煤炭科学技术

作者：王誉廷, 张宏,

关键词：永磁涡流摩擦限矩器(PMEFTL), 有限元法, 轴向力特性, 永磁涡流传动,

针对煤矿机械中摩擦限矩器过载保护装置存在的寿命短、可靠性差的现状，提出一种由永磁涡流传动机构与摩擦离合器组合而成的新型的大功率快速分断式永磁涡流摩擦限矩器(PMEFTL)，其工作原理是：永磁涡流传动机构中磁体盘与导体盘之间的静态磁场引力对摩擦离合器的摩擦片施加轴向压力，形成摩擦限矩器的扭矩传输，借助过载瞬间主从摩擦片的相对滑差控制导体盘和磁体盘间轴向斥力，实现摩擦片脱离并快速切断传动系统。首先建立了PMEFTL的涡流磁场数学描述及其有限元模型，基于瞬态磁场分析研究了PMEFTL中永磁涡流机构产生轴向力的机制，提出了PMEFTL的轴向力的麦克斯韦张量形式及摩擦限矩器转矩计算方程，表明永磁涡流机构的总轴向力由背铁轴向力和导体盘轴向力合成，随着滑差增大，背铁轴向力总是表现为引力并逐渐减小，导体盘轴向力总是表现为斥力，并逐渐增大，总轴向力则由引力逐渐变为斥力，并存在静态引力点和脱离转速点2个特征点。PMEFTL的传递力矩与总轴向力成正比，过载打滑前，传递力矩等于摩擦副静摩擦力，过载打滑后，传递力矩由摩擦力矩和电磁力矩组成。其次基于三维有限元方法研究了PMEFTL轴向力−滑差特性的影响因素，得出提高永磁体的厚度和占空比、增加导体齿槽数、减小导体齿槽占空比等都可以提升静态引力，进而提高PMEFTL的传动能力；脱离转速点与轴向引力和轴向斥力的相对关系有关，在静态引力确定的前提下，调节导体齿槽占空比、导体齿槽数可以调节脱离转速点。最后对375 kW的矿用PMEFTL的永磁体的厚度、占空比和极数与导体的占空比和槽数等设计参数进行优化，与初选参数相比，优化后静态引力提高90%，摩擦副对数减少近1倍。PMEFTL在煤矿机械的应用将有效提高传动系统的可靠性和使用寿命，减少相应的停机维修工作，提高生产效率。

来源：2023年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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