一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，包括截割電機、調(diào)速電機、差動行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒；所述差動行星輪系主要由行星架、齒圈、太陽輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設有齒輪；所述截割電機通過齒輪副與差動行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動，所述調(diào)速電機通過電機減速器與差動行星輪系上的太陽輪傳動連接，所述差動行星輪系與截割部行星減速器之間通過齒輪副傳動連接；本發(fā)明通過增加一級差動行星輪系和電機調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)了滾筒截割轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)；與傳統(tǒng)的傳動系統(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，對安裝空間要求不高的優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭開采設備領域，具體涉及一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截 割傳動系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 煤炭是我國的主體能源，2012年全國共采出煤炭36. 6億噸，開采深度大于500米 的礦井占40%，目前已有數(shù)十個礦井的開采深度超過千米。深部煤層的瓦斯爆炸及巖層垮 塌、突水等地質(zhì)災害發(fā)生率高、偶然性強，對采掘礦工生命安全威脅極大，使得采掘過程中 傷亡事故頻發(fā)。為適應深部危險煤層無人化開采的需求，迫切需要工況自適應能力良好的 深部危險煤層的無人采掘裝備與技術。
[0003] 傳統(tǒng)的采煤機都是通過更換一副塔式齒輪副和不同直徑的截割滾筒來改變截割 轉(zhuǎn)速和截割線速度，以適應相應的地質(zhì)情況。而深部煤層地質(zhì)情況更加復雜多變，且不易預 測。在煤礦井下更換塔式齒輪副不僅困難，而且還易使傳動系統(tǒng)受到粉塵的污染，增大整機 的故障率，影響生產(chǎn)效率。
[0004] 傳統(tǒng)采煤機一旦傳動系統(tǒng)參數(shù)確定，正常工作時截割轉(zhuǎn)速無法再調(diào)節(jié)。這樣，就不 能有效發(fā)揮采煤機的截割性能，難以對采煤效率、塊煤率和截割比能耗進行有效地控制；且 應對突變負載的能力也較弱。使得傳統(tǒng)采煤機的工況適應性較差。
[0005] 已有相關研究表明，截割滾筒的轉(zhuǎn)速與采煤機的牽引速度之間存在一定的匹配關 系，可以實現(xiàn)采煤效率、塊煤率、截割比能耗這三大采煤指標的最優(yōu)控制；同時，變截割轉(zhuǎn)速 能夠更好的應對突變負載工況，提高截割傳動系統(tǒng)應對沖擊載荷的能力，降低沖擊載荷對 截割傳動系統(tǒng)的影響，從而提高截割傳動系統(tǒng)的可靠性。
[0006] 現(xiàn)代采煤機都有智能化、自動化、截割功率增大的趨勢，但唯獨所有采煤機的截割 轉(zhuǎn)速都未能實現(xiàn)在采煤工作過程中進行調(diào)節(jié)。如果直接對大功率截割電機進行變頻調(diào)速， 一方面，大功率變頻器高昂的價格難以承受；而另一方面，大功率的變頻器所需的安裝空間 也巨大，采煤機能否提供或者允許足夠大的安裝空間也是一個難題。


【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截割滾筒進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、可進一步提 高截割功率、同時還能緩和沖擊負載對截割傳動系統(tǒng)影響的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào) 速截割傳動系統(tǒng)。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào) 速截割傳動系統(tǒng)，包括截割電機、調(diào)速電機、差動行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒； 所述差動行星輪系主要由行星架、齒圈、太陽輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設 有齒輪；所述截割電機通過齒輪副與差動行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動，所述調(diào)速電機 通過電機減速器與差動行星輪系上的太陽輪傳動連接，所述差動行星輪系與截割部行星減 速器之間通過齒輪副傳動連接。
[0009] 進一步，還包括液壓制動器，所述液壓制動器與調(diào)速電機的輸出軸分別通過聯(lián)軸 器與電機減速器的輸入軸相連。
[0010] 進一步，所述電機減速器為一對相互嚙合的齒輪副。
[0011] 進一步，所述截割電機的動力輸出軸為彈性扭矩軸。
[0012] 進一步，所述調(diào)速電機為三相異步交流電機或直流電機或液壓馬達。
[0013] 進一步，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及調(diào)速電 機相連。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0015] (1)本申請直接在傳統(tǒng)采煤機傳動系統(tǒng)上進行改進，通過增加一級差動行星輪系 和電機調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)了滾筒截割轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)；
[0016] (2)電機調(diào)速系統(tǒng)（包括調(diào)速電機、電機減速器）的加入，不僅在增速時提高了采 煤機的峰值截割功率，還進一步緩和了沖擊負載對截割傳動系統(tǒng)的不利影響，使采煤機能 更好的適應復雜地質(zhì)煤層的采掘工作；
[0017] (3)通過對截割滾筒轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可更好的控制采煤機的采煤效率、塊煤率和截割 比能耗，以及應對復雜多變的工況；
[0018] (4)在不同工況下，調(diào)速電機可作為發(fā)電機使用，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)的傳動系統(tǒng)相比，該無極調(diào)速截割傳動系統(tǒng)具有尺寸變化不大，成本增 力口小，適用范圍廣，對安裝空間要求不高的優(yōu)勢。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0025] 如圖1所示，本實施例的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，包括截 割電機Ml、調(diào)速電機M2、差動行星輪系P1、截割部行星減速器P2及截割滾筒；所述差動行 星輪系Pl主要由行星架XI、齒圈、太陽輪Al及行星輪Cl組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上對應 設有內(nèi)齒Bl及外齒Z5 ;所述截割電機Ml通過齒輪副與差動行星輪系Pl上的齒圈外齒Z5 哨合傳動，所述調(diào)速電機M2通過電機減速器與差動行星輪系Pl上的太陽輪Al傳動連接， 所述差動行星輪系Pl與截割部行星減速器P2之間通過齒輪副傳動連接，截割部行星減速 器P2的輸出軸與截割滾筒連接。
[0026] 具體的，本實施例中的無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)中共有三級齒輪減速傳動系統(tǒng)，齒 輪Zl?Z3構(gòu)成第一級減速傳動：截割電機Ml的動力由齒輪Zl輸出，經(jīng)惰輪Z2傳遞至齒 輪Z3 ;齒輪Z4?Z5構(gòu)成第二級減速傳動：Z3與Z4同軸設置，Z4同齒圈的外齒Z5嚙合傳 動；差動行星輪系Pl的自由度為2,動力可通過齒圈、太陽輪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)成第三級減速傳動：其中齒輪Z7與Z8為惰輪，動 力經(jīng)齒輪Z9傳遞至截割部行星減速器P2后再驅(qū)動截割滾筒工作。當然，差動行星輪系Pl 的動力也可僅由截割電機Ml輸入，太陽輪Al及行星架Xl輸出，此時的調(diào)速電機M2為負載， 可作為發(fā)電機使用。
[0027] 作為上述方案的進一步改進，本實施例中還設有液壓制動器HB，所述液壓制動器 HB與調(diào)速電機M2的輸出軸分別通過聯(lián)軸器與電機減速器的輸入軸相連；在液壓制動器HB 對調(diào)速電機M2進行制動時，太陽輪Al被制動，此時截割電機Ml的輸出動力直接經(jīng)三級齒 輪減速傳動系統(tǒng)Zl?Z9、差動行星輪系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，本實施例中的電機減速器為一對相互嚙合的齒輪副（ZlUZlO)，當然， 此處的電機減速器可以是單級減速器，也可以是多級減速器。
[0028] 作為上述方案的進一步改進，本實施例中截割電機Ml的動力輸出軸為彈性扭矩 軸，可對截割電機Ml及截割傳動系統(tǒng)起過載保護作用。
[0029] 作為上述方案的進一步改進，本實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Ml及調(diào)速電機M2相連。其中，調(diào)速電機M2為三相異步交流電機或 直流電機或液壓馬達。
[0030] 具體的，調(diào)速電機M2為三相異步交流電機時，在控制器的作用下，通過變頻器對 調(diào)速電機M2的電源頻率進行調(diào)整，以改變調(diào)速電機M2的轉(zhuǎn)速，同時進行轉(zhuǎn)速耦合的控制。
[0031] 調(diào)速電機M2采用直流電機時，可配合整流器、調(diào)速控制器、蓄電池組等，實現(xiàn)速度 控制功能。
[0032] 調(diào)速電機M2采用液壓馬達代替時，可同時配合換向閥、蓄能器、壓力傳感器等實 現(xiàn)調(diào)速功能；另外，采用液壓馬達調(diào)速，更易于實現(xiàn)截割傳動系統(tǒng)的過載保護。
[0033] 本發(fā)明的無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)的工作過程及原理如下：
[0034] 煤層煤質(zhì)條件較好時，液壓制動器HB制動調(diào)速電機M2,即相當于制動了差動行星 輪系Pl中的太陽輪A1，此時截割轉(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 Ml的輸出動力經(jīng)三級齒輪減速傳動系統(tǒng)Zl?Z9、差動行星輪系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，液壓制動器HB不制動調(diào)速電機M2,即差動行星輪系Pl的 太陽輪Al可轉(zhuǎn)動，此時截割轉(zhuǎn)速可調(diào)。
[0036] 差動行星輪系Pl三個基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速關系式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，其特征在于：包括截割電機、 調(diào)速電機、差動行星輪系、截割部行星減速器及截割滾筒；所述差動行星輪系主要由行星 架、齒圈、太陽輪及行星輪組成，所述齒圈的內(nèi)、外圈上均設有齒輪；所述截割電機通過齒輪 副與差動行星輪系上的齒圈外圈嚙合傳動，所述調(diào)速電機通過電機減速器與差動行星輪系 上的太陽輪傳動連接，所述差動行星輪系與截割部行星減速器之間通過齒輪副傳動連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，其特征在 于：還包括液壓制動器，所述液壓制動器與調(diào)速電機的輸出軸分別通過聯(lián)軸器與電機減速 器的輸入軸相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，其特征在 于：所述電機減速器為一對相互哨合的齒輪副。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，其特征在 于：所述截割電機的動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)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(tǒng)，其特征在 于：所述調(diào)速電機為三相異步交流電機或直流電機或液壓馬達。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的基于轉(zhuǎn)速耦合的采煤機無級調(diào)速截割傳動系統(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及調(diào)速電機相連。
【文檔編號】F16H1/28GK104455224SQ201410653104
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】楊陽, 馬鵬程, 秦大同, 孫冬野, 崔維隆 申請人:重慶大學