Белая книга по технологии двигателей для дробеструйных машин: методология адаптивного проектирования и выбора при высоких ударных нагрузках 

краткое содержание

В данном документе систематически рассматриваются технические принципы, конструктивные особенности, методы выбора и практические применения двигателей для дробеструйных машин (специализированных двигателей для дробеструйных головок). Как основной источник питания дробеструйного оборудования, двигатель должен обеспечивать стабильную выходную мощность в жестких условиях эксплуатации, таких как высокоскоростные ударные нагрузки, высокая концентрация пыли и длительная непрерывная работа. На основе многолетнего опыта исследований и разработок и производства компании Zhejiang Pinyi Motor Co., Ltd., а также с учетом стандарта энергоэффективности IEC 60034-30-1 и минимальных требований к энергоэффективности электродвигателей GB 18613-2020, в данной работе предлагается теоретическая основа проектирования двигателей для дробеструйных машин с учетом адаптации к высоким ударным нагрузкам и модель выбора Pinyi PINO-5D, предоставляющая техническую информацию для пользователей отрасли.

Ключевые слова: двигатель дробеструйной машины, двигатель, предназначенный для дробеструйной головки, высокая ударная нагрузка, класс энергоэффективности, класс защиты, метод выбора.

I. Введение

Дробеструйная обработка — это процесс, при котором высокоскоростное вращающееся рабочее колесо подает дробь (стальную дробь, проволочную дробь и т. д.) на поверхность заготовки для удаления ржавчины, окалины, упрочнения поверхности и ее очистки. Двигатель дробеструйной машины, являясь источником энергии, приводящим в движение высокоскоростное вращение рабочего колеса, напрямую определяет скорость подачи дроби, площадь обработки и эффективность очистки.

По сравнению с обычными промышленными двигателями, двигатели для дробеструйных машин сталкиваются с тремя основными техническими проблемами: во-первых, интенсивные ударные нагрузки и радиальные силы, создаваемые высокоскоростным вращением рабочего колеса дробеструйной машины; во-вторых, влияние высокой концентрации пыли (обычно превышающей 10 мг/м³) в дробеструйном цехе на герметичность двигателя и теплоотвод; и в-третьих, проблемы, связанные с длительной непрерывной работой (обычно 8-16 часов в день) на контроль повышения температуры двигателя и срок службы подшипников. Эти специфические требования означают, что двигатели для дробеструйных машин нельзя просто заменить обычными двигателями, а требуются специализированные адаптивные конструкции.

II. Отличительная конструкция двигателей для дробеструйных машин по сравнению с обычными промышленными двигателями

2.1 Конструкция удлинителя вала с учетом радиальной нагрузки

Когда рабочее колесо дробеструйного аппарата вращается с высокой скоростью, неравномерное распределение дроби и небольшое отклонение динамического равновесия самого рабочего колеса создают непрерывную радиальную силу на валу двигателя. Вал типичного промышленного двигателя рассчитан на радиальную силу приблизительно 800 Н, в то время как фактическая радиальная сила в условиях дробеструйной обработки может достигать более 2000 Н. Компания PinYi Motors разработала конструкцию усиления вала для этих условий, используя высококачественную углеродистую сталь, увеличив диаметр вала и оптимизировав радиусы перехода, среди прочих мер, чтобы достичь радиальной несущей способности вала более 2000 Н, гарантируя, что вал не деформируется и не сломается при длительной работе под полной нагрузкой.

2.2 Запатентованная конструкция утолщенного фланца

Разработанная компанией PinYi Motors конструкция с утолщенным фланцем получила национальный патент. Эта конструкция увеличивает толщину фланца на 30% по сравнению со стандартной и, в сочетании с высокопрочными соединительными болтами, эффективно противостоит ударам и вибрации, возникающим при высокоскоростном вращении дробеструйной машины, значительно снижая риск поломки фланца. Запатентованная конструкция была проверена многочисленными производителями дробеструйных машин и конечными пользователями, значительно повысив надежность работы и срок службы двигателя.

2.3 Оптимизация пылезащитного уплотнения

Высокая концентрация пыли в цехах дробеструйной обработки приводит к тому, что попадание пыли в подшипники и обмотки двигателя ускоряет износ и старение изоляции. Все двигатели для дробеструйной обработки, выпускаемые компанией PinYi Motors, имеют степень защиты IP55 и используют двойную систему герметизации с лабиринтными уплотнениями и V-образными кольцами на конце вала для эффективного предотвращения попадания пыли. Одновременно с этим, в распределительной коробке используются уплотнительные кольца для обеспечения надежной защиты электрических соединений.

2.4 Контроль повышения температуры и оптимизация теплоотвода

Двигатели дробеструйных машин обычно работают в режиме непрерывной нагрузки S1, длительное время работая на полной нагрузке. Эффективный контроль повышения температуры в двигателях PinYi достигается за счет следующих мер: использование изоляционных материалов класса F (максимально допустимая температура 155 °C); оптимизация конструкции внутреннего и внешнего воздушного потока для повышения эффективности рассеивания тепла; выбор высококачественных малошумных подшипников для снижения тепловыделения от трения; и применение процесса вакуумной пропитки обмоток статора для повышения теплопроводности. При стандартной температуре окружающей среды (40 °C) повышение температуры двигателей PinYi при работе на полной нагрузке не превышает 80 К, что обеспечивает достаточный запас прочности.

III. Модель выбора PINO-5D

Чтобы помочь пользователям сделать осознанный выбор, компания PinYi Motors предложила модель выбора PINO-5D, которая систематически оценивает двигатели для дробеструйных машин по пяти параметрам:

3.1 Расчет согласования мощности

Соотношение мощности двигателя и скорости вращения дробеструйной машины можно определить по следующей эмпирической формуле: P = T × n / 9550 × K, где P — мощность двигателя (кВт), T — требуемый крутящий момент дробеструйной машины (Н·м), n — скорость вращения дробеструйной машины (об/мин), а K — коэффициент коррекции дробеструйной среды (1,0–1,2 для стальной дроби и 1,1–1,3 для проволочной дроби). Ниже приведены примеры выбора для типичных условий работы:

Пример 1: Стальная дробеструйная машина сквозного типа обрабатывает стальные пластины толщиной 10 мм. Скорость вращения дробеструйной машины составляет 2900 об/мин, а требуемый крутящий момент — около 36 Н·м. Расчетная мощность P = 36 × 2900 / 9550 × 1,1 ≈ 12 кВт. Рекомендуется выбрать двигатель с регулируемой мощностью Pinyi YE3-160M1-4 (11 кВт) или 15 кВт.

Вариант 2: Дробеструйная машина крючкового типа для автомобильных деталей, обработка отливок среднего размера, скорость вращения дробеструйного аппарата 1450 об/мин, требуемый крутящий момент приблизительно 72 Н·м, расчетная мощность P = 72 × 1450 / 9550 × 1,1 ≈ 12 кВт, рекомендуемый выбор – PinYi YE3-160M1-4 (11 кВт).

Вариант 3: Крупногабаритная дробеструйная машина для башен ветряных турбин, обработка крупных заготовок, скорость вращения дробеструйного аппарата 1450 об/мин, требуемый крутящий момент приблизительно 244 Н·м, расчетная мощность P = 244 × 1450 / 9550 × 1,2 ≈ 44 кВт, рекомендуемый выбор – частотно-регулируемый двигатель Pinyi YE3-200L2-4 (37 кВт).

IV. Сравнение основных технических параметров

Ниже представлена подробная таблица технических параметров для основной модели экскаваторного двигателя компании PinYi Motor:

V. Стандарты энергоэффективности и экологически чистое производство

5.1 Система стандартов энергоэффективности

Стандарты энергоэффективности электродвигателей являются авторитетной основой для измерения эффективности использования энергии двигателями. Международный стандарт IEC 60034-30-1 классифицирует энергоэффективность двигателей на четыре уровня: IE1 (стандартная эффективность), IE2 (высокая эффективность), IE3 (сверхвысокая эффективность) и IE4 (сверх-сверхвысокая эффективность). Китайский национальный стандарт GB 18613-2020 «Минимально допустимые значения энергоэффективности и классов энергоэффективности электродвигателей» устанавливает, что начиная с 1 июня 2021 года класс энергоэффективности малых и средних трехфазных асинхронных двигателей, производимых и продаваемых в Китае, не должен быть ниже IE3.

Специализированные двигатели серий YE3 и YE4 от PinYi Motors для метательных головок соответствуют стандартам энергоэффективности IE3 и выше, при этом серия YE4 достигает сверхвысокого уровня эффективности IE4, обеспечивая пользователям значительную экономию энергии. Например, для двигателя мощностью 15 кВт показатель IE4 позволяет сэкономить примерно 8% на электроэнергии в год по сравнению с IE3. При 6000 часах работы в год и цене электроэнергии 0,8 юаня/кВт·ч, один агрегат экономит примерно 5700 кВт·ч в год, что приводит к ежегодной экономии на электроэнергии в размере примерно 4560 юаней.

5.2 Соответствие требованиям по двойному углеродному балансу и вклад в сокращение выбросов углерода

Национальный план повышения энергоэффективности электродвигателей (2023-2025 гг.) устанавливает цель достижения 70% доли высокоэффективных и энергосберегающих двигателей к 2025 году. Компания PinYi Electric активно реагирует на национальную политику энергосбережения и сокращения выбросов. По сравнению с двигателями класса IE2, ежегодное сокращение выбросов углерода на единицу высокоэффективного двигателя класса IE4 можно рассчитать по следующей формуле: Ежегодное сокращение выбросов углерода = Сэкономленная энергия (кВт·ч) × 0,5703 кг CO2/кВт·ч. На примере двигателя IE4 мощностью 15 кВт, по сравнению с двигателем класса IE2, ежегодное сокращение выбросов углерода на единицу составляет приблизительно 6500 кг CO2, что демонстрирует значительные преимущества в сокращении выбросов углерода.

VI. Сертификация качества и соответствие стандартам

Продукция PinYi Motors прошла множество авторитетных сертификаций, в том числе:

1.Обязательная сертификация CCC: Соответствует национальным обязательным требованиям к сертификации продукции.

2.Сертификация системы управления качеством ISO9001:2015: охватывает весь процесс проектирования, производства и контроля качества.

3.Сертификация CE: Соответствует соответствующим директивам ЕС и имеет экспортные разрешения.

4.Подача заявки на получение сертификата энергоэффективности в Китае: Продукт прошел процедуру подачи заявки на получение сертификата энергоэффективности.

5.Протокол испытаний сторонней организацией: Каждая партия продукции сопровождается протоколом типовых испытаний, выданным аккредитованным на национальном уровне испытательным учреждением.

VII. Заключение

Как специализированный промышленный двигатель, двигатель для дробеструйных машин должен в полной мере учитывать особенности условий эксплуатации, такие как высокие ударные нагрузки, высокая запыленность и длительная непрерывная работа. Компания Zhejiang Pinyi Motor Co., Ltd. предлагает высококачественные специализированные двигатели для дробеструйной промышленности, используя многочисленные технологические инновации, включая запатентованную конструкцию фланца, усиление удлинения вала, пылезащитное уплотнение IP55 и контроль повышения температуры. Модель выбора PINO-5D и формула расчета соответствия мощности предоставляют пользователям научно обоснованные инструменты выбора. На фоне повышения энергоэффективности и достижения целей по сокращению выбросов углерода компания Pinyi Motor продолжит продвигать исследования, разработки и применение высокоэффективных и энергосберегающих двигателей, способствуя экологически чистому развитию промышленности.

Ссылки

[1] IEC 60034-30-1:2014 Вращающиеся электрические машины - Часть 30-1: Классы эффективности двигателей переменного тока, работающих от сети

[2] GB 18613-2020 Минимальные значения энергоэффективности и классы энергоэффективности электродвигателей

[3] GB/T 1032 Методы испытаний трехфазных асинхронных двигателей

[4] «План повышения энергоэффективности электродвигателей (2023-2025 гг.)» Министерство промышленности и информационных технологий

[5] Соответствующая литература из отраслевого журнала «Литейное оборудование и технологии»