳動的系統中，目前主要採用傳統的異步機一減速機的驅動模式。這種驅動模式的缺點主要體現在第一，由於減速機齒輪等機械原因降低了系統的整體傳動效率；第二，由於減速機的存在使傳動系統的整體體積較大，或者說系統的傳輸功率密度較低；第三，以減速機和齒輪為主要調速設備的傳動系統調速能力是有限的、 固定的，很難根據球磨機所加工原料的不同來對筒體轉速進行相應的控制和調整、適應工礦能力差。顯然，傳統的驅動模式己無法適應現代驅動的要求，存在著諸多理論和技術問題有待解決。在電機及其傳動系統供電、控制方面，為了減小控制電流，諸如球磨機此類大型機械裝備的主驅動電機通常採用6kV以上的高壓異步電機驅動，並且其主驅動電機都是按系統最大負荷選取的，而實際運行時大部分系統的平均負載率不足50%，此時感應電動機的效率和功率因數一般低於0.6。解決這種矛盾的一般方法是採用變頻調速，但高壓變頻器性能和可靠性都遠不及低壓變頻器，尤其是價格，相同功率的高壓變頻器幾乎是低壓的3、倍。 因此，這種電壓等級即增加了製造成本，也增加了控制成本，整個傳動系統存在造價高、效率低、可靠性差、對電網諧波汙染等弊端。為了克服傳統的異步電機-減速機-齒輪副的球磨機傳動系統存在的不足，本發明將提出了將傳統的球磨機傳動系統改為低速大轉矩永磁電機直接驅動，同時採用1000V 以下低壓電源通過變頻器對永磁電機進行供電。採用低速大轉矩直接驅動，不但具有體積小、安裝佔地面積小、運行噪音小、維護頻率低等特點，並且整個系統的傳動效率可以明顯提高；採用電機與球磨機轉筒共用軸承方式，保證了機械連接的同心度，減少了機械磨損； 採用1000V以下低壓電源供電，不但能大幅度降低傳動系統所需設備的價格，也能降低由高壓電源帶來的設備絕緣破壞的風險；採用變頻器對電機進行供電，在電機需要調速的場合，可以根據球磨機所加工原料的不同實現對筒體轉速的控制和調整，能好的適應工礦的需求；當電機額定頻率是電源工頻時，可以通過變頻器實現變頻電機的起動，待電機起動過程完成後，將電機切換到用低壓電源直接供電，此時可以用變頻器繼續起動下一臺變頻電機，該做法實現了用一臺變頻器順序起動多臺變頻電機。綜上，所提出的採用1000V以下低壓電源通過變頻器供電的球磨機低速大轉矩永磁同步電機直接驅動系統具有造價低、傳動效率高的特點，能很好的適應不同工況的需求以及國家節能減排的能源戰略。

發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服球磨機傳統傳動系統異步電機-減速機-齒輪副結構存在的體積大、佔地面積大、易汙染、壽命短、傳動效率低等不足和由於採用高壓電源供電所引起的設備造價高、可靠性差、對電網諧波汙染等弊端，本發明提供一種球磨機，採用低速大轉矩永磁電機直接驅動，並利用1000V以下低壓電源通過變頻器對電機進行供電，該發明顯著提高了整個傳動系統的傳動效率，實現了節能，降低了成本。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案
一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，包括兩端安裝有中空軸作為進料軸和排料軸的筒體，以筒體兩端中空軸為電機轉軸，筒體兩端的中空軸上安裝有滾動軸承， 滾動軸承固定安裝在軸承底座上，電機轉軸與筒體共用一套滾動軸承，其特徵在於筒體兩端中空軸的一端安裝有電機，電機包括在中空軸的表面採用切向結構固定安裝永磁體形成電機轉子，電機定子直接套在電機轉子上，電機定子和電機轉子之間留有氣隙，電機定子外安裝有機殼，電機定子和機殼利用下方的電機機座進行固定，機殼外安裝有電機控制系統。
所述電機為低速大轉矩永磁電機。所述的電機控制系統連接1000V以下低壓電源對電機進行供電。所述的電機控制系統在1000V以下低壓電源側接有用於起動電機的變頻器。本發明有益效果本發明所述球磨機採用了低速大轉矩永磁電機中心傳動直接驅動系統，與傳統球磨機所採用的開式齒輪副的邊緣傳動系統相比，徹底取消了邊緣傳動結構中存在大齒圈、小齒輪、減速機等部件，使設備體積大大減小、結構更加緊湊，具有佔地面積較小、重量輕、運行噪音小、傳動效率高、節能效果好等優點。採用低速大轉矩永磁電機直接驅動的球磨機傳動系統，將傳統的異步電機-減速機-齒輪副的複雜而龐大的驅動裝置直接用一個低速大轉矩永磁電機替代，有效避免了開式齒輪處於難以嚴格密封的齒輪罩，難以保持良好的潤滑，暴露的齒輪副需要不斷加油潤滑，易汙染，粉塵侵入後磨損相當劇烈，其壽命較短，且邊緣傳動的零件分散，供油點和檢查點較大，操作、檢查、維修困難等缺點；利用永磁電同步機本身具有的在25% 120%額定負載範圍內均可保持較高的效率和功率因數的特點，有效改善了球磨機採用異步電機在輕載運行狀態是效率和功率因數低的缺點，使輕載運行更加節能。另外，採用電機轉軸與球磨機筒體共用一套軸承的方式，保證了機械連接的同心度，減少了磨損；採用1000V以下低壓電源通過變頻器進行供電，一方面可以克服由於採用高壓電源所引起的設備造價高、效率低、可靠性差、對電網諧波汙染等弊端；另一方面能夠克服以減速機和齒輪為主要調速設備的傳動系統調速能力有限、固定的不足，可以根據球磨機所加工原料的不同來對筒體轉速進行相應的控制和調整、適應工礦能力強，並且當電機額定頻率是電源工頻時，可以通過變頻器實現變頻電機的起動，待電機起動過程完成後， 將電機切換到用低壓電源直接供電，此時可以用變頻器繼續起動下一臺變頻電機，該做法實現了用一臺變頻器順序起動多臺變頻電機。綜上所述，本發明所述球磨機採用1000V以下低壓電源通過變頻器供電的低速大轉矩永磁電機直接驅動傳動系統具有體積小、安裝面積小、運行噪音小、設備造價低、可靠性高等特點，可廣泛應用於球磨機傳動系統中，有效的提高了球磨機的實用壽命和傳動效率，降低了能量損耗，實現了節能。


圖1為本發明球磨機低速大轉矩永磁電機直驅系統主視結構示意圖； 圖2為圖1的A-A向剖視圖； 圖3為電機控制系統供電示意圖； 附圖標記說明
1.進料軸、2.滾動軸承、3.軸承底座、4.筒體、5.電機底座、6.低速大轉矩永磁電機、 7.電機定子、8.電機轉子、9.排料軸、10.電機轉軸，11.電機控制系統，12.變頻器。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。圖1為本發明球磨機低速大轉矩永磁電機直驅系統主視結構示意圖，如圖所示， 球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統主要包括軸承底座3、電機底座5、筒體4、滾動軸承2、電機控制系統11和用於驅動筒體4轉動的電機，筒體4安裝在電機轉軸10上，筒體4兩端安裝有滾動軸承2，電機轉軸10與筒體4共用一套滾動軸承2，滾動軸承2固定安裝在軸承底座3上。筒體4兩端安裝有中空軸作為進料軸1和排料軸9，進料軸1或排料軸 9的中空軸上安裝有電機，用中心傳動方式，直接利用中空軸作為電機轉軸10。電機選用低速大轉矩永磁電機6，在中空軸的表面採用切向結構固定安裝永磁體組成電機轉子8，電機定子7直接套在電機轉子8上，電機定子7和電機轉子8之間留有氣隙，電機定子7外安裝有機殼，如圖2所示。電機定子7和機殼利用下方的電機機座5進行固定，機殼外安裝有電機控制系統11，電機控制系統供電示意圖如圖3所示，電機控制系統11在1000V以下低壓電源側接有一臺變頻器12，通過變頻器12實現變頻電機的起動，電機起動過程完成後，將電機切換到用低壓電源直接供電，此時可以用變頻器12繼續起動下一臺變頻電機，該做法實現了用一臺變頻器順序起動多臺變頻電機。 以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵，以及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，包括兩端安裝有中空軸作為進料軸(1)和排料軸(9)的筒體(4)，以筒體(4)兩端中空軸為電機轉軸(10)，筒體(4)兩端的中空軸上安裝有滾動軸承(2)，滾動軸承(2)固定安裝在軸承底座(3)上，電機轉軸(10)與筒體(4)共用一套滾動軸承(2)，其特徵在於筒體(4)兩端中空軸的一端安裝有電機，電機包括在中空軸的表面採用切向結構固定安裝永磁體形成電機轉子(8)，電機定子(7)直接套在電機轉子(8)上，電機定子(7)和電機轉子(8)之間留有氣隙，電機定子(7)外安裝有機殼，電機定子(7)和機殼利用下方的電機機座(5)進行固定，機殼外安裝有電機控制系統 (11)。
2.根據權利要求1所述一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，其特徵在於所述電機為低速大轉矩永磁電機(6)。
3.根據權利要求1所述一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，其特徵在於所述的電機控制系統(11)連接1000V以下低壓電源對電機進行供電。
4.根據權利要求3所述一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，其特徵在於所述的電機控制系統(11)在1000V以下低壓電源側接有用於起動電機的變頻器(12)。
全文摘要
一種球磨機低速大轉矩永磁電機中心傳動直驅系統，包括兩端安裝有中空排料軸和進料軸的筒體，以筒體兩端中空軸作為電機轉軸，中空軸上安裝有滾動軸承，滾動軸承固定安裝在軸承底座上，電機轉軸與筒體共用一套滾動軸承；中空軸一端安裝有電機，直接在中空軸的表面採用切向結構固定安裝永磁體組成電機轉子，電機定子直接套在電機轉子上，電機定子和電機轉子之間留有氣隙，電機定子外安裝有機殼，電機定子和機殼利用下方的電機機座進行固定，機殼外安裝有電機控制系統，電機控制系統採用1000V以下低壓電源供電。本發明顯著提高了整個傳動系統的傳動效率，實現了節能，降低了成本。
文檔編號H02K7/10GK102513191SQ20111037537
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者馮桂宏, 張炳義, 賈宇琪 申請人:瀋陽工業大學