基于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采煤機(jī)截割部采研究

吳峰+楊磊+陳亞鵬

摘 要：采煤機(jī)截割部采用雙電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)功率大、機(jī)身高度低的優(yōu)勢(shì)，分析了截割部工作機(jī)構(gòu)在交變載、階躍載荷和沖擊載荷作用下，系統(tǒng)剛度、雙電動(dòng)機(jī)間連接剛度和雙電機(jī)的機(jī)械特性差異對(duì)電機(jī)同步性的影響但比較突出的問(wèn)題是其傳動(dòng)齒輪、軸承或電動(dòng)機(jī)的損壞概率要比單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大得多，故從動(dòng)力學(xué)角度對(duì)采煤機(jī)截割部雙電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；截割部；雙電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)

引言：近幾年隨著礦山機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展，采煤機(jī)的設(shè)計(jì)有了巨大的改進(jìn)，采用雙電機(jī)機(jī)械串接驅(qū)動(dòng)方式廣泛出現(xiàn)，這種布局方式的優(yōu)點(diǎn)是在不增加機(jī)身高度的條件下，截割功率得到成倍增加，同時(shí)具有機(jī)面高度低、采高范圍大、適應(yīng)性好等特點(diǎn)。

1截割部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型

目前我國(guó)采煤機(jī)截割部應(yīng)用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要是中、厚煤層采煤機(jī)，而薄煤層采煤機(jī)由于受到空間尺寸的限制，大功率薄煤層采煤機(jī)截割部采用雙電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)居多，如圖 1所示，為了更好的研究采煤機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，在此分別建立了雙電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)和單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并分析其動(dòng)態(tài)特性的差異。在本模型中，把采煤機(jī)截割電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，截割部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)依據(jù)定軸輪系傳動(dòng)、惰輪傳動(dòng)和行星機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等效原則確定其當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，輪系傳動(dòng)和彈性扭矩軸的剛度，同樣采用等效原則處理，滾筒所受截割阻力等效為模型的負(fù)載力矩。

2雙電機(jī)傳動(dòng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)械特性

2.1截割部雙電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載分析

采煤機(jī)截割部電機(jī)是用于驅(qū)動(dòng)截割傳動(dòng)部的采煤機(jī)的滾筒截齒進(jìn)行采煤，由于在采煤過(guò)程中，采煤機(jī)截割電機(jī)的負(fù)載大小與多種因素有關(guān)，如煤層硬度、煤層夾矸厚度、夾矸硬度，采高和牽引速度等等。在諸多因素中只有牽引速度是可控的，其它因素均為不可控自然因素。在采煤過(guò)程中，采煤機(jī)的牽引速度越快，生產(chǎn)率越高，截割電機(jī)的負(fù)載越重。在生產(chǎn)過(guò)程中既要充分發(fā)揮采煤機(jī)的生產(chǎn)力又要保證截割電機(jī)的安全，使截割電機(jī)保持滿載而又不過(guò)載，這時(shí)會(huì)根據(jù)截割電機(jī)的負(fù)載情況隨時(shí)調(diào)節(jié)牽引速度，使截割電機(jī)的負(fù)載恒定在額定功率范圍內(nèi)。

2.2截割部雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)械特性分析

雙電機(jī)將輸出力矩通過(guò)減速器傳遞到滾筒上，驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖2所示

在圖2所示的雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，它是由兩臺(tái)型號(hào)相同的電機(jī) M1和 M2產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 TM1和 TM2之和 TM，來(lái)克服負(fù)載滾筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 TL進(jìn)行工作的。在非自然因素正常工作情況下這兩轉(zhuǎn)矩是平衡的，傳動(dòng)系統(tǒng)維持恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒和電動(dòng)機(jī)均以恒速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)發(fā)出轉(zhuǎn)矩經(jīng)減速器將傳遞給滾筒，帶動(dòng)滾筒勻速旋轉(zhuǎn)，而由上述分析可知在牽引速度的控制下，電機(jī)的負(fù)載恒定在額定功率范圍內(nèi)，此時(shí)滾筒對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

3采煤機(jī)截割部特點(diǎn)

截割傳動(dòng)部采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可在不增加機(jī)身高度的情況下，截割功率得到成倍增加，而且可在滿足采煤機(jī)原有技術(shù)性能指標(biāo)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)截割部電機(jī)的實(shí)時(shí)選擇性運(yùn)用，可有效避免或減少采煤機(jī)輕載的現(xiàn)象。同時(shí)，這一驅(qū)動(dòng)方式由于單電機(jī)容量降低，可大大減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減小采煤機(jī)相關(guān)電氣設(shè)備的選用容量，在某種程度上可減小綜采工作面的設(shè)備投資。截割部行星頭采用二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)方式，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，它的單級(jí)效率可達(dá) 98%以上，體積可比普通圓柱齒輪減速器小 1/4～1/2。該減速器是兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，每級(jí)行星輪個(gè)數(shù)為 4，采用整體鑄造機(jī)體，內(nèi)齒輪用平鍵裝于機(jī)體內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)架與輸出軸是整體鑄鋼件，輸出軸與聯(lián)軸器采用無(wú)鍵連接，高速級(jí)太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng)；低速級(jí)行星輪軸承使用寬而薄的專用滾動(dòng)軸承；齒輪及軸承均采用油池和強(qiáng)制循環(huán)聯(lián)合潤(rùn)滑。

4雙電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)及動(dòng)態(tài)特性分析

雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) TM與 n 運(yùn)行機(jī)械特性可近似如圖 3 所示，用直線 1 表示 TM=f（n），采煤機(jī)滾筒在正常工作中可看成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，用直線 2 表示 TL=常數(shù)

4總結(jié)

通過(guò)對(duì)雙電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行機(jī)械特性的分析，得出了雙電機(jī)串接并聯(lián)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，雙電機(jī)運(yùn)行機(jī)械特性曲線具有向下傾斜的機(jī)械特性，并得出了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的工作區(qū)間。同時(shí)，通過(guò)對(duì)雙電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行機(jī)械特性的分析，得出了當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)速 n、轉(zhuǎn)矩 TM、電流 I 對(duì)時(shí)間的動(dòng)態(tài)特性及動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程曲線圖。上述研究和分析對(duì)雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究有非常重要的意義。

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