一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，包括截割電機(jī)、調(diào)速電機(jī)、差動(dòng)行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒；所述差動(dòng)行星輪系主要由行星架、齒圈、太陽(yáng)輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設(shè)有齒輪；所述截割電機(jī)通過(guò)齒輪副與差動(dòng)行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動(dòng)，所述調(diào)速電機(jī)通過(guò)電機(jī)減速器與差動(dòng)行星輪系上的太陽(yáng)輪傳動(dòng)連接，所述差動(dòng)行星輪系與截割部行星減速器之間通過(guò)齒輪副傳動(dòng)連接；本發(fā)明通過(guò)增加一級(jí)差動(dòng)行星輪系和電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了滾筒截割轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；與傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有尺寸變化不大，成本增加小，適用范圍廣，對(duì)安裝空間要求不高的優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭開(kāi)采設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截 割傳動(dòng)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭是我國(guó)的主體能源，2012年全國(guó)共采出煤炭36. 6億噸，開(kāi)采深度大于500米 的礦井占40%，目前已有數(shù)十個(gè)礦井的開(kāi)采深度超過(guò)千米。深部煤層的瓦斯爆炸及巖層垮 塌、突水等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率高、偶然性強(qiáng)，對(duì)采掘礦工生命安全威脅極大，使得采掘過(guò)程中 傷亡事故頻發(fā)。為適應(yīng)深部危險(xiǎn)煤層無(wú)人化開(kāi)采的需求，迫切需要工況自適應(yīng)能力良好的 深部危險(xiǎn)煤層的無(wú)人采掘裝備與技術(shù)。
[0003] 傳統(tǒng)的采煤機(jī)都是通過(guò)更換一副塔式齒輪副和不同直徑的截割滾筒來(lái)改變截割 轉(zhuǎn)速和截割線速度，以適應(yīng)相應(yīng)的地質(zhì)情況。而深部煤層地質(zhì)情況更加復(fù)雜多變，且不易預(yù) 測(cè)。在煤礦井下更換塔式齒輪副不僅困難，而且還易使傳動(dòng)系統(tǒng)受到粉塵的污染，增大整機(jī) 的故障率，影響生產(chǎn)效率。
[0004] 傳統(tǒng)采煤機(jī)一旦傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)確定，正常工作時(shí)截割轉(zhuǎn)速無(wú)法再調(diào)節(jié)。這樣，就不 能有效發(fā)揮采煤機(jī)的截割性能，難以對(duì)采煤效率、塊煤率和截割比能耗進(jìn)行有效地控制；且 應(yīng)對(duì)突變負(fù)載的能力也較弱。使得傳統(tǒng)采煤機(jī)的工況適應(yīng)性較差。
[0005] 已有相關(guān)研究表明，截割滾筒的轉(zhuǎn)速與采煤機(jī)的牽引速度之間存在一定的匹配關(guān) 系，可以實(shí)現(xiàn)采煤效率、塊煤率、截割比能耗這三大采煤指標(biāo)的最優(yōu)控制；同時(shí)，變截割轉(zhuǎn)速 能夠更好的應(yīng)對(duì)突變負(fù)載工況，提高截割傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)沖擊載荷的能力，降低沖擊載荷對(duì) 截割傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，從而提高截割傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
[0006] 現(xiàn)代采煤機(jī)都有智能化、自動(dòng)化、截割功率增大的趨勢(shì)，但唯獨(dú)所有采煤機(jī)的截割 轉(zhuǎn)速都未能實(shí)現(xiàn)在采煤工作過(guò)程中進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果直接對(duì)大功率截割電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速， 一方面，大功率變頻器高昂的價(jià)格難以承受；而另一方面，大功率的變頻器所需的安裝空間 也巨大，采煤機(jī)能否提供或者允許足夠大的安裝空間也是一個(gè)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可對(duì)截割滾筒進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、可進(jìn)一步提 高截割功率、同時(shí)還能緩和沖擊負(fù)載對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)影響的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào) 速截割傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào) 速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，包括截割電機(jī)、調(diào)速電機(jī)、差動(dòng)行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒； 所述差動(dòng)行星輪系主要由行星架、齒圈、太陽(yáng)輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設(shè) 有齒輪；所述截割電機(jī)通過(guò)齒輪副與差動(dòng)行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動(dòng)，所述調(diào)速電機(jī) 通過(guò)電機(jī)減速器與差動(dòng)行星輪系上的太陽(yáng)輪傳動(dòng)連接，所述差動(dòng)行星輪系與截割部行星減 速器之間通過(guò)齒輪副傳動(dòng)連接。
[0009] 進(jìn)一步，還包括液壓制動(dòng)器，所述液壓制動(dòng)器與調(diào)速電機(jī)的輸出軸分別通過(guò)聯(lián)軸 器與電機(jī)減速器的輸入軸相連。
[0010] 進(jìn)一步，所述電機(jī)減速器為一對(duì)相互嚙合的齒輪副。
[0011] 進(jìn)一步，所述截割電機(jī)的動(dòng)力輸出軸為彈性扭矩軸。
[0012] 進(jìn)一步，所述調(diào)速電機(jī)為三相異步交流電機(jī)或直流電機(jī)或液壓馬達(dá)。
[0013] 進(jìn)一步，還包括變頻器與控制器，所述變頻器與控制器分別與截割電機(jī)及調(diào)速電 機(jī)相連。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0015] (1)本申請(qǐng)直接在傳統(tǒng)采煤機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)增加一級(jí)差動(dòng)行星輪系 和電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了滾筒截割轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；
[0016] (2)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（包括調(diào)速電機(jī)、電機(jī)減速器）的加入，不僅在增速時(shí)提高了采 煤機(jī)的峰值截割功率，還進(jìn)一步緩和了沖擊負(fù)載對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)的不利影響，使采煤機(jī)能 更好的適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)煤層的采掘工作；
[0017] (3)通過(guò)對(duì)截割滾筒轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可更好的控制采煤機(jī)的采煤效率、塊煤率和截割 比能耗，以及應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工況；
[0018] (4)在不同工況下，調(diào)速電機(jī)可作為發(fā)電機(jī)使用，產(chǎn)生的電能可以回饋至電網(wǎng)，可 節(jié)省能源，提高能源的利用率；
[0019] (5)與傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)相比，該無(wú)極調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)具有尺寸變化不大，成本增 力口小，適用范圍廣，對(duì)安裝空間要求不高的優(yōu)勢(shì)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0021] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0022] 圖2為差動(dòng)行星輪系的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025] 如圖1所示，本實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，包括截 割電機(jī)Ml、調(diào)速電機(jī)M2、差動(dòng)行星輪系P1、截割部行星減速器P2及截割滾筒；所述差動(dòng)行 星輪系Pl主要由行星架XI、齒圈、太陽(yáng)輪Al及行星輪Cl組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上對(duì)應(yīng) 設(shè)有內(nèi)齒Bl及外齒Z5 ;所述截割電機(jī)Ml通過(guò)齒輪副與差動(dòng)行星輪系Pl上的齒圈外齒Z5 哨合傳動(dòng)，所述調(diào)速電機(jī)M2通過(guò)電機(jī)減速器與差動(dòng)行星輪系Pl上的太陽(yáng)輪Al傳動(dòng)連接， 所述差動(dòng)行星輪系Pl與截割部行星減速器P2之間通過(guò)齒輪副傳動(dòng)連接，截割部行星減速 器P2的輸出軸與截割滾筒連接。
[0026] 具體的，本實(shí)施例中的無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)中共有三級(jí)齒輪減速傳動(dòng)系統(tǒng)，齒 輪Zl?Z3構(gòu)成第一級(jí)減速傳動(dòng)：截割電機(jī)Ml的動(dòng)力由齒輪Zl輸出，經(jīng)惰輪Z2傳遞至齒 輪Z3 ;齒輪Z4?Z5構(gòu)成第二級(jí)減速傳動(dòng)：Z3與Z4同軸設(shè)置，Z4同齒圈的外齒Z5嚙合傳 動(dòng)；差動(dòng)行星輪系Pl的自由度為2,動(dòng)力可通過(guò)齒圈、太陽(yáng)輪Al輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)速耦合后由行星 架Xl輸出至齒輪Z6上；齒輪Z6?Z9構(gòu)成第三級(jí)減速傳動(dòng)：其中齒輪Z7與Z8為惰輪，動(dòng) 力經(jīng)齒輪Z9傳遞至截割部行星減速器P2后再驅(qū)動(dòng)截割滾筒工作。當(dāng)然，差動(dòng)行星輪系Pl 的動(dòng)力也可僅由截割電機(jī)Ml輸入，太陽(yáng)輪Al及行星架Xl輸出，此時(shí)的調(diào)速電機(jī)M2為負(fù)載， 可作為發(fā)電機(jī)使用。
[0027] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)施例中還設(shè)有液壓制動(dòng)器HB，所述液壓制動(dòng)器 HB與調(diào)速電機(jī)M2的輸出軸分別通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)減速器的輸入軸相連；在液壓制動(dòng)器HB 對(duì)調(diào)速電機(jī)M2進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)輪Al被制動(dòng)，此時(shí)截割電機(jī)Ml的輸出動(dòng)力直接經(jīng)三級(jí)齒 輪減速傳動(dòng)系統(tǒng)Zl?Z9、差動(dòng)行星輪系Pl和截割部行星減速器P2后傳遞至截割滾筒，截 割轉(zhuǎn)速不可調(diào)。其中，本實(shí)施例中的電機(jī)減速器為一對(duì)相互嚙合的齒輪副（ZlUZlO)，當(dāng)然， 此處的電機(jī)減速器可以是單級(jí)減速器，也可以是多級(jí)減速器。
[0028] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)施例中截割電機(jī)Ml的動(dòng)力輸出軸為彈性扭矩 軸，可對(duì)截割電機(jī)Ml及截割傳動(dòng)系統(tǒng)起過(guò)載保護(hù)作用。
[0029] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)施例中還包括變頻器與控制器，所述變頻器與 控制器分別與截割電機(jī)Ml及調(diào)速電機(jī)M2相連。其中，調(diào)速電機(jī)M2為三相異步交流電機(jī)或 直流電機(jī)或液壓馬達(dá)。
[0030] 具體的，調(diào)速電機(jī)M2為三相異步交流電機(jī)時(shí)，在控制器的作用下，通過(guò)變頻器對(duì) 調(diào)速電機(jī)M2的電源頻率進(jìn)行調(diào)整，以改變調(diào)速電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速，同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)速耦合的控制。
[0031] 調(diào)速電機(jī)M2采用直流電機(jī)時(shí)，可配合整流器、調(diào)速控制器、蓄電池組等，實(shí)現(xiàn)速度 控制功能。
[0032] 調(diào)速電機(jī)M2采用液壓馬達(dá)代替時(shí)，可同時(shí)配合換向閥、蓄能器、壓力傳感器等實(shí) 現(xiàn)調(diào)速功能；另外，采用液壓馬達(dá)調(diào)速，更易于實(shí)現(xiàn)截割傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。
[0033] 本發(fā)明的無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程及原理如下：
[0034] 煤層煤質(zhì)條件較好時(shí)，液壓制動(dòng)器HB制動(dòng)調(diào)速電機(jī)M2,即相當(dāng)于制動(dòng)了差動(dòng)行星 輪系Pl中的太陽(yáng)輪A1，此時(shí)截割轉(zhuǎn)速不可調(diào)，截割滾筒以一定的截割轉(zhuǎn)速工作；截割電機(jī) Ml的輸出動(dòng)力經(jīng)三級(jí)齒輪減速傳動(dòng)系統(tǒng)Zl?Z9、差動(dòng)行星輪系Pl和截割部行星減速器P2 后傳遞至截割滾筒。
[0035] 煤層煤質(zhì)條件變惡劣時(shí)，液壓制動(dòng)器HB不制動(dòng)調(diào)速電機(jī)M2,即差動(dòng)行星輪系Pl的 太陽(yáng)輪Al可轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)截割轉(zhuǎn)速可調(diào)。
[0036] 差動(dòng)行星輪系Pl三個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速關(guān)系式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：包括截割電機(jī)、 調(diào)速電機(jī)、差動(dòng)行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒；所述差動(dòng)行星輪系主要由行星 架、齒圈、太陽(yáng)輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設(shè)有齒輪；所述截割電機(jī)通過(guò)齒輪 副與差動(dòng)行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動(dòng)，所述調(diào)速電機(jī)通過(guò)電機(jī)減速器與差動(dòng)行星輪系 上的太陽(yáng)輪傳動(dòng)連接，所述差動(dòng)行星輪系與截割部行星減速器之間通過(guò)齒輪副傳動(dòng)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在 于：還包括液壓制動(dòng)器，所述液壓制動(dòng)器與調(diào)速電機(jī)的輸出軸分別通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)減速 器的輸入軸相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在 于：所述電機(jī)減速器為一對(duì)相互哨合的齒輪副。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在 于：所述截割電機(jī)的動(dòng)力輸出軸為彈性扭矩軸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在 于：所述調(diào)速電機(jī)為三相異步交流電機(jī)或直流電機(jī)或液壓馬達(dá)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速截割傳動(dòng)系統(tǒng)，其 特征在于：還包括變頻器與控制器，所述變頻器與控制器分別與截割電機(jī)及調(diào)速電機(jī)相連。
【文檔編號(hào)】F16H1/28GK104455224SQ201410653104
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】楊陽(yáng), 馬鵬程, 秦大同, 孫冬野, 崔維隆 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)