井下工作面输送设备驱动系统的研究

井下工作面输送设备驱动系统的研究

目前，国内外采矿下推挤机和鼓臂的动力生产线一般为：通过液力偶合器或其他联轴器，通过齿轮减速，将其传输至倾斜工作面的刮板臂或条带状撒布机。八十年代初,推出了双速电动机拖动,代替了原来的单速电动机拖动,局部改善了设备的启动性能。九十年代,德国、澳大利亚相继出现了差动调速的CST和阀控充液式液力偶合器等软启动传动系统,分别用于井下工作面输送设备,简称软启动系统。该系统可使拖动电动机空载起动后,再逐步加载到额定载荷,改善了井下工作面输送设备的起动性能。上述传动系统,虽然改善了拖动电动机的起动性能,但也存在以下缺点:1.在使用液力偶合器做为缓冲元件的传动系统中,液力偶合器不能保证拖动电动机在完全空载的状态下起动,只能部分地降低起动负荷。液力偶合器的滑差量,随负载增加而增加,随负载降低而降低。使配套主机在小于额定负载和空载状态下,仍以在额定负载下略有增加的速度运行,这增加了主机相应运动元部件的磨损和电能的消耗。在满载状态下,特别是超载停机后的再起动,往往需反复起动,致使液力偶合器的温度急剧升高,造成液力偶合器喷液,存在烫伤工作人员的隐患。2.双速电动机拖动,较好地解决满载起动问题,对供电电网的冲击较小。但在井下复杂的工作环境中,设备的瞬时刮卡以及煤壁的片帮塌落时有发生,这些不同程度的冲击,由于刚性联接传动的因素,直接或间接地作用在配套主机的相应元部件上,使其受冲击载荷而损坏。而电控开关,是通过热积累方式保护长时过载,对瞬时过载又无保护能力。在空载状态下,则以较额定速度略高的速度运行。3.软启动传动系统,实现了拖动电动机空载起动目的,降低了电动机带载启动时的电能消耗,大幅度减少了对供电电网的冲击,缩小了电动机的起动时间。采用负载信号调节载荷调整元件,实现了多机传动的功率平衡和短时的低速运行功能,较好地解决了设备的过载保护问题。但其在欠载和空载状态下,运动元部件仍以额定速度运行,不能解决设备的无功磨损问题。设备的无功磨损问题,是上述几种传动系统的共性问题。目前我国绝大多数煤矿,炮采工作面运输设备,工作在超载、额定负载下的时间约为整个工作时间的3～5%,高档普采工作面运输设备约为5～15%,综采工作面运输设备约为10～20%,综放工作面运输设备约为8～15%。而工作面配套设备的拖动电动机,多按额定负载略有加大选用,故在欠负载和空负载的工作状态下,电动机的裕量随负载的降低而增加,配套设备的元部件仍以额定速度运行。这就使配套设备在非做功状态下仍在消耗电能和磨损运动元部件,造成了多余的设备磨损和电能消耗。为了解决上述问题,各国都在研究新的传动系统。八十年代,前苏联国立煤矿机械设计研究所与马拉霍夫斯基工厂,试制了一种装有差动行星齿轮减速器和电磁滑差联轴器的新型传动装置—П110Э型传动装置,以及与之配套的АУП型控制装置,该装置有以下特点:1.刮板输送机满载时,刮板链以额定速度运行;欠载时,刮板链正比于负载降慢速度运行;空载时,降到最低设置速度运行,且有恒定的牵引力。2.可手动设置刮板链在调车速度下工作,该速度为额定速度的三分之一。3.拖动电动机,可在完全空载状态下起启动。4.在过载严重的状态下,刮板链以脉动方式运行,而不需拖动电动机逆转。5.可在规定的紧链力下,对刮板链施行紧链。6.电控和减速器均有过载保护。7.能够改变驱动装置的最大负荷量。8.可以有效地降低整机的动负荷系数(配液力偶合器为1.39,П110Э为1.09)。该试验装置的主要技术参数及试验数据如下:电动机型号:ЭДКОФ—4—90功率:90kW同步转速:1500r/min刮板链速度:0～1.5m/s空载功率:刮板链速为1.5m/s时,机尾13kW,机头22kW。最低刮板链速下的总功率为6kW。П110Э型传动装置的原理见《УголъУкраины》。П110Э型传动装置,是由一级行星齿轮传动与一级圆柱齿轮传动作为主传动,调速传动是由带外齿的行星传动齿圈的差速机构,以及与其外啮合的圆柱齿轮,构成两级增速传动,其高速级与电磁滑差联轴节相连。速度反馈信号是由装在电磁滑差联轴节轴上的速度传感器取得,并由此来控制电磁滑差联轴节上的励磁电流,以达到调速的目的。在资料中,没有给出АУП的电控原理图,再者,只能垂直于主机运行方向布置。近几年来,我国机械化采煤设备和工艺发展很快,就技术来说,基本上是八十年代的国际水平,达到九十年代初、中期水平的寥寥无几;就品种来说尚不齐全;就结构来说,仍然是传统结构。这一现状,难以适应我国煤炭工业的发展。故应进行新型传动装置的研究。П110Э型传动装置无级变速的功能,节能、延长设备使用寿命等特点,应该说它是代表今后发展方向的,仅这三点,就使矿用运输设备的传动系统,在设计、制造技术方面前进了很大一步。德国、澳大利亚的软启动系统,只能解决启动问题,不能在设备运行中进行调速和有效地降低设备能耗及磨损。在П110Э型传动装置的启发下,我国也应进行新型传动系统的研究。初始研究可不针对某一机型进行,只对传动系统进行研究,待传动结构、调速原理、方式清晰之后,再在某一特定机型上进行具体的设计、制造、试验。以期摸索设计、制造、调试、使用经验,供其它机型借鉴。该研究的传动系统拟具备以下功能:1.传动系统可平行主机运行方向布置,也可垂直主机运行方向布置。2.能在完全空载的状态下启动。3.在输出扭矩不变的情况下,尽可能拓宽调速范围。4.在额定负载下,配套主机以最高速度运行,欠载时降低运行速度,空载速度最低,以降低能耗和