蔣德洪 劉曉曄 周建中

（南方水泥有限公司，浙江杭州，311121；常山南方水泥有限公司，浙江常山，324209）

　　為了保護水泥機械設備，在設備傳動系統中經常設置液力耦合器實現柔性啟動，減少啟動設備時的沖擊。但實際運行中，液力耦合器存在容易漏油等問題。由于磁力傳動是目前實現安全可靠與節能降耗雙重指標的一項新興技術與理想的綠色產品。因此，常山南方水泥有限公司（以下簡稱常山南方）在輥壓機傳動中采用了磁力耦合器這種新型柔性保護裝置，運行效果很好。

　　1　問題的提出
　　常山南方Φ4.2m×11.5m水泥磨配套RP120-80輥壓機（洛陽中信重工生產），輥壓機的兩臺減速機型號：GZLP950C，速比7.2，輸入轉速1485r/min，輸入扭矩23612N·m，兩臺電動機型號：YKK450-2-4（4極），功率500kW，電壓10000V。在每臺減速機輸入軸上安裝一只型號為HC66-15的液力耦合器，作為柔性啟動裝置。自2005年10月生產以來，由于輥壓機運行振動較大，液力耦合器故障頻發。我們多方查找原因，分析認為是因為安裝在減速機高速軸上的液力耦合器加上油液的質量超過200kg，給減速機高速軸附加了一個彎矩，對高速軸軸承運行造成一定影響，使減速機高速軸故障頻發并且漏油；同時系統超負荷后，液力耦合器易熔塞合金熔化，油液噴出，導致系統停機，不僅對環境造成污染，油液浪費，而且每次處理時間要在2h以上，造成輥壓機與磨機聯動率低，制約了水泥磨正常生產。

　　常山南方也曾參照其他廠家生產的輥壓機傳動系統配置（配置電動機為6極，轉速1000r/min），取消了輥壓機液力耦合器，但開機運行后，對減速機和電動機沖擊太大，造成減速機高速級殼體碎裂的惡性設備事故，被迫重新安裝液力耦合器。

　　2　磁力耦合器的結構及原理
　　2.1　結構原理

　　磁力耦合器由磁轉盤和轉體籠（感應籠）這兩個無物理接觸的獨立部件構成，它們間的相對運動，會在轉體籠中產生渦流，在渦流產生的磁場中，兩個部件相互吸引，從而傳遞力矩。兩個部件間靠磁力進行柔性連接，無接觸，也就無磨損。磁力耦合器通過調節磁轉盤和轉體籠的間隙來實現軸扭矩的變化，間隙越小，兩個部件間的磁力越強。磁力耦合器結構見圖1，間隙調整示意見圖2。

圖1　磁力耦合器結構

圖2　磁力耦合器調整間隙示意

　　2.2　控制原理
　　磁力耦合器運行以磁力作為傳遞力，不存在接觸，屬于柔性連接。為使磁力耦合器真正能起到過載保護作用，在運行中根據需要調整磁力盤間隙，使之達到所需電流時自動脫離。

　　1）靜態間隙調整

　　靜態間隙調整是指在安裝或裝配磁力耦合器過程中，通過在間隙支撐板間增減墊片，設定磁轉盤和轉體籠之間的間隙（如圖2標注a），來設定磁力耦合器啟動力矩和保護力矩。

　　2）運行中磁轉盤間隙自動調整

　　兩個磁轉盤安裝在轉體軸上，可以沿軸向作一定的相對移動。磁轉盤在圓周方向能傳遞的轉矩是在設定范圍內，當轉矩大于一定范圍后，由于滑差和感應磁場的變化，轉體在圓周方向傳遞的力將產生軸向斥力，把磁轉盤推向遠離轉體籠的方向，實現斷開負載并保護設備的目的。

　　2.3　磁力耦合器的優點

　　1）傳遞效率高，可達98%以上，從而節約能源，減少浪費；

　　2）維護工作量小，維護費用極低，使用壽命長；

　　3）磁轉盤和轉體籠（感應籠）間隙的存在，容許輸入和輸出軸不對正，同時可以吸收振動；

　　4）在負載堵轉或過載情況下，耦合器可以切斷負載輸出，從而保護電動機和減速機；

　　5）提高電動機的啟動能力，減少沖擊和振動；

　　6）結構簡單，適應各種惡劣環境，運行中對環境無污染，不產生諧波；

　　7）體積小，安裝方便；

　　8）過載保護后恢復時間短，縮短了故障停機時間。

　　3　技術方案
　　1）由于輥壓機傳動系統中設置有可伸縮式萬向節，因此安裝磁力耦合器時，兩側必須為相對固定的基礎。通過現場測量，需在電動機旁澆灌混凝土地基礎，在基礎上設置軸承座，將磁力耦合器安裝于軸承座與電動機之間，軸承座再通過可伸縮式萬向節與減速機相連，從而實現輥壓機的傳動（見圖3）。基礎可在生產時進行施工及保養，完全不會影響生產。

圖3　輥壓機安裝磁力耦合器示意

　　2）原液力耦合器是直接安裝在輥壓機高速軸上，擠壓輥帶動減速機頻繁移動，液力耦合器也隨之一起運動，這樣容易造成傳動系統的振動。現在方案是把磁力耦合器安裝電動機軸上，從動端安裝在專門制作的支撐裝置上，該支撐裝置放在新增混凝土基礎上，大部分重量直接由支撐負擔，如圖4所示，萬向節與減速機及支撐端相連，磁力耦合器運行中不會移動，大大減小了傳動系統的振動。

圖4　磁力耦合器改造現場照片

　　3）為使保養主電動機時拆裝磁力耦合器方便、快捷，磁力耦合器與電動機間、磁力耦合器與減速機或軸承座間設計為脹套連接，檢修電動機時，只要把脹套擰松，輕輕退下即可把磁力耦合器與電動機分離（見圖5）。

圖5　磁力耦合器與電動機脹套連接示意

　　4　實際應用效果
　　1）改造前，輥壓機進異物時，液力耦合器是通過易熔塞爆來實現過載保護，事后，需更換易熔塞，重新加油后才能恢復生產，處理故障時間約2h。2014年1月改造后，當過載時，磁力耦合器的磁轉盤將在軸向產生大的相對移動，從而自動切斷負載，實現保護電動機和減速機的功能。保護動作后，只需停機后再開機便可恢復生產，每次僅需5min，大大縮短了輥壓機故障停機時間。

　　2）解決了以往輥壓機過載時液力耦合器易熔塞爆、漏油等故障，減少油品使用和對環境的污染。

　　3）在使用液力耦合器時，減振效果有限，傳遞力矩過高時，負載的波動容易造成易熔塞爆的故障，為了減少故障，控制輥壓機運行電流僅為額定電流70%（約25A），輥壓機做功明顯降低，磨機產能得不到很好的發揮；改造后，磁力耦合器由于無接觸，具有更好的減振、吸收負載波動的性能，輥壓機運行電流可調整到35A，可有效地提高磨機臺時產量。

　　4）改造前減速機高速軸處測振達20～30mm/s。改造后減速機高速軸振動在8～10mm/s，有效減輕了設備振動。改造前每年需送廠家大修一次，改造后減速機運行平穩，無故障。

　　5　改造效益分析
　　1）可節約油品，年節約費用約2萬元；

　　2）減少了維修時間，避免停產造成的損失，每次更換易熔塞約停機2h，改造后年增效益8.4萬元；

　　3）設備運行振動減小，設備安全隱患消除，年節約減速機維修及液力耦合器新購費用約40萬元；

　　4）2013年兩臺輥壓機減速機因振動損壞停機時間約138h，改造后設備運轉率提高，年增效益38.76萬元。

　　5）輥壓機與磨機聯動率達99%以上，輥壓機振動下降明顯，有效保護設備；同時磁力耦合器脫離后，恢復時間短，可穩步提升設備可靠性。