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走進(jìn)中實中實洛陽機(jī)械工程科技有限公司（原中實洛陽工程塑料有限公司）于2017年11月01日更名成立，注冊資金5000萬元。專門從事摩擦襯墊的研制、開發(fā)和生產(chǎn)，以及礦山設(shè)備、配件的生產(chǎn)。
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產(chǎn)品中心提升機(jī)配件：摩擦襯墊、天輪導(dǎo)向輪襯墊、猴車襯墊、天輪襯墊、滾筒襯板、過渡塊、無石棉閘瓦、壓塊、固定塊、超高分聚乙烯板、電纜掛鉤、導(dǎo)繩板、滾筒襯塊等。
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技術(shù)實力是中國礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械摩擦材料科研基地、教學(xué)實習(xí)基地，是河南科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地，是中國重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會會員單位，是摩擦襯墊、塑料襯板等五項產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者。
直聯(lián)提升機(jī)電動機(jī)氣隙不均問題及調(diào)整方法
發(fā)布時間：
2024-07-31
來源：
礦井提升機(jī)是礦山的重要設(shè)備，承擔(dān)著礦物的提升、人員的上下、材料和設(shè)備的運(yùn)送任務(wù)。隨著礦山生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)水平的發(fā)展，礦井提升設(shè)備的能力加大，大型化設(shè)備數(shù)量增多，大型提升機(jī)特別是大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)的需求比例大增。直聯(lián)提升機(jī)的主軸與電動機(jī)轉(zhuǎn)子錐套過盈配合連接，電動機(jī)為提升機(jī)的動力機(jī)構(gòu)，其正常運(yùn)行與否，直接關(guān)系到提升機(jī)的正常運(yùn)行。一旦電動機(jī)發(fā)生故障，不僅會降低工作效率，甚至可能造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。
1 直聯(lián)提升機(jī)結(jié)構(gòu)及不平衡磁拉力
1.1 大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)結(jié)構(gòu)
大型直聯(lián)摩擦式提升機(jī)主要由主軸、摩擦輪、滾動軸承、軸承座、軸承蓋、電動機(jī)等部件組成，如圖1 所示。其中，提升機(jī)主軸與電動機(jī)轉(zhuǎn)子的錐套過盈配合連接，主軸和電動機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體。電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的空隙為電動機(jī)氣隙，氣隙的調(diào)整也是電動機(jī)安裝的重要環(huán)節(jié)。
圖1 大型直聯(lián)式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)
1.軸承及軸承座；2.摩擦輪；3.主軸；4.電動機(jī)。
1.2 不平衡磁拉力的影響
理論上，提升機(jī)電動機(jī)磁場絕對均勻時，轉(zhuǎn)子徑向各點所受的磁拉力是均勻的，其合力為零。但由于生產(chǎn)過程、現(xiàn)場安裝調(diào)整及測量誤差等都會導(dǎo)致偏心，偏心必然會導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻，從而產(chǎn)生不平衡磁拉力。
根據(jù)經(jīng)驗及其安裝和運(yùn)行要求，氣隙不均值不能大于電動機(jī)氣隙值的 10%。一旦氣隙值不滿足該要求，就會導(dǎo)致提升機(jī)在氣隙小的方向上產(chǎn)生不平衡磁拉力，把提升機(jī)主軸和電動機(jī)轉(zhuǎn)子拉向磁拉力大的一側(cè)。該不平衡磁拉力，不僅會加速軸承的損壞，也會引起提升機(jī)的振動和噪聲，造成提升機(jī)閘盤偏擺超差和電動機(jī)發(fā)熱量增大。該不良影響發(fā)展到一定程度時，會引起定子、轉(zhuǎn)子相摩擦，發(fā)生電動機(jī)“掃膛”事故，甚至燒毀電動機(jī)。
2 氣隙不均與不平衡磁拉力
2.1 研究現(xiàn)狀
劉志珍等人對異步電動機(jī)不平衡磁拉力計算的幾種公式進(jìn)行了推導(dǎo)，并引入經(jīng)驗系數(shù) β，提出了一種新的不平衡磁拉力計算公式，通過計算實例與其他方法對比，證明了所得公式的正確性。Faiz 等人利用有限元方法分析了感應(yīng)電動機(jī)在動態(tài)偏心和靜態(tài)偏心的磁場特性，發(fā)現(xiàn)主齒諧波變頻帶可以有效預(yù)測轉(zhuǎn)子偏心及偏心類型。Pillai 等人建立了考慮不同轉(zhuǎn)子位置的不平衡磁拉力表達(dá)式，提出了一種解析公式并與二維有限元分析方法作對比，驗證了方法的合理性。黃彪對不平衡磁拉力進(jìn)行了計算，并利用 Maxwell 軟件對不平衡磁拉力進(jìn)行求解分析，并給出了減小不平衡磁拉力的解決措施。黨文娟研究了不平衡磁拉力與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的理論計算，給出了非線性解析表達(dá)式。電動機(jī)在運(yùn)行中引起不平衡磁拉力的原因較多，產(chǎn)生不平衡磁拉力的機(jī)理也非常復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，不平衡磁拉力與轉(zhuǎn)子偏心有密切的非線性關(guān)系。雖然現(xiàn)階段已經(jīng)有很多學(xué)者給出了不平衡磁拉力的非線性解析表達(dá)式，但因采用的假設(shè)和簡化方法各不相同，得到的磁拉力表達(dá)式也不盡相同，各個表達(dá)式具有不同的適用環(huán)境。
電動機(jī)單邊磁拉力是指因電動機(jī)磁場的不均勻分布而產(chǎn)生的力。國內(nèi)傳統(tǒng)設(shè)計中，單邊磁拉力的計算一直沿用文獻(xiàn) [9]和 [14]中的公式。單邊磁拉力
式中：F0 為單邊磁拉力，N；D 為轉(zhuǎn)子外徑，cm；L為磁場作用長度，即指磁場作用的長度范圍，cm；g為電動機(jī)氣隙值，cm；Bg 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，即單位面積上磁通量的大小，Gs；e0 為偏心量，cm。
現(xiàn)在，電動機(jī)廠計算低速電動機(jī)初始單邊磁拉力時，一般根據(jù)經(jīng)驗，按電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙偏差為 10% 進(jìn)行計算。則上式中
式(1) 可簡化為
2.2 氣隙的安裝調(diào)整
現(xiàn)場安裝提升機(jī)時，一般先安裝提升機(jī)主軸裝置，之后再安裝電動機(jī)。安裝電動機(jī)時，先將電動機(jī)轉(zhuǎn)子安裝到提升機(jī)主軸上，再將定子安裝就位。安裝定子時，應(yīng)按廠家提供的圖紙資料中規(guī)定的要求，調(diào)整轉(zhuǎn)子與定子間隙。
因為提升機(jī)主軸機(jī)械自重及電動機(jī)轉(zhuǎn)子自重會對提升機(jī)主軸產(chǎn)生一定的撓度，但這兩部分自重產(chǎn)生的撓度在電動機(jī)安裝時就已經(jīng)存在；而定子氣隙已按當(dāng)時轉(zhuǎn)子位置為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，不會對定轉(zhuǎn)子之間的氣隙產(chǎn)生附加影響。
一般提升機(jī)在電動機(jī)安裝調(diào)整后、正式運(yùn)行前，才懸掛鋼絲繩。提升鋼絲繩繩重、容器重及載荷重這三部分載荷，均通過鋼絲繩作用在提升機(jī)摩擦輪上，這些統(tǒng)稱為鋼絲繩張力。鋼絲繩張力會在提升機(jī)主軸的電動機(jī)端產(chǎn)生撓度，且張力會影響提升電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙；因此，在電動機(jī)安裝及調(diào)整氣隙時，需要在鋼絲繩張力產(chǎn)生撓度的方向，即與鋼絲繩出繩方向相反的方向上預(yù)留氣隙。井塔式提升機(jī)和落地式提升機(jī)鋼絲繩張力作用在提升機(jī)上的方向不同，預(yù)留氣隙的方向也不同，如圖2、3 所示。在提升機(jī)掛繩后再次測量電動機(jī)氣隙，如果氣隙值不滿足要求，則需再次調(diào)整，直到氣隙合格為止。
圖2 鋼絲繩張力引起的氣隙變化
圖3 兩類型提升機(jī)的預(yù)留氣隙
3 提升機(jī)氣隙不均的案例分析
以某現(xiàn)場為例，該設(shè)備為 JKMD-4×4ZⅢ 型多繩摩擦式提升機(jī)，鋼絲繩直徑為 φ 42 m m，提升速度為 8.8 m/s；電動機(jī)為直流電動機(jī)，型號為ZKTD250/75，功率為 1 800 kW，轉(zhuǎn)速為 42 r/min。
3.1 氣隙不均問題概述
在檢修時，用戶發(fā)現(xiàn)該電動機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間存在氣隙不勻現(xiàn)象，問題出現(xiàn)已有一年多。用戶擔(dān)心該問題繼續(xù)發(fā)展會影響到提升機(jī)正常運(yùn)行。我公司技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場后，觀察到該提升機(jī)轉(zhuǎn)子在勵磁通電和勵磁退電時存在較為明顯的氣隙變化，目測變化量為 2～ 3 mm，如圖4 所示。電動機(jī)在啟動后平穩(wěn)運(yùn)行中，氣隙無明顯的變化。技術(shù)人員初步懷疑電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的松動或位移導(dǎo)致氣隙變化，也有可能在初次安裝時氣隙未調(diào)整均勻。
圖4 勵磁通電前后氣隙的變化
3.2 測量氣隙與查找問題
3.2.1 測量氣隙與排查原因
拆除電動機(jī)外保護(hù)罩，用塞尺檢查電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙。使用長塞尺，在定轉(zhuǎn)子圓周上均勻間隔測量氣隙，且要求內(nèi)外兩側(cè)均使用塞尺測量并記錄。結(jié)果表明，氣隙存在不均，氣隙最大為 10.3 mm，最小為 4.4 mm；定轉(zhuǎn)子之間氣隙的變化方向，與因氣隙變小勵磁產(chǎn)生移動的方向大概一致。
檢查以下事項并查找問題：檢查電動機(jī)與基礎(chǔ)底座的連接螺栓是否松動，電動機(jī)磁極與電動機(jī)定子殼體連接是否松動，提升機(jī)各個部位連接螺栓及楔鐵是否松動。對上述問題逐一檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題，排除提升機(jī)在運(yùn)行過程中，因定子松動產(chǎn)生位移而造成的氣隙變化。
3.2.2 使用百分表測量位移
提升機(jī)電動機(jī)在勵磁通電時，存在肉眼可見的轉(zhuǎn)子位移，需要采用百分表測量轉(zhuǎn)子位移量。同時，在電動機(jī)與提升機(jī)之間主軸架設(shè)百分表，觀察主軸是否發(fā)生位移及位移量；在電動機(jī)轉(zhuǎn)子尾部已觀察到位移最大的方位上，以及在主軸軸承和電動機(jī)之間，架設(shè)百分表，方位與電動機(jī)轉(zhuǎn)子尾部百分表相同；在電動機(jī)定子也架設(shè)百分表。百分表安裝調(diào)整好后，進(jìn)行勵磁通電。當(dāng)電動機(jī)勵磁通電時，記錄各百分表數(shù)據(jù)如下：主軸軸承與電動機(jī)之間產(chǎn)生 0.12 mm 位移，轉(zhuǎn)子尾部產(chǎn)生 4 mm 位移，且兩位移方向一致；電動機(jī)定子未發(fā)生位移。
4 原因分析及調(diào)整方法
4.1 原因分析
初步判斷氣隙不均的原因為在安裝提升機(jī)時氣隙未按要求調(diào)整。電動機(jī)因氣隙嚴(yán)重不均產(chǎn)生的不平衡磁拉力過大，造成提升機(jī)主軸“吃掉”軸承游隙，導(dǎo)致主軸及轉(zhuǎn)子端部經(jīng)杠桿原理放大產(chǎn)生較大位移；因此，需要調(diào)整定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙。經(jīng)查閱資料，該電動機(jī)氣隙值為 7 mm，要求氣隙偏差不大于氣隙值的 10%，即為 0.7 mm。調(diào)整后，應(yīng)保證其氣隙偏差不超過 0.7 mm。
4.2 調(diào)整方法
因電動機(jī)轉(zhuǎn)子與提升機(jī)主軸共軸，經(jīng)檢查提升機(jī)的安裝符合要求，因此不能調(diào)整提升機(jī)來調(diào)勻氣隙，電動機(jī)定子通過 6 根螺栓與電動機(jī)底座連接，可以通過調(diào)整定子位置來達(dá)到調(diào)勻氣隙的目的。定子位置調(diào)整流程如下：
(1) 劃線標(biāo)記電動機(jī)定子現(xiàn)位置，記為原始位置；
(2) 將定子向氣隙小的方向 (出繩方向) 移動約 3 mm；
(3) 拆除定子與底座間的定位銷，松開定子與底座間的螺栓；
(4) 利用天車將電動機(jī)定子稍稍吊起，采用千斤頂配合，將電動機(jī)頂向氣隙小的一方約 3 mm；
(5) 利用塞尺測量氣隙，根據(jù)測量值再次調(diào)整，直到氣隙滿足要求為止；
(6) 氣隙調(diào)整均勻后，將螺栓按要求擰緊力矩緊固；
(7) 氣隙驗證。調(diào)整后，最終最小氣隙為 6.6 mm，最大氣隙為 7.4 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)氣隙的要求。再次同時在提升機(jī)主軸軸承與電動機(jī)間、提升機(jī)轉(zhuǎn)子電動機(jī)尾部、電動機(jī)轉(zhuǎn)子架設(shè)百分表，進(jìn)行勵磁通電，記錄百分表數(shù)據(jù)如下：主軸傳動軸承端產(chǎn)生 0 mm 位移，轉(zhuǎn)子尾部產(chǎn)生 0.16 mm 位移，電動機(jī)定子未發(fā)生變動。這說明調(diào)整方法正確有效。
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