具有直接驱动马达的改进的轧机和操作所述轧机的方法与流程

文档序号:15101020发布日期:2018-08-04 15:44阅读:114来源:国知局

众所周知,轧机安装在磨机中,并使用成对的滚筒(轧辊,cylinder)来磨削或研磨和加工各种产品,像例如谷物、颗粒状物料以及谷物混合物。每对滚筒都布置成它们彼此平行并且彼此间隔预定距离,其中必要时,该距离可以根据待磨削产品、最终期望的产品和中间磨削步骤而通过专用的调节设备调节。

目前,每对已知滚筒均被设为通过异步电动机旋转,其通过带和滑轮驱动单元或其他机械耦接装置连接。

第一滚筒,通常为前滚筒,被设定为通过异步马达旋转,同时带驱动系统以同步方式将运动传送至第二滚筒,该第二滚筒位于第一滚筒旁并且通常在相反方向上以低于第一滚筒的速度旋转。

每对滚筒的主控马达一般安装在磨削单元的一侧,同时相对侧设有同步带、收紧滑轮和滑轮的系统,其使得能够保持两个滚筒之间的速度同步。此外,该第二带具有以下功能:

-减小转速,并且制动第二后滚筒的旋转,在磨削步骤期间,其中滚筒彼此接触,

-当两个滚筒分开并且机器停止时驱动第二滚筒并使其保持旋转,准备进入后续的磨削循环。

两个已知滚筒的机制和旋转系统带来相当多的缺点。

具有带和滑轮的驱动单元是嘈杂的。

驱动单元的各个部件都易经受磨损和破损。

带驱动单元因磨损而产生橡胶粉末。

由于驱动单元的低效率,带驱动单元导致能量损失。

驱动单元的各个部件需要定期且规律地检查和维护。马达和驱动单元的各个部件都占据了两侧的很大空间,因此需要额外的空间和基础结构来安装轧机。

异步马达仅在确定的转速范围内产生最佳旋转转矩。在与额定速度不同的转速下,马达产生的转矩大大降低,且不适合所需的加工循环。

还应该考虑到两个滚筒由相同的马达操作,具有相同的转速或具有不同的转速。

每一对滚筒以相同转速旋转的轧机对于不同类型的谷物和谷物产品或谷粒产品不能获得最佳处理。

具有其中每个滚筒以不同速度旋转的多对滚筒的轧机获得了对谷物和谷物产品的更好的处理。为了获得不同的转速,需要将两个滚筒用具有不同节圆直径的齿轮或滑轮连接,从而获得不是1的驱动比,或者不是额定驱动比的驱动比。

如果需要改变两个滚筒的转速之间的差,则需要停止它们并安装另一对滑轮。

专利文献DE102011011047涉及单个滚筒,其连接到马达,该马达具有永磁体,安装在滚筒自身的端部处并且适于产生滚筒的轴向旋转,并且其中转子与定子之间无接触,该转子与滚筒成一体,该定子以相对于定子的径向位置安装在滚筒支撑件上。该文献不涉及用于磨削和加工产品(诸如谷物、颗粒状物料、由谷物等构成的混合物等)的磨机和轧机,而仅涉及将旋转运动传递给滚筒的驱动系统。

类似于前述文献,专利文献DE10339733涉及单个滚筒,具有马达,该马达具有永磁体,相对于滚筒轴向安装,其中转子与滚筒成一体,而定子安装在滚筒支撑件上。

专利文献WO2012159932涉及一种用于将金属棒削减或转变成具有合适截面的片材的磨机。该磨机包括多个轧机机架,其中至少一个轧机机架又包括并排设置的一对平行滚筒,和两个同步马达,每个马达适于使一个滚筒旋转。

每个轧机机架的马达速度可以单独改变,但是以协调的方式,关于或相对于其他轧机机架的马达速度。此外,在同一轧机机架的两个滚筒之间没有机械连接使得转速能被单独控制。

上述文献没有解决关于谷物、颗粒状物料、谷物混合物的加工和磨削的问题,其需要根据处理循环开始时它们的状况和它们的预期用途以不同方式处理。

实际上,专门用于这种类型用途的磨机是已知的,其中滚筒具有光滑或带凹槽或孔型的圆柱形表面,这意味着具有基本呈锯齿形状的截面即不对称三角形截面的一系列凸起,限定了切割边缘或刃(blade),以及倾斜表面或背(back)。

由于滚筒的不同转速,一个滚筒相对于相邻滚筒的相对旋转确定了齿的哪部分作用于引入的物料,从而以特定方式加工谷物或谷粒。

例如,当期望类型的加工包括使谷物破碎时,根据每个所述滚筒如何相对于相对滚筒安装以及根据滚筒的相对速度,可以执行以下不同的加工循环:

1)刃-刃,其中两个滚筒的刃都用于加工物料,

2)背-背,其中两个滚筒的背都用于加工物料,

3)刃-背,其中第一滚筒或前滚筒的刃以及第二滚筒或后滚筒的背用于加工物料,

4)背-刃,其中第一滚筒或前滚筒的背以及第二滚筒或后滚筒的刃用于加工物料。

图1至图4示意性地示出了两个相对的滚筒目前需要如何定向以获得期望类型的加工,其中以双箭头表示的较高速度旋转的滚筒目前总是前滚筒,即,左滚筒。

而右滚筒或后滚筒以较低的速度旋转,由单箭头表示。

物料从上方引入,并且进给方向由虚线箭头表示。

根据物料的类型及其粒度测定术或粒度以及根据要获得的最终产品,应用了所述加工类型中的一种或另一种或其序列。

因此,为了执行所述加工类型中的每一种或其序列,操作者必须中断机器的操作,拆卸滚筒并根据需要重新安装它们。

除了增加操作者的事故风险之外,这些操作还延长了加工时间。

还已知的是,对于每种类型的待加工物料都有一个特定的加工顺序或序列。然而,目前为了优化加工时间并且避免需要持续干预机器的运行以及中断加工循环,优选地以基本上无差别的方式加工不同的谷物的混合物,但是这导致了低品质的成品。

为了克服所有这些缺点,已经设计并实施了具有直接驱动马达的新型的改进的轧机,以及用于操作该轧机的方法。

本发明的主要目的是提供一种轧机,使得可以在不需要拆卸机器的任何部件的情况下,而只需简单地调整轧机的操作程序就可以对谷物进行各种类型的加工。

本发明的另一个目的是减少加工时间。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,使得可以通过预设的或可预设的程序或“配方”立即并自动地调整加工循环和操作参数的顺序或序列。并且,该程序或“配方”可以快速更新或更改,即使在加工循环期间。

本发明的另一个目的是提供一种新型轧机,该轧机允许不断监测并因此可预见滚筒和所有受磨损部件的磨损程度,从而减少维护和检查时间以及成本。

本发明的另一个目的是提供一种整体尺寸减小的轧机。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,其具有更少的待组装部件以及更短的组装时间。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,其中额定转矩对于宽范围的转速是可用的。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,使得能够管理和设定不同的转速,同时保持传递的扭矩恒定。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,其中可以改变每一对滚筒中的每个滚筒的转速而不需要改变或加工或处理机械部件。

本发明的另一目的是提供一种轧机,其中在使用相同的马达功率时将更多的功率或转矩传递到滚筒。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,其允许回收滚筒的部分旋转能量。

本发明的另一个目的是提供一种需要更少的维护的轧机。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,使得能够控制每个滚筒的转矩参数和转数,从而允许操作者以可能的最好的方式管理机器,根据最多样化的磨削规格调整机器。

本发明的另一个目的是提供一种轧机,其中可以控制每个马达的速度。

本发明的另一个目的是提高操作者的安全程度,避免需要太频繁地拆卸和重新组装机器的部件,以及出现危险的移动部件例如带、传动装置和齿轮。

本发明提供的优点在于,可以改变要在机器中处理的物料的进给速率,还将磨削滚筒的速度与轧机的进给辊的速度同步,始终保证获得的产品的最佳磨削,没有振动并且噪音减小。

这些以及其他直接和互补的目的是通过具有直接驱动马达的新型改进的轧机以及用于操作该轧机的方法来实现的。

新型轧机包括一对或多对轧制滚筒,其中每对滚筒中的每个滚筒设置有转矩马达,该转矩马达进而直接安装或直接设置在滚筒轴上。

每对滚筒被布置成它们彼此平行且间隔适当的距离,使得包含在两个滚筒本身之间的空间对于磨削引入其间的产品而言是最佳的。

每个滚筒都包括由轧机的架通过合适的结构支撑的旋转和支撑轴。

该磁力驱动类型的转矩马达安装或组装在每个轴的至少一个端部上。

基本上,转子(意味着转矩马达的设置有永磁体的部分)固定到滚筒轴的端部,而定子固定到该结构上,定子是相同转矩马达的设置有产生具有可变强度的旋转磁场的线圈或绕组的相应部分。

在可能的方案中,该转子直接连接到所述滚筒轴的端部,而该定子被约束到该滚筒轴的支撑凸缘,从而其相对于所述转子径向设置。

根据变型实施例,马达的该转子以这样的方式连接到滚筒轴的端部,即使得其与滚筒轴成为一体,而定子通过反动式臂保持静止,其使得除了能够吸收由于磨削活动引起的滚筒的所有未对准和松弛之外,还可以向轴传递转矩。

然而,可以采用任何其他切实可行的方案来将每个马达组装在相应滚筒的轴上。

控制电路用于监测和控制供给线圈的能量,并因此监视和控制滚筒的旋转参数,该控制电路由连接到相应的线圈或绕组的两个单独的控制单元构成,并且可能具有适于检测滚筒位置的传感器,由于同步马达的转子的位置可以通过管理旋转磁场的旋转的控制单元来控制,所以传感器并不是必不可少的。

该控制电路向滚筒轴的支撑件或凸缘的合适的线圈或绕组供应所需的能量和交变(alternance),以便将期望的转速和转矩传递到轴的永磁体并因此传递到滚筒。控制电路监控每对滚筒的两个滚筒的旋转参数,从而可以为每对滚筒的两个滚筒设定相同的速度或不同的速度。

通过这种方式,该控制电路可以为轧制对的一个滚筒设定比与其耦接的(或成对的)另一个滚筒的旋转速度更低的旋转速度,并且因此前一个滚筒被制动,从而对被引入两个滚筒之间的谷物进行最佳地加工和磨削。

控制电路还使得能够决定两个滚筒中的哪一个旋转得更快。

特别地,较快的滚筒可以是前滚筒或也可以是后滚筒,无差别地,取决于要获得的磨削类型。

因此,在例如当需要破碎谷物时使用成对的带凹槽的滚筒的情况下,可以执行以下类型的加工:a)刃-刃,b)背-背,c)刃-背,d)背-刃,而无需拆卸机器。

事实上,得益于改变两个磨削滚筒的相对速度的控制电路,可以执行所述类型的加工中的每一个,其中,滚筒之间的速度差可以在机器的操作期间改变,而不需要任何中断。

根据本发明,可以颠倒一个或两个滚筒的旋转方向,例如在机器堵塞或用于清洁目的的情况下。

当转矩马达以可逆方式运行时,由于较快滚筒对较慢滚筒施加的驱动作用(发生在产品被磨削期间),可以回收部分由干线(电力线,电源)供给的能量,正是由于两个滚筒的转速之间的差异。

通过在功率整流器的下游使用DC-BUS类型或其他类型的连接来适当地连接两个控制单元,可以从较慢的马达实现产生能量,该能量能立即应用于较快的马达。较慢的滚筒以及因此与之连接的马达由正被磨削的产品驱动,其充当较快滚筒的驱动元件。

新型改进的轧机的优点如下。

首先,能够通过控制电路自动地改变两个滚筒之间的速度比,而不需要停止机器且特别是不需要拆卸机器,彻底改变了迄今已知的磨削工艺。事实上,根据待磨削的产品的类型和要达到的淀粉破损水平,可以改变两个滚筒中的每一个的速度以及甚至可能旋转方向,以及它们的旋转比,根据要获得的成品。

除上述之外,由于回收由较慢滚筒供应的能量,获得了高节能。此外,不同于在怠速运行或空转时吸收40%安装功率的传统轧机的马达,作为本发明主题的新型轧机的马达吸收10-12%的安装功率。因此,与传统马达相比,为了保持轧机怠速运行而节省的所有功率将在磨削步骤期间可用。此外,在磨削步骤中,由于安装在较慢滚筒上的马达执行的回收动作,还可以节省30%的能量。这意味着,与传统马达相比,带有两个转矩马达的系统允许较慢的马达将来自电力干线的电能的一部分用于较快的马达。

新型马达的应用为控制电路提供了一整系列参数,这些参数使得可以以最佳方式管理磨削工艺。实际上,通过两个控制单元可以控制以下内容:

a.每个马达的转矩;

b.转数;

c.吸收功率;

d.温度;

e.速度比。

所有上述和其他可能的参数使得若干预设程序能够在控制电路上运行。这使得可以根据可完全或完美重复并因此不会经受因人工管理而出现的错误的规格获得所需的产品。

因此,根据谷物的类型,可以应用预设或任何情况下的可预设的程序或“配方”,其中所有加工参数和操作的确切顺序以精确且可重复的方式限定,其中该参数和操作将被设定为自动控制每一对滚筒的每个滚筒的速度、转矩和旋转方向。

该程序或“配方”可以连续更新,并且在任何情况下可以根据必须不时获得的产品类型进行修改或添加。这是可能的,这要归功于应用的新技术,它使得所有操作参数能够被控制,并且能够被完全、立即以及自动地修改。

新型轧机还包括适于控制磨削滚筒的夹紧力的设备,这使得可以通过调节两个滚筒之间的距离来验证和重现磨削应力的强度。该设备由两个称重传感器或其他适合测量滚筒的夹紧力的装置组成。可以在控制设备上读取的力值被传送到控制电路,其作用于马达管理参数,以获得期望的磨削强度。

特别地,根据功率吸收和称重传感器的应力,还可以管理待加工物料的进给速率。

附表通过非限制性示例示出了本发明的实际实施方案。

图5示出了轧机的一对滚筒(C’,C”),但下面提供的解释应理解为适用于配备有两对或更多对滚筒(C’,C”)的轧机。

每个滚筒(C’,C”)被布置成其轴(A’,A”)平行于另一个滚筒(C”,C’)的轴(A”,A’)。

每个滚筒(C’,C”)的轴(A’,A”)的端部容纳在与轧机的结构(S)成一体的支撑件或支撑凸缘(F’,F”)中,并且在其中旋转。

磁马达的转子被施加到每个轴(A’,A”)的端部,并且特别地,一系列相同的永磁体(M’,M”)被施加、安装、连接或以任何方式连到轴(A’,A”)的所述端部,永磁体沿圆周布置,使得它们彼此等间距。

位于滚筒(C’,C”)的轴(A’,A”)的端部的母线上并且相对于滚筒(C’,C”)自身的轴纵向布置的永磁体(M’,M”)构成每个转矩马达的所述转子。

构成每个转矩马达的第二部分的一系列线圈或绕组(B’,B”)(即,定子)被固定到轧机的结构(S)。

在图5所示的示例中,线圈或绕组(B’,B”)通过连接凸缘(H’,H”)固定至轧机的结构(S)。因此,该线圈(B’,B”)围绕轴(A’,A”)的具有永磁体(M’,M”)的端部安装,从而使得其相对于所述永磁体(M’,M”)径向布置。

所有滚筒(C’,C”)的所有线圈或绕组(B',B”)连接至控制电路(Z)。

该控制电路(Z)通过两个控制单元(L’,L”)独立地控制和供给两个滚筒(C’,C”)中的每一个的线圈或绕组(B’,B”)。

较快滚筒(C’)的马达的控制单元(L')用作主控制单元,而较慢滚筒(C”)的马达的控制单元(L”)被设定为辅控制单元。特别地,控制电路(Z)以合适的强度和频率供给线圈或绕组(B’,B”),或者交替功率供应顺序,以便将期望的转矩和转速传送至永磁体(M’,M”),并因此传送到滚筒(C’,C”)。

控制电路(Z)监控两个滚筒(C’,C”)的旋转参数,使得可以为这两个滚筒(C’,C”)设定相同的速度或不同的速度。

例如,控制电路(Z)可以为两个滚筒(C’,C”)设定相同的转速,或者可以将两个滚筒(C’,C”)中的每一个的旋转转矩设定为相同或不同的值,或者可以将一个滚筒(C’)的速度设定为低于与其成对的另一个滚筒(C”)的速度,使得前一个滚筒因而被制动。

此外,控制电路(Z)可以提供设定,根据该设定,第一滚筒(C’)设定为以确定的速度旋转,而第二滚筒(C”)的马达以更低的速度旋转。这样,第二滚筒(C”)由第一滚筒(C’)的运动和引入滚筒(C’,C”)之间的物料而驱动。第二滚筒(C”)由其马达制动,并且然后相应的控制单元(L”)通过反馈连接(R)使部分回收能量对第一滚筒(C’)的马达可用,直接将其供应至控制单元(L’)

图6、图7、图8和图9示出了如何在不改变滚筒(C’,C”)的布置的情况下,仅通过改变它们的转速来改变加工的类型,其中较高的速度由双箭头表示,较低的速度由单箭头表示,并且从上方引入物料的方向由虚线箭头表示。

如图6至图9所示,滚筒(C’,C”)具有平滑的或带凹槽的表面(C1),即包括具有基本上锯齿形状的截面即不对称的三角形截面的多个凸起(D’,D”),每个凸起限定切割边缘或刃(D1)以及倾斜表面或背(D2)。

在图6中,滚筒(C’,C”)以匹配的方式设置,即,使得第一滚筒或前滚筒(C’)的齿(D’)的刃(D1)向下指向,而第二滚筒或后滚筒(C”)的齿(D”)的刃(D1)向上指向。实现了刃-刃加工,其中前滚筒(C’)以高于后滚筒(C”)的速度旋转。

图7示意性地示出了如何在不颠倒滚筒(C’,C”)的位置的情况下仅通过使后滚筒(C”)比前滚筒(C’)旋转得更快来实现背-背类型的加工。

在图8中,滚筒(C’,C”)以镜面或镜对称的方式布置,即,使得两个滚筒(C’,C”)的齿(D’,D”)的刃(D1)均向下指向。实现了刃-背类型的加工,其中前滚筒(C’)以高于后滚筒(C”)的速度旋转。

图9示意性地示出了如何在不颠倒滚筒(C’,C”)的位置的情况下仅通过使后滚筒(C”)比前滚筒(C’)旋转得更快来实现背-刃类型的加工。

新型轧机优选还包括适合用作与用户或外部终端的接口的装置或设备,其用于输入和/或设定和/或修改与加工参数相关的数据和控制。

另一个技术优点在于可以调整要在机器中加工的物料的进给速率。

众所周知,轧机在其上部设置有辊设备或进给辊,该辊设备或进给辊从包含在机器中的堆积料斗收集待磨削物料并将其输送到下面的磨削滚筒。该进给辊的速度是可变的并且决定了机器的容量。

在传统的轧机中,较快的磨削滚筒的速度和两个速度的差速比是固定的参数,只能通过改变机器的机械结构才能改变。在某些情况下,如果需要增加轧机的磨削能力,则进给辊的速度会增加,但这只有在磨削滚筒的最大圆周速度或围边速度超过由进给辊传递给到达滚筒的产品的速度的时候才有可能实现。

这两个速度之间的这种关系保证了磨削的均匀性,这对于获得最佳成品是至关重要的。在相反的情况下,如果磨削滚筒的速度低于到达滚筒的产品的速度,则物料将积聚在滚筒上,导致磨削不均匀,加大了振动和噪音,这是由于连续的击打。

得益于新型轧机还包括控制进给辊的速度的装置,可以使两个速度即进给辊的速度和磨削滚筒的速度同步。其目的是确保磨削速度始终高于进给速度,从而对于机器的所有操作速度,都可以获得最佳的磨削效果,不会产生振动并且噪音降低。

这些是对于本领域的技术人员而言足以实施本发明的示意性概述,因此,在实施步骤中可以形成不影响此处介绍的创新概念的本质的变体。

因此,参考以上描述和随附附图,列出所附权利要求。

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