马达保护器（共7篇）
马达保护器 篇1
0 引言
综合型智能马达控制器是一款在低压配电系统中应用广泛的低压电动机保护装置。产品与接触器、软起动器、塑壳断路器配合为低压交流电动机回路提供了一整套集控制、保护、监测和总线通信于一体的专业化的解决方案,取代了热继电器、热保护器、漏电保护器、欠电压保护器等多种分列保护器,取消了时间继电器、中间继电器、辅助继电器、电流互感器CT、仪表、控制和选择开关、指示灯、可编程控制器、变送器多种附加元件,是智能化低压马达控制中心MCC的理想选择。近年来在电力、石化、轻工、煤炭、纸业、钢铁等多行业得到了广泛的应用。然而,由于其设计、制造等因素,当被保护电动机的一次电流大于250 A时,需要采用外部保护级电流互感器,保护精度5P10。这就造成在现场的实际安装调试过程中,由于安装人员的疏忽导致外部保护电流互感器用错精度等级的情况,下面要介绍的就是针对一起因马达控制器保护CT配置问题导致电机烧毁的事故[1,2,3,4,5]。
1 事故简介
2009年6月6日14时,#1、#2、#3、#4机组正常运行,#4机组浆液密度升高,进行排浆脱石膏操作。14时03分43秒,启动脱硫#1真空泵过程中发现,电机电流大(336 A)且有波动现象,14时05分,火灾报警盘发“脱硫楼火灾报警信号”,就地检查#1真空泵,发现真空泵电机及开关处有浓烟冒出。立即对#1真空泵电机以及开关进行灭火工作,并通知消防人员,14时20分,着火处熄灭。
事故发生后检查,真空泵电机电源开关在“跳闸”位,检查空气开关断口绝缘电阻(A相78 MΩ,B相198 000 MΩ,C相202 000 MΩ),电机电缆绝缘为零。
真空泵电机开关接触器烧毁,接触器处二次电缆及马达控制器外部保护CT烧毁。电机解体后发现线圈及接线盒出线电缆烧毁。现场故障后设备损坏情况如图1所示。
2 原因分析
2.1 事故根本原因
#1真空泵存在堵转现象,启动过程中造成真空泵电机(额定电流284 A)启动电流大(根据6 kV电源进线电流变化情况,换算至380 V侧电流1 300 A左右,相当于5倍额定电流),维持时间155 s,由于电机电流超过额定值且电机堵转,冷却效果降低,造成电机线圈温度及电机接线盒处电缆接头迅速升高,绝缘降低,电机内部短路,又由于电机接线盒出线处电缆与接线盒直接接触,绝缘存在薄弱点,进而造成接线盒处电缆相间短路,电流急剧上升,引起电机及接线盒着火,此时短路电流已超过接触器最大分断电流(900%Ie=2 556 A),造成接触器烧毁,电源开关跳闸。
2.2 具体原因分析
2.2.1 设备参数
1)真空泵电机参数如表1所示。
2)真空泵电机保护配置见表2、表3、表4。表3马达控制器保护配置表
注:表中1)表示长延时过流保护整定值按照0.8倍接地电流整定;2)表示瞬时过流保护整定值按照9倍长延时电流整定;3)表示接地保护整定值按照0.9倍断路器额定电流(630 A)整定。
2.2.2 正常情况下动作分析
1)当电机发生堵转,继而引发的短路故障情况下,动作过程如下:
(1)当故障电流小于200%Ie时,马达控制器不动作;(2)当900%Ie大于故障电流大于200%Ie时,马达控制器堵转保护延时15 s动作跳闸断开接触器,切断故障电流。如果在15 s之内,电流下降至200%Ie以下,马达控制器不动作;(3)当故障电流大于900%Ie时,由于此时故障电流已超过接触器的最大分断能力,马达控制器堵转保护不跳闸只报警,直到电流跌落后再分断;(4)当故障电流大于Isd时,由于此时电流已远超过900%Ie,接触器不动作,由空气开关瞬时过流保护动作,切断故障。
上述内容中,Ie为电机的额定电流284 A;200%Ie为电机堵转保护动作值568 A;900%Ie为接触器最大分断电流值2 556 A;Ir为长延时过流保护整定电流值400 A;Is d为瞬时过流保护整定电流值9Ir=3 600 A。
2)故障短路电流计算如下:
脱硫公用变压器的参数为:Se=630 k VA、Ue=6.3/0.4 kV、Uk%=6%;#1真空泵电缆参数为:2根ZRVV-1、3×150 mm2、长度为70 m。
经计算:脱硫380 V公用段母线短路三相短路时,短路电流为15.13 k A;脱硫380 V公用段母线短路两相短路时,短路电流为13.10 kA;#1真空泵电缆末端发生三相短路时,短路电流为10.57 kA;#1真空泵电缆末端发生两相短路时,短路电流为9.15 kA;#1真空泵电缆末端发生单相接地短路时,短路电流为3.52 k A。
2.2.3 马达控制器未动作原因
1)根本原因
由开关故障时的录波电流分析,显示故障电流336 A,但根据6 kV电源进线电流变化情况,换算至380 V侧电流1 300 A左右,相当于5倍额定电流。事后分析,出现此现象的原因为马达控制器外配CT饱和,并且通过试验对其进行了验证。按照原厂家说明书要求当马达控制器保护的电动机一次电流大于250 A时采用外部保护级电流互感器CT40,保护精度为5P10,而现场安装的电流互感器为CT40 400/5 A,保护精度为0.5级,不能达到保护的目的,不满足保护配置要求。因此,当一次侧出现短路电流或大电流极易造成CT饱和。
2)具体原因
(1)马达控制器电机堵转保护不动作原因:动作电流为200%电机额定电流,即568 A,且当故障电流大于设定的最大分断电流(900%Ie=2 556 A)时,堵转保护不跳闸只报警,直到电流跌落后再分断。由于经过故障电流后CT饱和,反馈至马达控制器的电流只有336 A,小于马达控制器堵转保护动作值(200%Ie=586 A),因此堵转保护不动作。(2)马达控制器过载保护不动作原因:马达控制器K系数选择为600,由表4分析可知,由于CT饱和反馈至马达控制器的实际电流为额定电流的1.2倍,因此,动作时限为60 min。(3)马达控制器接地保护不动作原因:由于电机电流大,造成电机线圈匝间绝缘损坏,未形成接地故障,因此,接地保护不动作。
2.2.4 空气开关动作分析
1)空气开关动作方式有两种,分别为:分励线圈MX脱扣;脱扣器STR43ME保护动作脱扣。
2)分励线圈未脱扣原因:由于分励线圈动作指令取自马达控制器输出,由于故障发生时,马达控制器外部保护CT饱和,故障电流只有336 A,因此,马达控制器未发出跳闸指令,空气开关不跳闸。
3)空气开关长延时过流保护不动作原因:长延时动作电流为0.8倍额定电流400 A,当故障电流大于Ir时,由于电机采用直接起动方式,起动电流为(5～7)Ie,长延时保护要考虑躲避起动电流,因此,长延时过流保护动作时间要远大于电机的起动时间15 s;而故障时的实际电流1 300 A,虽然达到动作值,但长延时保护要考虑躲避起动电流,因此空气开关长延时过流保护不动作。
4)空气开关最终动作原因:真空泵电机承受堵转电流1 300 A,维持时间155 s,电机电流远超过额定值且电机堵转,冷却效果降低,造成电机线圈温度及电机接线盒处电缆接头迅速升高,绝缘降低,电机内部短路,又由于电机接线盒出线处电缆与接线盒直接接触,绝缘存在薄弱点,进而造成接线盒处电缆相间短路,电流急剧上升,引起电机及接线盒着火,此时短路电流超过断路器瞬时过流保护电流Isd=3 600 A,电源开关跳闸。
2.2.5 接触器烧毁原因
电机经过155 s的堵转电流以后,形成相间短路,短路电流已远远超过接触器最大分断电流(900%Ie=2 556 A),因此,造成接触器烧毁。
3 防范措施
综上分析,为保证设备的安全可靠运行,应从以下几个方面采取防范措施:
(1)将马达控制器外部保护配置电流互感器更换为保护精度为5P10级,并排查其他同类马达控制器保护配置CT,对不满足保护要求的予以更换,以消除由此带来的隐患;
(2)结合电机工况,核对保护定值,并研究断路器及马达控制器的保护配合是否合理,完善保护定值;
(3)加强启动前、启动过程中检查,并监视启动后设备的运行参数,发现参数异常,及时停运,防止事故发生及扩大。
4 结语
马达控制器作为一种在低压配电系统中应用广泛的低压电动机保护装置,比以往热继电器、热保护器、漏电保护器、欠电压保护器等多种保护器配合使用方式具有很大的优势,但在应用过程中,应注意其自身电流互感器以及外置电流互感器的等级,防止由于等级配置不合理而引发事故。
参考文献
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[5]叶伯颖.保护用电流互感器准确级选择的探讨[J].高电压技术,2004(3):67-68.
马达保护器 篇2
江铜瓮福化工有限公司成立于2005年, 年产硫酸40万吨, 铁精矿20万吨, 发电9 000万度, 是江西铜业集团“十一五”期间建设的重点项目, 工程总投资3亿元。主要工艺设备全部实现自动化, 人员投入比较少, 符合现代化生产要求, 工艺工程控制精确、无误, 实现了无污染, 绿色生产。工厂有五台变压器, 五个低压配电室, 总用电负荷8 000kW, 高低压电机200余台。2/3以上电机使用丹东华通公司PDM-810MRL智能型马达保护控制器。具有短路保护、堵转保护、定时限过负荷保护、反时限过负荷保护、缺相或不平衡保护、接地保护/漏电保护、欠压和过压保护、外部过热等多种完善的保护功能;具有电流测量及显示功能, 同时具有故障原因指示功能;具有各种直接起动、可逆起动、星角起动等多种方式的起停控制、操作及电动机运行状态指示功能, 可以大大简化抽屉内接线, PDM-810MRL具有1个标准RS-485通讯接口, MODBUS RTU通讯协议, 通过其现场总线, 可以实现远方遥控起停电动机操作、电动机额定工作参数、CT变比, 各种保护动作的定值及时限的整定等。具有强大的事件记录功能, 记录最近的8次保护跳闸事件, 包括保护动作原因及发生时间, 便于分析事故原因。PDM-810MRL具有独立的保护动作信号继电器输出接口, 同时还具有标准的DC4-20mA模拟量可编程输出接口, 为DCS或PLC系统对现场设备监控提供了极大的便利。
2 智能型马达保护控制器组网
PDM-810MRL采用MODBUS RTU通讯协议, 每台设备以总线方式接入2000R+通讯控制器下行通讯采集口, 2000R+通讯控制器有两个下行通讯采集口, 每个通讯口可以采集32台丹东华通PDM仪表, 2000R+通讯控制器对所据采集的数据进行自动归纳、整理和计算, 并根据程序要求按顺序排列。考虑到各个配电室距离之间比较分散, 采用485通讯信号会衰减, 再加上现场设备的电磁干扰, 很难保证通讯的实时性、准确性。我们在配电室到中控室之间采用光纤传输, 传输速度快, 抗干扰强, 光纤比普通电缆的使用寿命长, 在腐蚀性强的化工厂更应该使用。2000R+通讯控制器有两个上行通讯口, 我们将一路送往电力监控系统ECS, 一路送往工艺控制系统DCS, 2000R+通讯控制器采集的PDM-810MRL数据可以直接接入DCS系统, 利用DCS系统硬件设备, 可以在DCS系统上将电机电流值, 开停信号组态在监控画面上, 还可设置遥控开、停电机按钮, 这样会很方便操作员操作, 也可以减少一些安全事故的发生。电力监控系统ECS, 需要多串口卡将多个串口数据转换为以太网形式接入服务器。
3 智能型马达保护控制器安装、调试
马达保护控制器接入三相电流互感器二次信号, 三相电流互感器二次额定值应与马达保护控制器额定电流采样值一致。马达保护控制器具有三相交流电压输入, 可实现相关保护及电压、功率等信号的测量, 同时可实现电能计量、失压重起动等功能, 380V/660V电压输入可采用三相电压直接输入, 无须电压互感器转换, 接线方式为三相三线制或三相四线制直接接入。三相交流电压应取自电动机主回路中断路器的下方, 一旦塑壳断路器合闸时出现故障, 马达保护控制器立即保护跳闸。电动机现场操作箱上安装启动、停止开关和指示灯, DCS启动、停止开关与现场操作箱启动、停止开关并联。启动信号接入DI1、DI2, 停止、复位信号接入DI3.为防止误操作, 可以在现场操作箱上设置转换开关, 操作员来选择机旁还是远方控制。远方控制可以在人无法接近设备时, 在电脑上直接停止设备, 可以防止人员受到伤害, 在紧急情况下可以迅速停止设备, 避免事故的发生。一般我们采取现场启动设备, 启动后将转换开关打到远方, 停车时DCS远方停止设备。在胶带输送机上有防滑装置、拉绳开关、跑偏开关, 将这些信号接入并联接入DI7外部故障端子, 当防滑装置、拉绳开关、跑偏开关动作后, 马达保护器DI7外部故障端子闭合, 控制输出端子Q1、Q2断开, 报警输出动作, 经过人工复位后才能启动设备。马达保护器为我们设计了直接启动方式、星---三角启动方式、自耦变压器启动方式, 正反装控制, 双速电机控制, 将接触器和电机接入, 在马达保护器Q1、Q2、Q3上接入接触器线圈, 就能实现以上方式的运行。在启动过程中短路、接地保护投入, 其它保护退出, 启动完成后所有保护投入。
安装好设备后, 我们拆下接触器下端的电动机, 在现场控制箱上按下启动按钮, 马达保护器控制输出Q1、Q2闭合, 接触器得电吸合, 在到达启动时间后, 控制输出Q1、Q2断开, 接触器释放, 马达保护控制器显示启动欠电流保护报警, 马达保护控制器断电后报警消失, 此报警是因为我们试车时没有接入电动机造成的。电动机空负荷试车, 出现了某一相电流不定时的出现很大的一个电流值, 从而使马达保护控制器给电动机一个缺相不平衡的保护信号, 导致电动机不能正常运行, 经检查小电流回路电流互感器全部为100/1A, 远超过电机额定电流, 我们采用电动机电缆在电流互感器内绕五圈, 在马达保护控制器期内把变比缩小5倍, 从而增大马达保护控制器的采样电流, 改造后小电流回路能正常运行, 且马达保护控制器电流显示更准确稳定。
4 马达保护器使用效果和故障分析
在工厂试生产过程中, 出现过电动机过负荷、堵转, 胶带输送机打滑、跑偏, 马达保护控制器都及时停机保护, 提示工程师对设备检查、保养, 没有出现过电机绕组烧坏, 为工厂正常生产提供了保证。操作员能在控制室操作设备开停, 监控设备, 减轻了工人劳动强度。有故障会发出报警声音, 提醒大家注意。马达保护器在使用中, 遇到雷暴天气电网系统电压波动时, 容易造成内部芯片损坏, 马达保护器控制输出端子Q1、Q2接在接触器线圈上, 在接触器释放时, 会有电压升高现象, 容易损坏马达保护控制器器Q1、Q2输出继电器。针对以上问题我们进行了改造, 在低压进线上增加了浪涌抑制器, 使电网过电压时能量释放到大地, 保护配电设备;我们在马达保护控制器Q1、Q2输出继电器上接入中间继电器, 中间继电器去控制接触器吸合、释放, 中间继电器电感小, 在释放时马达保护控制器Q1、Q2输出继电器无伤害, 且更换容易, 价格便宜。
参考文献
[1]低压电动机保护器行业标准JB/T10736-2007.
马达保护器 篇3
关键词：液压传动,泵,扭矩,差动马达
0 引言
近年来, 液压行业对液压泵的流量和压力、马达的转矩和转速, 以及噪声、效率、寿命、抗冲击性、比功率、控制方式等各方面性能的要求越来越高。液压传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、摩擦磨损技术及新工艺、新材料等而取得了新的发展, 使液压系统和元件的技术水平有很大提高[1]。同时, 随着对节能、环保要求的提高, 新型传动介质如纯水和生物可降解液压油的研究也逐渐深入[2]。而在泵和马达基本结构的创新上进行深入研究的人员较少[3]。
目前, 广泛应用在各种机械行业中的马达是单马达 (一个壳体内一个转子对应一个定子形成的一个马达) [4,5], 这种马达在实际应用中存在一定的不足, 如当实际工况需要马达有多个定扭矩时, 现有的定量马达不能做到这一点。开发新型结构的液压元件是解决实际需求的有效途径之一。
1 双定子多泵/多马达的结构和工作原理
以双作用双滚柱连杆型多泵/多马达 (图1) 为例说明双定子泵 (马达) 的结构和工作原理。这种新型结构既可以作为泵使用, 又可以作为马达使用, 为简化说明, 这里假定作为马达使用。
(a) 原理简图 (b) 实物图 1.外滚柱 2.连杆 3.内滚柱 4.外泵变化容积 5.内泵变化容积 6.外定子 7.转子 8.内定子
这种双定子马达的基本结构是:在一个壳体内设计了一个转子7、两个定子 (外定子6和内定子8) , 转子7与外定子6、滚柱滑块组 (外滚柱1、滑块2和内滚柱3) 、配流装置、侧板组成两个外马达;转子7与内定子8、滚柱滑块组 (外滚柱1、滑块2和内滚柱3) 、配流装置、侧板组成两个内马达。它与同作用数、同体积的中低压单定子马达相比, 在一个壳体内多出两个吸油区、两个压油区, 从而大大提高了马达的排量。同时, 内外马达相互独立, 可分别单独工作。马达工作时各运动副处于完全润滑状态, 其内外滚柱和内外定子以及连杆之间是滚动摩擦, 提高了马达的机械效率和使用寿命。同时, 内定子8的外侧曲线与外定子6的内侧曲线为相似曲线, 且两曲线之间距离为等宽。滚柱1、3相对于定子曲线没有相对运动, 因此, 无需回程弹簧等零部件。两个内马达进高压油的区域径向相对分布, 出低压油的区域也径向相对分布。同理, 外马达两个出低压油和两个进高压油的区域也分别相对分布, 因此双作用双定子马达实现了径向力平衡[6]。
作为泵使用时, 在泵体上共有四个吸油口、四个出油口, 它们可以单独输出, 也可以组合输出, 且输出的流量成比例[6,7], 可实现一个泵驱动一个液压系统中多个相同或不同流量的执行元件同步运动[3]。
双滚柱连杆结构可设计成滑块型、单滚柱型、双滚柱型和同心圆叶片型等其他结构形式。这种双定子结构可制成等宽曲线双定子泵 (马达) 、双转子马达、力偶泵 (马达) 、轴向滑块双定子泵 (马达) 、异型柱塞泵 (马达) 、双定子凸轮转子泵 (马达) 等多种新型的泵或马达。当改变内外定子的曲线形状时, 可形成单作用、双作用、三作用、四作用甚至多作用等不同作用数类型的马达 (泵) [7,8,9]。
2 双定子泵和马达传动及职能符号的定义
2.1 多泵多马达传动的定义
通过以上分析可知, 双定子结构作为泵使用时, 在一个壳体内实现了多个泵的功能。对于这种双定子多泵结构来说, 不管要实现几个泵的功能, 只要在壳体中根据设计要求设计好一个转子 (一个定子) 对应两个定子 (两个转子) 的结构即可满足要求。形成的多泵, 本文定义为一体多泵。作为马达使用时, 在一个壳体内可实现多个马达的功能, 可以有多个不同输入, 可形成多速马达和差动马达, 类似地, 本文将之定义为一体多马达。
将这种多泵、多马达组合所形成的新型液压传动系统定义为多泵多马达传动系统, 它有单泵单马达系统、单泵多马达系统、多泵多马达系统等多种不同的传动方式。
2.2 职能符号的规定
多泵、多马达是系列新型液压元件。在正式的国家标准出台之前, 为了能表示多泵、多马达的特性以便更好地开展进一步的研究, 本文尝试对该新型元件职能符号的表示方法做出规定。参考现有元件的标准画法[4], 做如下五条规定:①由于多泵和多马达中存在多个内泵 (马达) 和外泵 (马达) , 且是在一个壳体内实现的, 同一个转子 (定子) , 同为一个轴传动, 故采用同轴符号;②外泵画法采用与现有泵 (马达) 相同的圆圈符号, 而内泵则采用双圆圈的方法加以区分;③一个泵体内有几个内泵 (马达) 、外泵 (马达) , 就在内外的圆圈内加几个三角形符号;④双向的多泵、多马达符号参照现有的双向泵、马达表示方法, 在圆圈内加双向三角形符号;⑤变量的多泵、多马达用两个箭头采用同轴连接方法加以区分。如单作用双向变量泵如图2a所示, 三作用双向定量马达如图2b所示。
(a) 单作用双向变量泵 (b) 三作用双向定量马达
3 双作用双定子多马达连接方式及马达输出转矩
从双作用多马达的结构和工作原理可知, 这种新型马达有内外各两个马达。因此, 这种马达可形成多个普通连接和多个差动连接 (属于双定子马达独有的连接方式, 适于高转速低转矩输出) 的使用方式。下面分别对这两种方式中每种具体连接形式下, 双定子马达的输出转矩进行研究。
为便于分析比较, 设内外马达进出口压差均为Δp, 两个内马达的排量设为V11、V12, 两个外马达的排量分别为V21、V22。设两个内马达的转矩分别为T11、T12, 两个外马达的转矩分别为T21、T22。由双作用双定子多马达结构可知, V11=V12, V21=V22。
3.1 双定子多马达的普通连接
以一个内马达和一个外马达工作为例, 其连接方式示意图见图3 (这些连接方式由控制阀来实现, 为简化系统图, 省略了控制阀) 。
(a) 一个内马达单独工作 (b) 一个外马达单独工作
当只有单个内马达工作, 另一个内马达和两个外马达空载时, 单个内马达的输出转矩为
当只有单个外马达工作, 另一个外马达和两个内马达空载时, 单个外马达的输出转矩为
由双定子结构知, V22/V12=V21/V11=T21/T11=T22/T12=C, T11=T12 , T21=T22, 其中C为常值 (C>1) , 根据设计要求来定。同理, 可以推出其他普通连接方式下多马达输出转矩值, 见表1。
注:0、1、2分别表示有0个、1个、2个内 (外) 马达工作。
3.2 双定子多马达的差动连接
当双定子多马达输入的液压油反向时, 即实现了双定子马达的差动连接。下面以一个内马达和一个外马达差动组合工作为例说明这种马达差动连接方式以及各种差动连接方式下, 马达输出的转矩关系值。
图4为一个内马达和一个外马达差动连接示意图。这时, 多马达输出的转矩为内外马达单独工作所输出转矩的差值, 即
同理, 其他差动连接方式下, 双作用双定子多马达所输出的转矩值如表2所示。
通过对双作用马达不同连接方式下输出转矩分析可以看出, 双定子马达在进出口压差一定的情况下, 通过控制阀改变进出油口的不同组合方式, 可提供12种不同转矩的输出, 因而扩大了马达的适用范围。这种新型马达作为执行元件所构成的传动系统, 可容易实现从小转矩到大转矩的较宽转矩范围内的变化。
4 结论
(1) 双作用双定子多泵、多马达的研制成功增加了一系列新型液压元件。
(2) 双作用双定子结构作为马达使用时, 由于双定子间距等宽的特殊结构, 因此不需要回程弹簧, 提高了马达的使用寿命和安全性。
(3) 双作用双定子定量多马达通过不同的连接方式, 可以输出多种不同的转矩值。
(4) 双作用双定子多泵 (马达) 有效地解决了径向力不平衡的问题, 提高了元件的使用寿命。
(5) 双定子马达结构实现了马达的差动连接, 提高了马达的适用性。
参考文献
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浅析水射流马达 篇4
高压水射流技术具体操作过程为采用高压装置将水流通过喷嘴以特定的形式喷射出来形成水射流。此项技术于19世纪中期在北美洲就被应用在采矿业, 后来当增压设备出现, 此项技术的发展达到了新的高度。慢慢的, 其应用领域逐渐由采矿业扩展到冶金、石化、建筑、交通以及医学等相关领域, 在市场中得到了很好的发展。
2 水射流技术的特点
(1) 水射流技术在不同应用领域的特点。水射流技术应用于粉碎、采矿开发领域比较早, 因而发展比较完善。其原理是主要用水射流产生的冲击力来粉碎目标物体, 在纯水射流中加入磨料可以增加粉碎力, 形成磨料射流。水射流技术在这个领域的应用优点具体表现为:能耗低, 效率高;粉碎程度高, 材料易分类。
水射流技术应用在喷水推进方面其原理是水射流时所产生的反推动力在操纵舵的作用下改变方向来实现航行器前进, 水射流技术在这个领域的应用优点具体表现为:适应变工况能力强;推进效率较高。
水射流技术应用于清洗、切割等方面比较广泛。其原理是有效的利用水射流时产生的高压动能对目标物进行冲击, 水射流技术在这个领域的应用优点具体表现为:材料适应性强, 加工噪声低;冷加工, 无热应力, 环保易控。
(2) 水射流技术展望。水射流技术除具有上述应用之外, 还可以应用到医学、石油工程、水处理等领域, 水射流技术具有有效、清洁、性能优良、节能环保的优点, 但是目前各高校和科研机构在用水射流驱动微型机械方面研究以及应用比较有限。未来高校和科研单位的研究方向应该是关于驱动泵、马达、阀门等元器件。
3 国内外水射流马达的研究现状
(1) 国外研究情况。目前国际研究水射流马达走在前沿的是美国SPX Fluid Power公司、芬兰HYTAROY公司、德国博世公司、丹麦Danfoss公司、日本荏原研究所和日本小松公司等企业和科研机构。
1980年美国海军工程实验室研制出了压力为710MPa、转速为1600 r/min的海水叶片马达。该种马达以海水作为工作介质, 其优点是体积小、方便取材、反应灵敏、转动惯量小等;但缺点是存在泄漏现象, 以海水为工质腐蚀严重, 且存在磨损现象。德国博世公司生产的径向柱塞水马达以水为工作介质, 采用滚动轴承, 可以有效增加刚度以及减小机械损失。丹麦Danfoss公司生产的低速大扭矩叶片式马达机械性能优良, 其工作寿命可达到八千小时, 目前已被广泛应用, 但是该马达的缺点是体积大、质量重。东京工业大学开发出以水为工作介质的新型马达。此种马达解决了密封和泄漏的问题。这种新型式的水马达是对传统的配流方式革新, 具有划时代的意义。
(2) 国内的研究现状。国内对水压技术的研究较之于国外是比较晚的, 水压及水射流技术发展水平不高, 国内的文献涉及水射流马达的研究很少。华中科技大学、浙江大学、北京工业大学、昆明理工大学、西南交通大学等高校开展了关于水压技术的相关研究。其他一些研究所及企业对此项研究也颇感兴趣。
华中科技大学开展了以海水作为介质的液压传动系统方面的研究, 研制成功了单柱塞海水液压马达, 对中国水液压技术的发展具有深远影响。浙江大学开展了纯水液压方面的基础与应用研究, 已经自主开发出一批绿色液压产品与装置, 包括用于反渗透海水淡化系统中的纯水柱塞泵以及一系列的纯水液压控制阀。此外浙江大学在研究摩擦副材料领域也取得了卓著成效, 目前已建成了国内第一台测试纯水泵和阀性能以及寿命等相关性能的试验台, 指出了将水压技术应用到消防或者其他工业领域的可能。哈尔滨工业大学提出将原来以油为介质的内啮合齿轮泵改变为用水介质, 并且根据实验的结果分析了相应的制造要求。昆明理工大学对以水作为介质的外啮合齿轮泵的结构及制造要求进行了深入的研究, 通过实验分析了其工作性能。
综上所述, 国内外相关科研机构已经解决了水射流马达的部分关键技术问题并且已经投入到工业生产和应用化阶段。我国水液压传动技术的研究还处于起步阶段, 目前还未能研发出具有理想使用性能及寿命的水马达, 这也限制了水压技术在我国的推广和利用。
(3) 水射流马达展望。海水是地球上重要的资源, 随着水资源问题日益严重, 将海水作为工质引起了科研单位的重视, 但是由于海水的特殊性使得以海水作为工质困难重重, 原因是海水中存在着大量的杂质和微生物, 与此同时海水粘度低、润滑性比较差、导电性能大等特点给海水液压马达的研发带来了许多技术方面的问题, 具体表现在以下方面:
1) 解决泄露与密封。容积效率是科研机构研究水射流马达时关心的重要性能指标, 但是由于海水的粘度系数过低导致海水马达的泄露量很大, 因此影响海水马达的容积效率。同时一部分部件需要在油的环境下进行工作, 内封问题亦需要解决。
2) 冲击力矩和反推力矩平衡。水射流马达解决了传统海水马达中存在的三对关键摩擦副问题, 但是同时也引入了冲击力矩和反推力矩。水射流在水射流马达中的流动状态属于紊流, 处于紊流状态时的水射流的运动轨迹不易控制, 能量转换系数有限。以上设计难题要求必须设计合适的结构和距离来研究冲击力矩和反推力矩的作用关系用来平稳有效的驱动水射流马达。
3) 材料腐蚀要求。海水中含有大量的腐蚀性物质, 对水射流马达的材料的性能和质量提出了较高的要求。腐蚀现象会使零件的尺寸精度降低, 从而致使运动过程中出现卡死现象, 严重会威胁零件的寿命。
4) 污染敏感。海水中含有的污染物比较多, 因此以海水为工质的水射流马达对介质的污染非常敏感, 同时这些杂质中有些还有可能有着坚硬的外壳, 给马达的寿命带来影响。
4 结束语
随着社会不断发展和进步, 能源的开发和利用成为一个国家发展和进步的重要因素。海洋领域已经成为各个国家关注的焦点。水射流及海水液压技术成为近年来发展迅速的高新技术。加快此方面研究将为液压技术带来新的发展高度。
摘要：本文对水射流技术进行简要概述, 说明水射流技术的特点, 阐述了国内外对水射流马达的研究现状, 并对水射流马达发展提出展望。
关键词：水射流,水压,马达
参考文献
[1]沈忠厚.水射流理论与技术[M].东营:中国石油大学出版社, 1997:1-2.
[2]薛胜雄等.高压水射流技术与应用[M].北京:机械工业出版社, 1998:1-2.
行走马达输出轴分体结构 篇5
履带式挖掘机是应用极其普遍的工程机械, 其驱动由液压马达与行星齿轮减速机构组成的行走马达总成实现。
通过对挖掘机实际检测和维修的经验总结, 发现马达输出轴和骨架油封的密封结合部位特别容易磨损。当磨损达到一定程度时, 液压马达跟减速机部分内部的油液会发生串流, 由于行星减速机内部的油液污物和杂质较多, 串流的油液会污染到柱塞马达, 对液压马达造成损伤。
而目前市场上使用的履带式挖掘机, 其液压马达输出轴为单体结构, 当发生磨损时, 必须更换整支输出轴。
1、减速机组件, 1-1、行星齿轮架, 2、中心齿轮, 3、马达输出轴, 4、紧定螺钉, 5、轴套, 6、骨架, 油封, 7、孔用挡圈, 8、矩形密封圈, 9、轴承, 10、马达壳体, 11、斜盘, 12、滑靴, 13、回程盘, 14、制动活塞, 15、缸体, 16、配流盘
1、减速机组件, 1-1、行星齿轮架, 2、中心齿轮, 3、马达输出轴, 4、紧定螺钉, 5、轴套, 6、骨架, 油封, 7、孔用挡圈, 8、矩形密封圈, 9、轴承, 10、马达壳体, 11、斜盘, 12、滑靴, 13、回程盘,
在更换磨损的一体结构马达输出轴和骨架油封时, 首先需要拆除行星减速机部分, 再拆开液压马达组件, 才能取出马达输出轴。而且在拆卸过程中, 必须要保证工作环境的绝对清洁, 防止对柱塞马达二次污染。整个过程非常繁琐, 费工费时, 工作效率低。
另外, 由于马达输出轴主要工作部位是花键连接处, 其强度较高, 磨损较少, 而损伤部位在马达输出轴和骨架油封的密封结合部位, 如更换整支马达输出轴, 则造成浪费。还有的做法就是在磨损的密封结合部位镀铬, 然后打磨、抛光, 但这样做维修时间又相对较长, 不利于实际的生产维修需要。
1输出轴分体结构的设计
为了解决上述技术问题, 将履带挖掘机行走马达输出轴原密封轴端处做成分体结构, 如图2, 即在马达输出轴与骨架油封之间设置轴套。在轴套内端与马达输出轴的台阶端面结合处, 安装有矩形密封圈, 防止减速机腔体和液压马达腔体中的液压油串流。骨架油封的右侧留有凸台, 左侧安装孔用挡圈, 避免其轴向窜动, 又方便其的拆卸、安装。
2 马达输出轴分体结构的更换过程
如图1、图2所示:当行走马达使用一定时间, 需要更换磨损的骨架密封和轴套时, 首先拆下减速机组件的后端盖, 然后依次取出一级行星架、中心轮、二级中心轮、行星齿轮架, 此时马达输出轴的轴端部分和骨架密封都完全的显露出来。先通过内六角扳手拆下两个紧定螺钉, 利用两个紧定螺钉孔将磨损的轴套取出, 然后拆下孔用挡圈, 利用取出轴套后留下的径向间隙, 通过工装取下磨损的骨架密封, 再取出矩形密封圈, 至此整个拆卸过程完成, 然后检查破损情况。
更换新的骨架密封和轴套时, 首先将马达输出轴的端部配合部分清洗干净, 先安装矩形密封圈, 然后轻轻压入骨架密封到预定位置后, 再将涂有润滑油的新轴套装入马达输出轴的端部, 拧紧紧定螺钉, 使轴套的右端面把密封圈挤压到马达输出轴的台阶端面上, 然后安装上孔用挡圈, 最后再依次安装上行星减速机部分。至此整个拆卸、更换安装过程结束。
3 结束语
当马达输出轴磨损严重时, 此分体结构只需要更换磨损的骨架密封和轴套, 而不需要更换整支马达输出轴, 减少了浪费。也不需要通过在结合部位镀铬, 然后打磨、抛光实现, 缩短了维修时间。而且在更换过程中只需要拆开行星减速机部分就可以完成实现, 而且不需要拆除柱塞马达这一关键部件, 防止其在拆卸过程中的二次污染。相对老式的整体式结构, 此分体式结构使维修过程更加的简单、方便, 大大缩短了维修时间, 提高了维修效率。
摘要：通过对挖掘机实际检测和维修反馈的总结, 发现马达输出轴和骨架油封的密封结合部位特别容易磨损。经改进后, 将马达输出轴做成分体结构, 即在马达输出轴与骨架油封之间设置轴套, 当发生磨损只需要更换轴套, 而且更换作业只需拆卸行星减速机部分就可以了, 而不用拆卸整个液压马达部分, 整个过程简单、方便, 大大缩短了维修时间, 提高了维修效率。
关键词：行走马达,轴套,马达输出轴
参考文献
[1]陈国俊.液压挖掘机 (原理、结构、设计、计算) [M].湖北:华中科技大学出版社, 2011.
[2]张信才.进口挖掘机液压系统结构原理与维修[M].辽宁:辽宁科学技术出版社, 2008.
马达轴有限元分析 篇6
液压传动是能量转换装置的一种传动形式, 以液体作为工作介质的能量传递。它运用动力装置, 将装置中带压力能的液体通过辅助部分、控制部分等装置后, 由执行装置进行能量再次转变并对外做功, 驱动负载并实现需要的直线或回转运动。液压马达是一种以液体为传输介质, 将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置, 是液压系统中的重要执行元件, 其有结构紧凑、重量轻、体积小、转动惯性小、传递效率高、输出扭矩大、可以实现无极调速、输出不受负载影响等优点, 广泛应用于船舶、工程机械、行走机械、液压机具、航空及航天等领域。液压马达由定子、转子、马达轴、叶片、密封圈、螺栓等零件组成。马达轴作为马达中重要的零部件, 其设计的好坏直接影响到马达的使用性能。
1 马达轴有限元模型的建立
有限元分析是一种有效的数值分析方法, 其本质是将连续的实体进行离散, 使之成为有限数量和有限大小的单元体, 这些构件由节点关联并传递, 将离散化的有限单元体替代原来的连续结构体来分析应力和变形。根据力学的解题方法, 应用有限元方法逐个分析单元的力与位移关系, 依据设定的边界条件计算整体连续结构的力与位移关系运用节点的传递解出各结点的位移, 然后根据这些位移分析各个离散单元的应力与应变。在pro/e中建立马达轴的三维模型, 建模过程中, 为了方便分析, 对马达轴的部分细节进行合理的简化, 如图1, 轴长1342mm, 最大直径210mm, 最小直径173mm, 马达轴的模型如图1所示, 轴采用45钢, 其屈服极限为355 Mpa, 抗拉强度为600 Mpa, 密度为7.85X10-6kg/mm³, 弹性模量为206Gpa, 泊松比为0.269。
1.1 马达轴网格划分
ANSYS workbench中, 打开structure模块, 将pro/e中建立的马达轴模型导入并进入mech模块, 对轴进行网格划分。网格划分作为有限元模型建立时的一个重要环节, 其需要考虑的问题较多, 需要的工作量较大, 耗费的时间较多, 网格划分的结果对计算精度和计算量将产生直接影响, 单元格长度、网格数量和网格疏密程度等网格参数决定网格划分质量, 网格体划分中主要有六面体和四面体网格, 六面体网格的计算精度会高于四面体网格, 通过控制每个单元的此存来控制网格的数量, 一般来讲, 网格数量越多, 模型的计算结果会越准确, 但是网格太密, 数量太多, 对计算设备的要求越高, 计算时间长, 成本会相应的增加, 因此本模型采用六面体网格进行划分, 适当的控制网格大小, 同时对键槽、轴肩、倒圆和倒角处适当处理, 生成的马达轴的网格模型如图2所示。
1.2 马达轴载荷分布
转子通过键带动轴转动, 轴通过键将运动和力传给执行运行机构, 因此该轴的两个键槽的侧面受力, 在轴的支撑部位有轴承的支撑, 两个装轴的部位也受力, 同时该轴受自身的重力作用。将上述分析的力, 计算后在ANSYS workbench中将力加载在模型对应的位置。本文对马达轴做静强度分析, 因此, 将模型固定即可, 在求解器里面设置需要求解的参数, 本文中研究的是马达轴的静强度, 将应力和应变作为求解参数加入到求解器即可。
2 马达轴静强度分析
通过计算, 马达轴的结果如图3、4所示, 其中图3为马达轴应力分布云图, 图4为马达轴位移分布云图, 从图3中可以看出, 轴上应力最大值为27.5Mpa, 应力较大的区域出现在键槽和轴的端面处, 最小值为不到1Mpa, 最大应力小于材料的屈服极限355 Mpa, 图4可以看出, 马达轴的最大的变形量为0.09mm, 最大变形较小, 在可控范围内。在此工况下, 马达轴的最大应力和应变都在允许的可控范围内, 且其最大应力远小于材料的屈服极限, 满足马达轴刚度设计要求。
3 结论
采用有限元方法分析机构的应力和变形, 其优势在于除了可以处理复杂边界条件及多种工况外, 还能处理不连续的边界条件和载荷条件问题, 可以解决很多机构内部包含不连续性的复杂难题, 可以模块化编程, 能够求得更接近实际情况的应力和位移分布, 计算结果可以为工程实际应用提供重要的参考。本文通过在pro/e中建立实际的马达轴三维模型, 并将某一工况下的受力情况施加在模型上进行有限元分析, 分析计算的结果表明, 在此工况下, 该轴强度完全满足使用的需求, 结果同时表明可以在此数据的基础上对该轴进行优化设计。
参考文献
[1]许贤良, 韦文书.液压缸及其设计[M].北京:国防工业出版社, 2011 (01) :3-8.
[2]朱秀娟.有限元分析网格划分的关键技巧[J].机械工程与自动化, 2009 (02) :185-186.
[3]夏贵兵.海水柱塞马达的研究[D].青岛:中国海洋大学, 2013:57—62.
[4]王志强, 高殿荣, 黄瑶.低速大扭矩水压马达柱塞副的结构优化及性能研究[J].煤炭学报, 2013, 38 (s2) :536—542.
[5]贾军, 王蓉.基于ANSYS的超大中空液压伺服摆动马达有限元分析[J].九江学院学报, 2009 (03) :30-34.
AC/DC齿轮减速马达 篇7
瓦凯减速马达全系列, 模块化组合, 高效率、长寿命、低噪音, 在原料药生产设备、制剂机械、药用粉碎机械、饮片机械、药品包装机械、制药用水设备、药物检测设备等制药机械中均有广泛的应用。
产品特点:高效率, 低噪音, 体积小, 扭力强, 变速范围广。
技术参数:功率, 6～200 W;减速比, 1/3～1/1 800。
苏州瓦凯传动设备有限公司
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