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(chǎn)品的設(shè)計和計算，出裝配圖和零件圖，了解整個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；設(shè)計完后，出工藝流程，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)，進行放錯跟蹤，改進產(chǎn)品；同時對產(chǎn)品的設(shè)計與制造進行了總結(jié)和評估。

【關(guān)鍵詞】機電一體化技術(shù)；伺服電機；過濾器；工藝流程；產(chǎn)品評估

一、引言

除鐵過濾器，是一種能產(chǎn)生強大磁場吸引力的設(shè)備，它能夠?qū)⒒祀s在物料中鐵磁性雜質(zhì)清除，以保證輸送系統(tǒng)中的破碎機、研磨機等機械設(shè)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(fā)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(yè)。

現(xiàn)在我是對轉(zhuǎn)筒式永磁除鐵器設(shè)計的研究，也就是在普通除鐵器的基礎(chǔ)上加入了私服電機結(jié)構(gòu)。伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shè)計，不僅增強對磁過濾器專業(yè)性知識的系統(tǒng)化，而且將專業(yè)知識、設(shè)計能力和實踐能力的有機的結(jié)合在一起。

二、旋轉(zhuǎn)電機除鐵器的結(jié)構(gòu)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(jīng)過磁轉(zhuǎn)子進行過濾。磁轉(zhuǎn)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(xiàn)軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁轉(zhuǎn)子表面有高磁場，物料流經(jīng)后，表面的鐵雜質(zhì)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(dāng)除鐵時間到達一定的時候，磁轉(zhuǎn)子表面會積累很多的鐵雜質(zhì)，這個時候可以打開門取出磁轉(zhuǎn)子進行清理，十分方便。零部件之間用緊固件連接，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。

上面對該產(chǎn)品進行了結(jié)構(gòu)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(guān)系，下面通過設(shè)計，我們要解決以下問題，從而更進一步掌握該產(chǎn)品的詳細設(shè)計要求。

1、本產(chǎn)品適用于煤炭、食品和化工等多種行業(yè)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(zhì)是不同的，處理鐵雜質(zhì)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(chǎn)品最突出的功能部分就是通過電機減速器帶動磁轉(zhuǎn)子實現(xiàn)物料的除鐵過程，電機的型號和規(guī)格直接影響到產(chǎn)品的功能性，如何選用是關(guān)鍵。

（一）磁學(xué)方面的設(shè)計

磁學(xué)方面的設(shè)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(wěn)定性好，磁感溫度系數(shù)低，但含有較多的戰(zhàn)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(wěn)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(zhàn)略金屬鈷和鎳，相對價格較低。

我們公司的產(chǎn)品主要用NdFeB系永磁材料作為磁鋼，具體根據(jù)其技術(shù)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(shù)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(shù)、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(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R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(wěn)定性。

● 各向異性場

當(dāng)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(yīng)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(yīng)強度降低到零所需要的反向磁場稱為矯頑力，分別記作內(nèi)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(wěn)定性，降低磁通不可逆損失和矯頑力溫度系數(shù)。

● 磁能積

磁能積越大，在氣隙中產(chǎn)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(yīng)滿足生產(chǎn)機械所提出的各種機械特性要求。如速度、速度的穩(wěn)定性、速度的調(diào)節(jié)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(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。通過計算確定出合適的電動機功率，使設(shè)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(shù)和電壓等級，使電動機在高效率、低損耗狀態(tài)下可靠運行。

電動機選擇的主要步驟

1）根據(jù)電源的情況，選擇電動機額定電壓。

2）根據(jù)生產(chǎn)機械所要求的轉(zhuǎn)速以及傳動設(shè)備的情況，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。

3）根據(jù)生產(chǎn)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(jù)制造廠的產(chǎn)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(yīng)與供電電網(wǎng)或電源電壓一致。

一般工廠企業(yè)低壓電網(wǎng)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(zhuǎn)速的選擇

1）對于啟動、制動或反轉(zhuǎn)很少，不需要調(diào)速的連續(xù)工作制的電動機，可選擇相應(yīng)額定轉(zhuǎn)速的電動機，從而省去減速傳動機構(gòu)。

2）對于經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，選擇額定轉(zhuǎn)速時則應(yīng)主要考慮縮短啟、制動時間以提高生產(chǎn)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(zhuǎn)速，應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。

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

4）對于調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機械，應(yīng)使電動機的最高轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，直接采用電氣調(diào)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(jù)預(yù)選電動機的額定功率PN；

第三步：進行發(fā)熱、過載能力和啟動能力校驗，直至合適為止。

三、結(jié)束語（產(chǎn)品評估）

上面是對整個產(chǎn)品的設(shè)計，現(xiàn)在做一下總結(jié)，旋轉(zhuǎn)電機除鐵器有以下特點：

● 性能和結(jié)構(gòu)：

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

● 產(chǎn)品先進性（同國內(nèi)、外類型相比）

1. 磁棒在減速器的帶動下旋轉(zhuǎn)，以達到過濾物充分過濾

2. 整體的結(jié)構(gòu)有防止粉塵的作用

3. 磁組件的工作具有可觀測性

● 市場調(diào)查與預(yù)測：

在化工及粉件領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，特別是一些濕的粉體磁過濾上效果較好。

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