CN102654190A - 冷却长壁采煤机上的摇臂齿轮箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冷却长壁采煤机上的摇臂齿轮箱。具体地，本发明提供了一种长壁采煤机或其它机械，其带有齿轮箱，所述齿轮箱用于将旋转动力从驱动器传递到从动部件。齿轮箱包括驱动器；从动部件；至少一个轴，所述轴包括形成在其中的至少一个开孔以使冷却流体通过轴循环；和齿轮，所述齿轮安装为在轴上旋转且定位为将动力从驱动器传递到从动部件。
Description
相关申请
本申请是2009年5月29日在先提交的共同待决的美国专利申请No.12/475,456的部分接续。
技术领域
本发明涉及一种机器，该机器包括一用来从驱动器向从动部件传递旋转动力的紧凑的、高功率密度的齿轮箱，并且，更具体地，涉及包括改进的冷却系统的这样的齿轮箱。
背景技术
存在多种不同的设备，用于从地下地层开采煤碳和其它材料。广泛应用于地下开采操作中的一种设备包括连续开采机器，该开采机器应用在希望开采地层的伸出部分或长壁的情况中。所述长壁取决于地层结构可以伸出距离300-1200英尺。在这种类型的开采中，标准的操作是开采平行巷道到要开采的地层以及用一条或多条主要通道连接这些巷道。这种布置限定了要开采的长壁立柱。在开采长壁立柱的暴露“面”期间，主要通道的顶部通常用可移动的顶部支撑件来支撑。
传统的长壁开采技术采用一种开采机器，其在工业中已知作为长壁采煤机。长壁采煤机一般具有细长的移动框架，该移动框架支撑在安装在地上的轨道上，该轨道与开采面相邻且与开采面基本平行。旋转从动带齿滚筒可操作地支撑在细长框架的每个端部处的臂上，用于当框架在开采面前来回通过时采煤。采得的材料落到一个面输送机上，该面输送机通常附接于安装于地面上的轨道上并且与长壁面平行地延伸。面输送机把材料卸到其他的输送设备上来从该地层运输所述材料。当开采面后退时，输送机和轨道组件向前行进以能够使采煤机继续开采。
如图1所示，长壁采煤机开采机器10具有细长的移动框架12，该框架移动地支撑在与长壁面15基本平行的输送机/轨道路径14上。横向延伸的旋转滚筒18具有多个附接到该旋转滚筒18的开采截齿19，该旋转滚筒18通过相应的摇臂16枢接在所述细长移动框架12的每个端部上。采煤机10的操作在开采领域是公知的，因此这里将不详细讨论。然而，本领域普通技术人员会理解，采煤机10在轨道路径14上来回移动，使得旋转滚筒18上的开采截齿19能够与开采面15接合，以从其上去除材料。当该面后退时，轨道路径14和采煤机10朝所述面15向前行进以能够使开采过程继续进行。
应用于长壁采煤机的摇臂的齿轮箱需要非常高的功率密度。这是因为开采机器的理论输出与它的装机功率是成比例的，而在矿井中的操作范围需要封装尽可能小。这些大功率的齿轮箱产生的热必须连续地被移走以提高长期的可靠性。
长壁采煤机摇臂齿轮箱本质上是专用的。它们需要尽可能紧凑同时能够可靠地传递旋转动力到采煤机切割滚筒。像许多高功率密度的齿轮箱一样，从滚动元件的损失和润滑剂的偏差能量生成热。为了防止齿轮箱过热和损害润滑剂、密封件和其他部件，通常结合一些冷却这些单元的方法。
进一步，摇臂齿轮箱需要具有特定的形状，使得它们足够长以在输入电机和输出轴之间延伸。由于这个特征，它们通常具有多个单齿轮，像大家知道的延伸齿轮，安装成一排(通常2到5个)来把输入轴和输出轴间隔开。当这些齿轮中的每个齿轮在围绕这些齿轮的润滑油中搅拌时产生齿轮箱中的热的相当大部分。另外，它们的滚动单元支撑件的摩擦进一步促进热的产生。
传统的摇臂齿轮箱设计应用安装在油箱内的单独的水-冷换热器，或者安装在齿轮箱的壳体内的换热器。
这两种方法都需要齿轮箱尺寸上适度地大且增加制造费用。这两种情况中，都存在内部润滑油被换热器中泄露的水污染的风险或者被由于用于将水送入和送出单元所需要的在壳体中的开口而导致的从环境的水和灰尘进入污染的风险。
发明内容
本发明提出了利用齿轮箱中未充分利用的空间：延伸齿轮安装轴。这些安装轴位于2到5个延伸齿轮的每个的中心且用来刚性地支撑齿轮。这些轴的直径是足够大的直径，以适合延伸齿轮内部的所需轴承的尺寸，并且也足够大以可靠地支撑从齿轮通过轴承传递到轴然后传递到壳体的力。
本发明涉及在摇臂中的齿轮安装轴上增加钻孔。然后水通过这些轴传递，去除非常靠近源头的热，而带来非常小的附加复杂性。
本发明的重要性在于它是一种用于实现从齿轮箱移走热且不用增加其尺寸的有效的低成本的方法。通常，在壳体内部或外部增加换热器，它们需要整个封装增大。由于齿轮轴是预先存在的，所以在中心增加冷却装置不会增大它的整体封装尺寸。这些齿轮轴的中心通常不被利用，所以为了适应这个特征到齿轮箱内不需要折衷。
这个设计利用这些轴中的每个作为单独的换热器。每个轴被钻孔来接收冷却剂流。这允许非常靠近源头的热的移走。本设计的优点在于：
1.该冷却方法不需要增加齿轮箱的体积。
2.在这些轴的正常制造过程中给这些轴钻孔是非常廉价的。
3.因为轴是密封材料做成的且水不通过齿轮箱壳体的壁连接，所以水没有流入润滑油中的机会。
4.因为在传统的摇臂的设计中，轴安装在管槽的边上，所以不需要特别的设置以供给冷却剂到轴。
5.由于它们安装在热源附近，所以它们是有效的换热器。
因此，本发明提供了一种长壁采煤机的摇臂中的齿轮箱的冷却系统，该摇臂包括在细长的壳体内安装成一排的一个或多个齿轮。冷却系统包括在每个单齿轮内的冷却剂注射系统，每个冷却剂注射系统包括在齿轮轴中的一个或多个纵向开口，且可包括安装在纵向开口内的冷却剂注射管。冷却剂注射管的直径小于纵向开口的直径。
冷却剂供应线路连接于一个或多个纵向开口且与之连通，并且冷却剂出口连接于一个或多个纵向开口且与之连通。在本发明的一个实施例中，冷却剂出口连接于邻近纵向开口的一端的纵向开口且与之连通，使得离开冷却剂注射管的端部的冷却剂沿冷却剂注射管流回且然后流出齿轮轴，由此从单齿轮中去除热量。
在本发明的另一个实施例中，冷却剂出口连接于轴内的第二开孔且与之连通，使得冷却流体通过一个开孔循环到轴内，流过轴且通过第二开孔流出。在本发明的再另一个实施例中，轴可具有多个带有一个或多个输入开孔的输出开孔，使得冷却流体可流过多个轴体且从其带走热量。
附图说明
图1是包括摇臂的长壁采煤机的平面图。
图2是根据本发明的长壁采煤机摇臂齿轮箱的放大透视图。
图3是图2中所示的摇臂齿轮箱部分剖开的侧视图，其中剖开的部分展示齿轮箱内安装成一排的齿轮。
图4是长壁采煤机摇臂齿轮箱的顶部剖视图。
图5是图3和图4所示的齿轮中的一个的放大剖视图。
图6是类似于图5的放大的截面图，示出了齿轮轴的另一个实施例。
图7是类似于图4的视图，示出了使用图6的齿轮轴的摇臂齿轮箱的截面图。
在详细描述本发明的一个实施例之前，应该理解本发明不限于应用到下面描述中所说明的或附图中所图示的结构的细节和部件的布置。本发明能适用于其他实施例且能够以不同的方式实践或实施。另外，应该理解这里使用的措词和术语仅用于描述而不能理解为限定。这里使用的“包括”和“包含”和其变体意思是包括其后列出的项目和其等同物以及附加项目。这里使用的“由…组成”和其变体意思是仅仅包括其后列出的项目和其等同物。进一步地，应该理解这些词语例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”等是为了方便的词语而不解释为限定的术语。
具体实施方式
优选的实施例涉及图1所示的摇臂16的改进。更具体的，改进的摇臂30如图2到4所示。
如图4所示，公开的长壁采煤机摇臂30包括齿轮箱34，齿轮箱34用来从驱动器38传递旋转动力到旋转从动带齿滚筒18。齿轮箱34包括细长的壳体42，和在细长的壳体42内安装成一排的多个单齿轮46。在该排的一个端部处的一个齿轮驱动地连接到驱动器38，该排的另一端部处的另一个齿轮驱动地连接到从动部件，该从动部件是滚筒18。每个单齿轮的安装件具有纵向齿轮轴50和润滑油54的形式，该齿轮轴50具有沿该齿轮轴50纵向地延伸的安装轴线，该润滑油54围绕单齿轮46且容纳在壳体42内。
本发明提出了一种齿轮箱34的新的冷却系统，该冷却系统包括在每个单齿轮46中的冷却剂注射系统56。如图4和5所示，每个冷却剂注射系统56包括纵向的开口58(参照图5)和冷却剂注射管62，该开口58例如通过在齿轮轴50上钻孔获得，其沿安装轴线延伸相当大的距离，该冷却剂注射管62安装在纵向开口58内，从纵向开口58的一个端部在纵向开口58内延伸相当大的距离。冷却剂注射管62的直径小于纵向开口58的直径。冷却剂供应线路66连接到冷却剂注射管62并与该冷却剂注射管62连通，并且冷却剂出口70在纵向开口的具有安装在其中的注射管62的一个端部附近连接到纵向开口58上并与该纵向开口58连通，使得离开冷却剂注射管62的端部的冷却剂沿冷却剂注射管62流回然后流出齿轮轴50，从而从单齿轮46去掉热量。
更具体的，在所述的实施例中，安装轴线在齿轮轴50的中心，并且纵向开口58沿其长度方向具有恒定的直径，并且冷却剂注射管具有恒定的直径。在其他实施例(未示出)中，纵向开口和冷却剂注射管沿其长度方向可以具有变化的直径。
更具体的，在所述的实施例中，多个单齿轮由三个齿轮组成(如图2、3和4所示)，并且所有三个齿轮都包括冷却剂注射系统。在其他实施例(未示出)中，齿轮箱可仅包括两个齿轮，该两个齿轮都具有冷却剂注射系统，或者三个齿轮或更多齿轮，该三个齿轮或更多齿轮中的至少两个齿轮包括冷却剂注射系统。
冷却剂的供应源与一个单齿轮的冷却剂供应线路相连通，并且一个单齿轮的冷却剂出口与下一个相邻的冷却剂供应线路连通。然后，来自冷却剂出口的冷却剂在邻近旋转从动带齿滚筒18的喷嘴74处排出。
在图6和图7中所示的另一个实施例中，齿轮轴50包括多个纵向开口58，所述纵向开口58布置为使冷却流体循环，且所述纵向开口58连接到分开的输入开孔78和输出开孔82。纵向开口经由横钻的孔86相互连接。横钻的孔86的开口在本发明的正常使用期间以标准的管塞90塞住，使得冷却剂可通过输入开孔78循环到齿轮轴50内，通过横钻的孔86，且通过输出开孔82流出，而不允许冷却剂另外地从齿轮轴离开。
图7展示了包括四个齿轮轴50(如在图6中示出)的齿轮箱34，所述齿轮轴50安装有齿轮46，以将动力传递到旋转从动带齿滚筒(未示出)。冷却剂通过连接到输入开孔78且与之连通的冷却剂供给线路66流向齿轮轴50。冷却剂通过输入开孔78进入齿轮轴50，通过第一纵向开口58，通过横钻的孔86然后通过第二纵向开口58，且通过输出开孔82流出，从而利用该冷却剂从齿轮携带出废热。冷却剂然后通过连接到输出开孔82且与之连通的冷却剂供给线路66被传送到串联的下一个齿轮轴50，或被传送出机器。横钻的孔86的侧开口在机器运行的同时总是保持被塞住，使得冷却剂不与齿轮46或润滑油54直接接触。
本发明的各种其它特征在下面的权利要求中阐明。
Claims (22)
1.一种机器，所述机器包括用于将旋转动力从驱动器传递到从动部件的齿轮箱，所述齿轮箱包括：
驱动器；
从动部件；
至少一个轴，所述轴包括形成在该轴中的至少一个开孔以使冷却流体通过所述轴循环；和
齿轮，所述齿轮安装成在所述轴上旋转且定位成将动力从所述驱动器传递到所述从动部件。
2.根据权利要求1所述的机器，其中，所述轴进一步包括单独的开孔，所述单独的开孔形成用于流过所述轴的冷却流体的输入端口和输出端口。
3.根据权利要求1所述的机器，其中，所述轴进一步包括至少一个开孔和至少一个其它开孔，所述至少一个开孔形成将冷却流体引入到所述轴中的输入端口，且所述至少一个其它开孔形成与所述输入端口分开的且用于将冷却流体从所述轴排出的输出端口。
4.根据权利要求3所述的机器，其中，所述轴包括多个输出端口。
5.根据权利要求3所述的机器，且进一步包括多对输入端口和输出端口。
6.根据权利要求1所述的机器，且进一步包括多个轴，并且其中每个轴包括单独的开孔，所述单独的开孔形成用于流过所述轴的冷却流体的输入端口和输出端口。
7.根据权利要求6所述的机器，且进一步包括冷却剂供给线路，所述冷却剂供给线路将一个轴的输出端口与另一个轴的输入端口相连接，从而冷却剂流出第一细长轴而流入第二细长轴。
8.根据权利要求1所述的机器，且进一步包括多个轴，并且其中每个轴包括至少一个开孔和至少一个其它开孔，所述至少一个开孔形成将冷却流体引入到所述轴中的输入端口，且所述至少一个其它开孔形成与所述输入端口分开的且用于将冷却流体从所述轴排出的输出端口。
9.根据权利要求8所述的机器，且进一步包括冷却剂供给线路，所述冷却剂供给线路将一个轴的输出端口与另一个轴的输入端口相连接，从而冷却剂流出第一细长轴而流入第二细长轴。
10.根据权利要求1所述的机器，其中，一个或多个所述开孔处于所述轴的中心。
11.根据权利要求1所述的机器，其中，所述开孔与所述轴中的管道连通，所述管道沿其长度具有恒定的直径。
12.一种长壁采煤机，所述长壁采煤机包括：
安装在地面上的轨道，
细长的移动框架，所述移动框架支撑在所述安装在地面上的轨道上，
在细长的框架的每个端部上的至少一个臂，所述臂包括至少一个旋转从动带齿滚筒，所述旋转从动带齿滚筒中的每个旋转从动带齿滚筒可操作地支撑在所述臂上，用于在所述移动框架沿所述安装在地面上的轨道来回移动时获得开采材料，
其中每个臂包括用于将旋转动力从驱动器传递到所述旋转从动带齿滚筒的齿轮箱，所述齿轮箱包括：
驱动器；
从动部件，所述从动部件附接到所述旋转从动带齿滚筒；
至少一个轴，所述轴包括形成在该轴中的至少一个开孔以使冷却流体通过所述轴循环；和
齿轮，所述齿轮安装成在所述轴上旋转且定位成将动力从所述驱动器传递到所述从动部件。
13.根据权利要求12所述的长壁采煤机，其中，所述轴进一步包括单独的开孔，所述单独的开孔形成用于流过所述轴的冷却流体的输入端口和输出端口。
14.根据权利要求12所述的长壁采煤机，其中，所述轴进一步包括至少一个开孔和至少一个其它开孔，所述至少一个开孔形成将冷却流体引入到所述轴中的输入端口，且所述至少一个其它开孔形成与所述输入端口分开的且用于将冷却流体从所述轴排出的输出端口。
15.根据权利要求14所述的长壁采煤机，其中，所述轴包括多个输出端口。
16.根据权利要求14所述的长壁采煤机，且进一步包括多对输入端口和输出端口。
17.根据权利要求12所述的长壁采煤机，且进一步包括多个轴，并且其中每个轴包括单独的开孔，所述单独的开孔形成用于流过所述轴的冷却流体的输入端口和输出端口。
18.根据权利要求17所述的长壁采煤机，且进一步包括冷却剂供给线路，所述冷却剂供给线路将一个轴的输出端口与另一个轴的输入端口相连接，从而冷却剂流出第一细长轴而流入第二细长轴。
19.根据权利要求12所述的长壁采煤机，且进一步包括多个轴，并且其中每个轴包括至少一个开孔和至少一个其它开孔，所述至少一个开孔形成将冷却流体引入到所述轴中的输入端口，且所述至少一个其它开孔形成与所述输入端口分开的且用于将冷却流体从所述轴排出的输出端口。
20.根据权利要求19所述的长壁采煤机，且进一步包括冷却剂供给线路，所述冷却剂供给线路将一个轴的输出端口与另一个轴的输入端口相连接，从而冷却剂流出第一细长轴而流入第二细长轴。
21.根据权利要求12所述的长壁采煤机，其中，一个或多个所述开孔处于所述轴的中心。
22.根据权利要求12所述的长壁采煤机，其中，所述开孔与所述轴中的管道连通，所述管道沿其长度具有恒定的直径。
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