旋轉電機除鐵過濾器的設計和制造

葉正

【摘 要】對于用伺服電機控制的除鐵過濾器的研究，本文進行了該產品的設計和計算，出裝配圖和零件圖，了解整個產品的結構；設計完后，出工藝流程，轉向生產，進行放錯跟蹤，改進產品；同時對產品的設計與制造進行了總結和評估。

【關鍵詞】機電一體化技術；伺服電機；過濾器；工藝流程；產品評估

一、引言

除鐵過濾器，是一種能產生強大磁場吸引力的設備，它能夠將混雜在物料中鐵磁性雜質清除，以保證輸送系統中的破碎機、研磨機等機械設備安全正常工作，同時可以有效地防止因大、長鐵件劃裂輸送皮帶的事故發生，亦可顯著提高原料品位。廣泛用于冶金、礦山、選煤山、電廠、陶瓷、玻璃、水泥、建材、化工、食品及飼料加工行業。

現在我是對轉筒式永磁除鐵器設計的研究，也就是在普通除鐵器的基礎上加入了私服電機結構。伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機，可使控制速度，位置精度非常準確。該產品對社會具有積極的意義，促進市場的多元化。

通過本次課題設計，不僅增強對磁過濾器專業性知識的系統化，而且將專業知識、設計能力和實踐能力的有機的結合在一起。

二、旋轉電機除鐵器的結構分析

下面我們來分析一下它的工作原理：物料從進料口法蘭進入，中間經過磁轉子進行過濾。磁轉子安裝在軸上面，軸的一端通過軸承固定，另外一端和電機減速器連接，通過電機的運動，實現軸的轉動，從而帶動磁轉子旋轉，磁轉子表面有高磁場，物料流經后，表面的鐵雜質會被迅速吸住，起到過濾作用，然后過濾干凈的物料通過出料口法蘭流出。當除鐵時間到達一定的時候，磁轉子表面會積累很多的鐵雜質，這個時候可以打開門取出磁轉子進行清理，十分方便。零部件之間用緊固件連接，產品結構簡單，便于維修。

上面對該產品進行了結構上的分析，初步了解了電機除鐵器的原理以及各零部件之間的組成關系，下面通過設計，我們要解決以下問題，從而更進一步掌握該產品的詳細設計要求。

1、本產品適用于煤炭、食品和化工等多種行業的粉狀、顆粒狀物料的除鐵。不同物料，比如說小麥、咖啡等上面含有的鐵雜質是不同的，處理鐵雜質的難易度也不同，主要在于磁鋼的性能，下面通過對磁鋼的類型和工藝的了解，選用合適的磁鋼，從而適合不同情況下的除鐵要求。

2、該產品最突出的功能部分就是通過電機減速器帶動磁轉子實現物料的除鐵過程，電機的型號和規格直接影響到產品的功能性，如何選用是關鍵。

（一）磁學方面的設計

磁學方面的設計主要是磁鋼（永磁材料）的選用方面，永磁材料有鑄造永磁材料、鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料和其他永磁材料等四大類。鑄造永磁材料的居里溫度高，溫度穩定性好，磁感溫度系數低，但含有較多的戰略金屬鈷和鎳；鐵氧體永磁材料的主要特點是原材料資源豐富，價格低，但磁性能不高；Sm-Co系永磁材料居里溫度高，溫度穩定性好，但含有較高金屬Co和Sm，Sm在稀土礦中含量較少，且價格高，其中NdFeB系永磁材料磁性能高，不含戰略金屬鈷和鎳，相對價格較低。

我們公司的產品主要用NdFeB系永磁材料作為磁鋼，具體根據其技術磁參量來選用合適的類型，如N35、N40、N45等磁鋼類型。

永磁材料的主要技術磁參量可分為：

● 飽和磁化強度

要求飽和磁化強度越高越好，它決定于組成材料的磁性原子數、原子磁矩和溫度。

● 居里溫度

強鐵磁體由鐵磁性或亞鐵磁性轉變為順磁性的臨界溫度稱為居里溫度，居里溫度高的材料的工作溫度可提高，也可利于提高磁性材料的溫度穩定性。

● 各向異性場

當沿單晶體難磁化場足夠大才能使其磁化到飽和。沿難磁化軸使鐵磁體磁化到飽和所需要的磁化場稱為各向異性場。

● 剩磁

鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場后，在磁化方向保留的剩余磁化強度或剩余磁感應強度稱為剩磁。

● 矯頑力

鐵磁體磁化到飽和以后，使它的磁化強度或磁感應強度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力，分別記作內稟矯頑力和磁感矯頑力。提高矯頑力不僅可提高其抗退磁能力，還可提高其溫度穩定性，降低磁通不可逆損失和矯頑力溫度系數。

● 磁能積

磁能積越大，在氣隙中產生的磁場也會越大，因此要求其越大越好。

（二）電動機的選用

電動機選擇的一般原則

①選擇電動機應滿足生產機械所提出的各種機械特性要求。如速度、速度的穩定性、速度的調節以及啟動、制動時間等。

②選擇電動機的功率能被充分利用，防止出現“大馬拉小車”的現象。通過計算確定出合適的電動機功率，使設備需求的功率與被選電動機的功率相接近。

③綜合考慮電動機的極數和電壓等級，使電動機在高效率、低損耗狀態下可靠運行。

電動機選擇的主要步驟

1）根據電源的情況，選擇電動機額定電壓。

2）根據生產機械所要求的轉速以及傳動設備的情況，選擇電動機額定轉速。

3）根據生產機械所需要的功率和電動機的運行方式，決定電動機的額定功率。

4）綜合以上因素，根據制造廠的產品目錄，選定一臺合適的電動機。

（1）電動機額定電壓的選擇

電動機額定電壓選擇的原則應與供電電網或電源電壓一致。

一般工廠企業低壓電網為380V。中小型異步電動機都是低壓的，額定電壓為380/220V（Y/△接法），或220/380V（△/Y接法）及380/660 V（△/Y接法）三種。

高壓電動機，額定電壓為3000V、6000V甚至達10000V。

一般情況下，電動機額定功率<100kW，選用380V；<200kW，選用380V或3000V；≥200kW，選用6000V；>1000kW，選用10kV。

直流電動機的額定電壓一般為110V、220V、440V，大功率電動機可提高到600V、800V、甚至1000V。

（2）電動機額定轉速的選擇

1）對于啟動、制動或反轉很少，不需要調速的連續工作制的電動機，可選擇相應額定轉速的電動機，從而省去減速傳動機構。

2）對于經常啟動、制動和反轉的生產機械，選擇額定轉速時則應主要考慮縮短啟、制動時間以提高生產效率。啟、制動時間的長、短主要取決于電動機的飛輪矩和額定轉速，應選擇較小的飛輪矩和額定轉速。

3）對于調速性能要求不高的生產機械，可選用多速電動機或者選擇額定轉速稍高于生產機械的電動機配以減速機構，也可以采用電氣調速的電動機拖動系統。在可能的情況下，應優先選用電氣調速方案。

4）對于調速性能要求較高的生產機械，應使電動機的最高轉速與生產機械的最高轉速相適應，直接采用電氣調速。

（3）電動機額定功率的選擇

電動機額定功率（容量）的選擇步驟是：

第一步：計算負載功率PL；

第二步：根據預選電動機的額定功率PN；

第三步：進行發熱、過載能力和啟動能力校驗，直至合適為止。

三、結束語（產品評估）

上面是對整個產品的設計，現在做一下總結，旋轉電機除鐵器有以下特點：

● 性能和結構：

產品的磁轉子在電動機的帶動下旋轉，能將自由落下的粉體起到攪拌的作用，使粉體中的鐵雜質被磁組件充分接觸和被吸附，起到充分除鐵效果。

● 產品先進性（同國內、外類型相比）

1. 磁棒在減速器的帶動下旋轉，以達到過濾物充分過濾

2. 整體的結構有防止粉塵的作用

3. 磁組件的工作具有可觀測性

● 市場調查與預測：

在化工及粉件領域應用廣泛，特別是一些濕的粉體磁過濾上效果較好。

【參考文獻】

[1] 王以真編著.實用磁路設計（第2版）. 王以真編著.北京國防工業出版社，2008.9

[2] 趙克中編著.磁力驅動技術與設備.北京化學工業出版社，2003.12

[3] 周壽增、董清飛編著.超強永磁體（第2版）：稀土鐵系永磁材料.北京冶金工業出版社，2004.2

[4] 王成元、夏加寬、孫宜標編著.現代電機控制技術.機械工業出版社，2009.1