CN100542940C - 一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，包括两个储绳滚筒(9、10)，在所述两个储绳滚筒(9、10)之间设置双行星轮差动控制转动调节装置(12)，且所述两个储绳滚筒(9、10)的轮轴分别经相应的传动副(13、14)同所述转动调节装置(12)的两转轴对应连接。本发明提供的所述自适应恒转矩储绳系统，保证储绳系统在实际运用当中自动平衡钢丝绳静态张力转矩；能够自动调节两端的储绳滚筒的转角差，有效地减小了储绳滚筒系统两端的储绳滚筒的最大转动差，从而优化了储绳系统。

Description

一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳系统

技术领域

本发明涉及用于岩巷辅助运输系统的储绳系统，具体是指一种自适应恒转矩储绳系统。

背景技术

在长距离岩巷掘进中，随着岩巷掘进的进度，其辅助运输系统需要随着岩巷长度的增加而调整。在以钢丝绳作为牵引绳和张紧绳的系统中，钢丝绳也需要相应调整长度。在巷道中调整钢丝绳长度在实际操作中十分困难，现在一般采用储绳滚筒系统或装置，但是由于储绳滚筒上钢丝绳转动半径随着其上储绳的增加或减少也相应增大或减小，导致储绳滚筒系统两端的储绳滚筒转动速度比不恒定而不便控制。

发明内容：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的旨在提供一种自适应恒转矩储绳系统，能够保证储绳系统在实际运用当中自动平衡钢丝绳静态张力，且保持钢丝绳张力转矩恒定不变；采用多级滚筒能够自动调节两端的储绳滚筒的转角差，减小储绳滚筒系统两端储绳滚筒的最大转动差，保持转矩恒定，从而优化储绳系统。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，包括两个储绳滚筒，在所述两个储绳滚筒之间设置双行星轮差动控制转动调节装置，且所述两个储绳滚筒的轮轴分别经相应的两个传动副同所述转动调节装置的两转轴对应连接。

以下对本发明做出进一步说明。

如图1、图2所示，本发明的用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置包括两个储绳滚筒9、10，在所述两个储绳滚筒9、10之间设置双行星轮差动控制转动调节装置12，且所述两个储绳滚筒9、10的轮轴分别经相应的传动副13、14同所述转动调节装置12的两转轴对应连接。

所述双行星轮差动控制转动调节装置的结构可以是，它有内齿轮2’和位于该内齿轮2’一侧的差动控制轮7，其中内齿轮2’通过固定在差动控制轮7上且相互啮合的外行星轮3和内行星轮4与右传动齿轮5相啮合。

所述两个传动副可以由相互啮合的两只齿轮1、2或5’、6组成，其中齿轮2同所述内齿轮2’的轴连接而齿轮1的轴同一只储绳滚筒的轴联接，齿轮5’同所述右传动齿轮5的轴连接而齿轮6同另一只储绳滚筒的轴相联接。

在所述差动控制轮7上吊可以装有平衡重块8，或平衡重块8和配重绳调节装置。

所述储绳滚筒可采用普通滚筒或多级滚筒，多级滚筒的结构是，在储绳滚筒9、10外壁等距设有数个环形挡板，将滚筒分为数个级间。

如图4所示，所述外行星轮3和内行星轮4组成组成一组双行星轮，共设置二组或三组双行星轮且该二组或三组双行星沿内齿轮2’圆周均匀分布。

本发明的技术原理是，如图2、3所示，若两储绳滚筒之间所受外力偶分别为M_A、M_B，若转动调节装置中的齿轮1、2、内齿轮2’、外行星轮3、内行星轮4、右传动齿轮5、齿轮5’、6、差动控制轮7的接圆半径分别为R₁、R₂、

、R₃、R₄、R₅、

R₆、R₇，齿轮2’、3和齿轮4、5之间的啮合力分别为

$F_1=\frac{R_2}{R_1{R}_2^{\′}}{M}_A---\left(1\right)$

$F_2=\frac{R_5^{\′}}{R_5{R}_6}{M}_B---\left(2\right)$

由(1)、(2)，若

$\frac{R_1}{R_6}=\frac{R_2}{R_5^{\′}}\frac{R_5}{R_2^{\′}}=c$ (常数)                      (3)

有：

F₁＝F₂，M_A＝M_B                       (4)

此时系统处于平衡状态。

即：若R₁、R₆、R₅、

R₂、满足(3)式，当M_A＝M_B＝M时，有F₁＝F₂＝F。此时系统的静态平衡力矩M_A、M_B能自动平衡。此时，差动控制轮所受力矩为

M_T＝2F(R₃+R₄)＝F(d₃+d₄)              (5)

式中，d₃、d₄分别表示齿轮3、4的接圆直径。

所以，要使差动控制轮不动保持平衡，平衡重块质量为

$G=\frac{M_T}{R_{7}g}=\frac{R_2}{{2R}_1{R}_2^{\′}}\frac{(d_3+d_4)}{R_{7}g}\mathrm{DF}---\left(6\right)$

式中，D为储绳滚筒上钢丝绳的转动直径(变化)，F为钢丝绳张力。g＝9.8为重力加速度。

在储绳滚筒转动时，如图3、4、6所示，若两齿轮A、B转速分别为ω_A、ω_B，齿轮2’、3和齿轮4、5之间的接圆的的线速度分别为

$v_1=R_2^{\′}\frac{R_1{\mathrm{\ω}}_A}{R_2}---\left(7\right)$

$v_2=R_5\frac{R_6{\mathrm{\ω}}_B}{R_5^{\′}}---\left(8\right)$

将(3)式代入(7)，有

$v_1=R_2^{\′}\frac{R_1{\mathrm{\ω}}_A}{R_2}=R_5\frac{R_6{\mathrm{\ω}}_A}{R_5^{\′}}---\left(9\right)$

比较(8)、(9)式，显然，若ω_A＝ω_B，有v₁＝v₂，此时差动控制轮静止。

若ω_A≠ω_B，考虑差动控制轮和行星轮的运动，有

$v_1=(R_2^{\′}-R_3){\mathrm{\ω}}_7+R_3{\mathrm{\ω}}_3---\left(10\right)$

v₂＝(R₅+R₄)ω₇+R₄ω₄                     (11)

所以

$v_1-v_2=(R_2^{\′}-R_3){\mathrm{\ω}}_7+R_3{\mathrm{\ω}}_3-[(R_5+R_4){\mathrm{\ω}}_7+R_4{\mathrm{\ω}}_4]---\left(12\right)$

考虑两行星轮之间接点速度一致，有

$(R_2^{\′}-R_3){\mathrm{\ω}}_7-R_3{\mathrm{\ω}}_3=(R_5+R_4){\mathrm{\ω}}_7-R_4{\mathrm{\ω}}_4---\left(13\right)$

即

$R_3{\mathrm{\ω}}_3-R_4{\mathrm{\ω}}_4=(R_2^{\′}-R_3){\mathrm{\ω}}_7-(R_5+R_4){\mathrm{\ω}}_7---\left(14\right)$

将(14)代入(12)，有

$v_1-v_2=2(R_2^{\′}-R_3-R_5-R_4){\mathrm{\ω}}_7---\left(15\right)$

将(8)、(9)代入(15)，有

${\mathrm{\ω}}_7=\frac{v_1-v_2}{2(R_2^{\′}-R_3-R_5-R_4)}$

$=\frac{R_1{R}_2^{\′}}{{2R}_2(R_2^{\′}-R_3-R_5-R_4)}({\mathrm{\ω}}_A-{\mathrm{\ω}}_B)---\left(16\right)$

$=\frac{R_1{R}_2^{\′}}{d_2(d_3+d_4)}({\mathrm{\ω}}_A-{\mathrm{\ω}}_B)$

$=\frac{R_6{R}_5}{d_5^{\′}(d_3+d_4)}({\mathrm{\ω}}_A-{\mathrm{\ω}}_B)$

式中，d₂、

分别表示齿轮2、5’的直径。

比较(5)、(16)以上两式可以发现：若d₃+d₄增大，虽然ω₇减小，但差动控制轮所受力矩M_T增大。因此，要使ω₇较小从而使差动控制轮转动较小，须使d₂/R₁尽可能大或

尽可能小，即2轮尽可能大，而5轮尽可能小。

由于储绳滚筒在卷绳过程中卷曲半径逐步增大，而在释放过程中卷曲半径逐步减小，储绳滚筒采用多级滚筒逐级卷积或释放，绳索长度或张力的变化只在每一级里面出现，由于每一级绳索长度较小，所以绳索长度或张力的变化范围较小。若A、B采用普通滚筒，且两滚筒转动角速度一致。如果A、B滚筒最大卷曲钢索长度为l，由于滚筒在卷绳过程中卷曲半径逐步增大，而在释放过程中卷曲半径逐步减小。A、C之间距离的变化范围是[±s]。若A、B采用n级多级滚筒，由于采取逐级卷曲或释放，每级滚筒最大卷曲钢索长度为

所以，A、C之间距离的变化范围是若通过优化卷曲方式，A、C之间距离的最小变化范围可以达到接近

若A、B采用普通滚筒，在A、B之间的差动控制轮的最大转动角度为±θ。若A、B采用n级多级滚筒，差动控制轮的最大转动角度为

若通过优化卷曲方式，差动控制轮的最大转动角度可以达到接近

这种方式适用于A、C之间距离较长的时候。此时，若A、B采用多级滚筒，调节轮上只需要连配重块即可。若A、C之间距离特别长或配重块运动范围受限制，可在配重块上加配重绳调节装置。配重绳调节装置的具体形式可根据具体实际设计。

本发明提供的所述自适应恒转矩储绳系统，通过转动调节装置中的双行星轮传动，达到了自动平衡钢丝绳静态张力目的；通过调整差动控制轮，可以调节钢丝绳静态张力。将平衡重块直接作用在差动控制轮上，保证传动过程中钢丝绳张力恒定不变；通过带双行星轮的差动控制轮的转动，自动调节两端的储绳轮的转角差；储绳轮系统两端的储绳轮只需要一个电机，且电机只承受两端的储绳轮转动力矩差；通过多级滚筒设计，减小了储绳轮系统两端的储绳轮的最大转动差，优化了储绳系统。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明的传动原理图；

图3是本发明的受力分析图；

图4是图3沿A-A向的剖视图；

图5是图1中的多级滚筒结构示意图；

图6是卷绳系统模型图。

在附图中：

1、2、5’、6-齿轮，         2’-内齿轮，         3-外行星轮，

4-内行星轮，                5-右传动齿轮，       7-差动控制轮，

8-平衡重块，                9、10-储绳滚筒，     11-钢丝绳，

12-转动调节装置，           13-输入传动副，      14-输出传动副。

具体实施方式

一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，包括两个四级滚筒结构的储绳滚筒9、10，在所述两个储绳滚筒9、10间设置双行星轮差动控制转动调节装置12，且所述两个储绳滚筒9、10的轮轴分别经相同的输入传动副13、输出传动副14同所述转动调节装置12的两端转轴对应连接。

所述双行星轮差动控制转动调节装置12的结构是，它有内齿轮2’和位于该内齿轮2’一侧的差动控制轮7，与所述内齿轮2’相啮合的外行星轮3也同内行星轮4啮合，该外行星轮3和内行星轮4的轴分别安装在所述差动控制轮7上并可相对其转动，所述内行星轮4同右传动齿轮5相啮合，该右传动齿轮5的轴和内齿轮2’的轴分别为所述转动调节装置12的两转轴。所述双行星轮共有三组。

所述输入、输出两个传动副13、14由相互啮合的两只齿轮1、2或5’、6组成，其中齿轮2同所述内齿轮2’的轴连接而齿轮1的轴同一只储绳滚筒的轴联接，齿轮5’同所述右传动齿轮5的轴连接而齿轮6的轴同另一只储绳滚筒的轴相联接。

在所述差动控制轮7上吊装有平衡重块8。

Claims (4)

1、一种用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，包括两个储绳滚筒(9、10)，其特征在于，在所述两个储绳滚筒(9、10)之间设置双行星轮差动控制转动调节装置(12)，且所述两个储绳滚筒(9、10)的轮轴分别经相应的传动副(13、14)同所述转动调节装置(12)的右传动齿轮(5)的轴和内齿轮(2’)的轴对应连接；所述双行星轮差动控制转动调节装置(12)的结构是，它有内齿轮(2’)和位于该内齿轮(2’)一侧的差动控制轮(7)，其中内齿轮(2’)同固定在差动控制轮(7)上的外行星轮(3)啮合，该外行星轮(3)再与内行星轮(4)啮合，且该外行星轮(3)和内行星轮(4)的轴分别安装在所述差动控制轮(7)上并可相对其转动，所述内行星轮(4)与右传动齿轮(5)相啮合；在所述差动控制轮(7)上吊装有平衡重块(8)，或平衡重块(8)和配重绳调节装置。

2、根据权利要求1所述的用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，其特征是，所述传动副(13、14)由相互啮合的两只齿轮(1、2；5’、6)组成，其中第一个传动副(13)中的第二齿轮(2)同所述内齿轮(2’)的轴连接而该第一个传动副(13)中的第一齿轮(1)的轴同一个所述储绳滚筒(9)的轴联接；第二个传动副(14)中的第一齿轮(5’)同所述右传动齿轮(5)的轴连接而该第二个传动副(14)中的第二齿轮(6)同另一个所述储绳滚筒(10)的轴相联接。

3、根据权利要求1所述的用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，其特征是，所述储绳滚筒(9、10)为多级滚筒，该多级滚筒的结构是，在储绳滚筒(9、10)外壁等距设有数个环形挡板，将滚筒分为数个级间。

4、根据权利要求2所述的用于岩巷辅助运输系统的自适应恒转矩储绳装置，其特征是，由所述外行星轮(3)和内行星轮(4)组成一组双行星轮，共设置二组或三组双行星轮且该二组或三组双行星沿内齿轮(2’)圆周均匀分布。

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