沈陽工業(yè)大學科技成果-基于永磁電機的橋式起重機無齒輪傳動裝置

沈陽工業(yè)大學科技成果——基于永磁電機的橋式起重機無齒輪傳動裝置成果簡介本項目把稀土永磁材料應用到起重機行業(yè)，研究成果徹底解決了結構復雜、重量大、斷齒、漏油等起重機長期未解決的問題，實現(xiàn)了起重機的輕量化和節(jié)電目標，使我國的起重機制造水平，站到了世界的最前沿，對促進我國起重機行業(yè)的轉型升級、提升國際市場競爭力具有重要意義。學科領域電氣工程服務領域裝備制造業(yè)應用范圍本產品適用于橋式、門式起重機、礦山機械等低速大轉矩場合。20t型80t型技術特性本項目確定的新型傳動裝置課題——橋式起重機無齒輪傳動裝置，是以起重機核心部件即起升機構和運行機構為研究對象，通過思路、技術、工藝創(chuàng)新，突破起重機傳統(tǒng)設計理念，研制全新的起重機卷筒、永磁電機一體化的新型無齒輪傳動裝置；徹底改變傳統(tǒng)雙梁起重機四連機構，將電機、減速機、卷筒、聯(lián)軸器等部件集于一身，取消減速機、聯(lián)軸器和補償軸等（以下簡稱四連機構），實現(xiàn)起重機傳動結構上的重大創(chuàng)新；同時縮短了傳統(tǒng)橋式起重機力的傳遞路線，避免傳動環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題。形成結構精簡、體積小重量輕、節(jié)材節(jié)電環(huán)保、速度調節(jié)范圍寬、同步性能強、工作級別可監(jiān)控、運行安全平穩(wěn)、自動化及遠程控制等產品。關鍵技術1、大噸位起升裝置設計難度大：由于將卷筒和永磁電機合二為一，在對電機和起重機分析設計時，二者存在相互制約，同時還要使小車布局結構緊湊、體積小、重量輕，給起升裝置的設計帶來很大難度；2、細長結構的散熱困難：永磁電機轉速低、極數(shù)多，加上電機細長這一特殊結構，帶來了傳熱、散熱的困難，如何有效解決該裝置的冷卻、散熱問題，是一關鍵技術；3、工作效率：如何利用永磁電機特性和矢量變頻技術特性來提高作業(yè)效率，使電機功率動態(tài)跟蹤實際負載量的變化，成為節(jié)電的關鍵技術；4、安全保障：如何保證起重機懸停制動、減少沖擊，以及在制動保護失靈狀況下，確保起吊重物緩慢下降，是安全平穩(wěn)性的關鍵技術。創(chuàng)新點1、提出了一種基于卷筒、永磁電機一體化的新型傳動裝置結構，實現(xiàn)了起升機構的集成化、輕量化；2、基于流固耦合的計算方法，解決了大噸位細長型新型傳動裝置的散熱問題，改進了冷卻系統(tǒng)的設計方法；3、國內首次將0-40r/min低速大扭矩永磁同步電機成功應用于橋式起重機上，實現(xiàn)了起重機整機的高效節(jié)電；4、提出了一種適用于新型傳動裝置的細長卷筒加工方法、永磁體裝配方法和總體裝配工藝方法，保證了批量化生產的產品一致性。5、利用永磁電機大的堵轉力矩實現(xiàn)吊載零速瞬間制動，同時卷筒采用直接制動，保證了起吊工作安全平穩(wěn)。技術水平1、安裝簡單精準：只有一個圓柱體狀平放固定，兩端各1個底座，可兼容75-200噸等多個起升機構功能。2、高效節(jié)能：免去了減速機及傳動機構等，結構簡單、體積小、重量輕，整機減重26%以上，節(jié)電18%以上。3、降噪環(huán)保：噪聲低于同等產品20分貝以上；沒有傳動齒輪，沒有廢油的排放。4、運行平穩(wěn)：新型傳動裝置低轉速、大轉矩、沖擊力小、防震強、預設指令運行平穩(wěn)。5、安全可靠：采用機械與電磁共存的制動方式，制動器如發(fā)生故障，卷筒會勻速下放吊起的物體，避免物體快速落下的危險。生產使用條件具備生產低速大轉矩永磁電機能力。市場經濟效益預測通過新型傳動裝置的研發(fā)、生產，建成一個設施先進、配套完善的新型起重機研發(fā)、生產中心，必將為國家和企業(yè)帶來良好的經濟效益和社會效益。項目產品具有高效節(jié)能等特點，每年可為起重機行業(yè)節(jié)約大量的資源，將推動行業(yè)技術革新和技術革命的快速發(fā)展；投放市場后將打破歐美等國對高端裝備的壟斷，產品可迅速占領國際市場。采用新型的無齒輪裝置起重機比傳統(tǒng)起重機重量輕25%，節(jié)電達15%以上。其工作效率高，安全性能好，與傳統(tǒng)的起重機相比起到了節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保的效果。項目產業(yè)化后，僅以江西工埠和合作單位生產總量計算，可達到年產75t-150t系列5000臺套、150t-200t系列300臺套的卷筒、電機一體化新型傳動裝置產品。平均以125t-18m為75t-150t系列代表、200t-18m為150t-200t系列代表進行分析，125t-18m項目產品售價按39.8萬元/臺套、200t-18m按55.6萬元/臺套計算，可實現(xiàn)年平均銷售收入21.5億元。年均總成本費用為18.08億元，經營成本17.2195億元；年均增值稅、銷售稅、所得稅為1.7億元，年平均凈利潤1.72億元。按年銷售推廣75/20t產品2000臺、125/32t銷售推廣3000臺、200/50t銷售推廣300臺計算，采用新型傳動裝置起重機一年最少可節(jié)約鋼材13.7萬噸。以傳統(tǒng)起重機75t、125t、200t，工作級別為A5、每天累積工作3-4小時舉例，75t起重機年需用電約104390度，125t起重機年需用電約135415度，200t起重機年需用電約162425度；以5300臺上述產品、年銷售量分析，采用新型傳動裝置起重機一年可節(jié)約用電約1.2億度。本課題提出的橋式起重機輕量化傳動裝置，代表了起重機械領域的發(fā)展方向，實現(xiàn)規(guī)模化生產之后，將可以部分甚至全部替代進口產品，節(jié)約外匯，由于其性能優(yōu)于國外輕量化起重機，將擠占國外輕量化起重機的市場，拓展應用。典型應用案例本項目受江西工埠機械有限責任公司委托開發(fā)起重機用9.79kW永磁電機設計研究，擴展到4.5kW、15.67kW、24.48kW三種規(guī)格的起重機用永磁電機。經過五年的橫向課題合作已經生產起重機40多臺，經過國家起重運輸機械質量監(jiān)督檢驗中心檢測，各項技術指標均符合國家有關要求。產品已經小批量生產，產品性能均達到了設計要求，并有客戶在進行試運行，反應良好，具有廣闊的市場前景。該項目在2015年成功申報國家科技支撐計劃課題《橋式起重機械輕量化關鍵技術研究與應用》（課題編號：2015BAF06B0