CN107555082B - 一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，主要包括永磁电机、控制器、变频器I等，永磁电机一端与链轮通过联轴器直接连接，中间无减速器，还包括与刮板输送机链轮I另一端相连接的编码器I，与刮板输送机链轮II另一端相连接的编码器II，以及拉压力传感器和冷却附属装置，冷却附属装置具体包括水箱、水泵、冷却器、二位三通电磁阀、温度传感器I、温度传感器II以及水管、变频器蛇形冷却水管和永磁同步电机冷却水管。本发明属于煤矿井下物料运输技术领域，具体是提供了一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，解决现有煤矿井下刮板输送机驱动系统传动链过长、驱动特性差、重载启动不足和变频驱动系统冷却不足等缺点。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下物料运输技术领域，具体是指一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统。
背景技术
工作面刮板输送机由于圆环链条和中部槽的可弯曲性，使得输送机能适应底板起伏变化，可整体弯曲前移，因而成为不可替代的综采输送设备，在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。
传统的刮板输送机驱动模式采用“异步电动机+液力耦合器+减速器+链轮”、“异步电动机+可控传动装置+减速器+链轮”，这两种传动方式技术相对比较成熟，设备结构简单，价格优势明显，但是普遍存在传动链长、效率低、故障率高，还会带来严重的振动和噪声、润滑油的渗漏污染、维护工作量大等弊端，也往往只能空载启动，随后才能接入负载。随着变频技术的发展，变频异步电动机逐渐应用到刮板输送机驱动系统中，这种驱动模式采用变频异步电动机和减速器串联配合使用。然而，异步电动机驱动系统存在启动特性差，重载工况下，启动电流很大，或者频繁重载启动、运行突然过载等情况，易造成变频器或者异步电动机烧毁；并且，异步电动机和减速器均在高速状态下工作，加速轴承磨损，缩短使用寿命。为了缩短传动链、提高驱动电机性能，具有低速大扭矩的永磁同步电机逐渐被应用到刮板输送机驱动系统中，例如，专利CN105564899A申请了一种刮板机用低速半直驱永磁驱动系统，将低速大扭矩永磁电机和减速器装置做成变频一体机，无联轴器，一定程度上降低了电机和减速器的转速，提高了驱动系统的可靠性和使用寿命，但是仍借助了减速器，并且当减速器故障时维修比较复杂。专利CN101875432A申请了一种直驱式刮板输送装置，该装置采用直线电机做动力源，次级背铁之间通过链接件连接，实现输送机的运行，也不需要联轴器、滚轮等中间传动机构，但是这种驱动模式采用分段式供电，无疑增加直线电机的个数和布线的复杂性。
变频器和电动机一般都会配有冷却装置，其中中高压电机及其变频器的主要冷却方式为水冷，以加速快热量散失并提高使用寿命。但现有冷却装置大多对变频器和电动机分别冷却，这就无疑增加了水泵的使用量，提高了生产成本，也浪费水资源。为了解决这个问题，专利CN104377884A申请了一种电机和变频器的复合式水冷却系统，该系统对变频器和电动机并联同时冷却，但是，当电动机温度较低时仍对其冷却就造成能源的浪费，不够合理；另外，其温度传感器仅设置在循环管道上，不够真实地反映出变频器和电动机的温度。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，解决现有煤矿井下刮板输送机驱动系统传动链过长、驱动特性差、重载启动不足和变频驱动系统冷却不足等缺点。
本发明采取的技术方案如下：本发明智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，主要包括控制器、变频器I、变频器II、低速大扭矩永磁同步电机I、低速大扭矩永磁同步电机II、联轴器I、联轴器II、刮板输送机链轮I、刮板输送机链轮II、刮板、刮板链、中部槽、以及连接低速大扭矩永磁同步电机和变频器的三相电线，低速大扭矩永磁同步电机I通过联轴器I与刮板输送机链轮I一端连接，并带动刮板输送机链轮I转动，低速大扭矩永磁同步电机II通过联轴器II与刮板输送机链轮II一端连接，并带动刮板输送机链轮II转动，刮板输送机链轮I和刮板输送机链轮II共同拉动刮板链运动，进而使刮板输送物料，本发明智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统还包括与刮板输送机链轮I另一端相连接的编码器I，与刮板输送机链轮II另一端相连接的编码器II，以及拉压力传感器和冷却附属装置，冷却附属装置具体包括水箱、水泵、冷却器、二位三通电磁阀、温度传感器I、温度传感器II以及水管、变频器蛇形冷却水管和永磁同步电机冷却水管。
进一步地，所述低速大扭矩永磁同步电机I输出轴与刮板输送机链轮I输入轴通过联轴器I直接连接，低速大扭矩永磁同步电机II输出轴与刮板输送机链轮II输入轴通过联轴器II直接连接，中间均无减速器。
进一步地，所述编码器I与刮板输送机链轮I的另一端连接，编码器I与刮板输送机链轮I中心同轴并可同时旋转；编码器II与刮板输送机链轮II的另一端连接，编码器II与刮板输送机链轮II中心同轴并可同时旋转。
进一步地，所述水泵在水箱内部，所述水泵在水箱内部，水泵的出水口通过水管与二位三通电磁阀的进口连接，二位三通电磁阀的一个出口与低速大扭矩永磁同步电机I的永磁同步电机冷却水管通过水管连接，二位三通电磁阀的另一个出口与变频器I的蛇形冷却水管通过水管连接，变频器蛇形冷却水管的出水口与低速大扭矩永磁同步电机I的永磁同步电机冷却水管通过水管连接，形成闭合循环回路；刮板输送机两端的低速大扭矩永磁同步电机I、变频器I、低速大扭矩永磁同步电机II、变频器II分别设有一套冷却附属装置。
进一步地，所述低速大扭矩永磁同步电机I机壳外壁紧贴有多排并列永磁同步电机冷却水管，变频器蛇形冷却水管正对着变频器I中发热最严重的部件。
进一步地，所述温度传感器I、温度传感器II、拉压力传感器分别与控制器电连通，二位三通电磁阀和水泵分别与控制器电连通。温度传感器I、温度传感器II、拉压力传感器检测的信号传递给控制器，二位三通电磁阀和水泵接受控制器的控制指令。
进一步地，所述刮板输送机首尾两端均设有低速大扭矩永磁同步电机I，低速大扭矩永磁同步电机I下方设有拉压力传感器。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案将驱动系统传统的异步电动机替换成低速大扭矩永磁同步电机，使得其输出特性更加适合刮板输送机的工况需求，启动转矩大，能够满足重载启动、抗过载能力强；由于去掉了减速器装置，降低了故障率、提高了传动效率，同时也除去了减速器存在时所带来的维护工作量和润滑渗漏等弊端，基本免维护，提高了可靠性和使用寿命。与刮板输送机链轮另一端相连接的编码器可实时检测链轮的转速，当有链轮断齿出现时，编码器便可检测出链轮转速的周期性波动，控制计算机就会提取出这种波动信号并显示链轮异常，进行报警提示，提高了刮板输送机的智能化程度。变频器和低速大扭矩永磁同步电机共用一个水泵，减少了水泵使用量，同时也节约用水；低速大扭矩永磁同步电机的冷却具有选择性，当温度较低时，仅对变频器进行冷却，环保、节能。
附图说明
图1为永磁同步电机直驱刮板输送机结构示意图；
图2为变频器和永磁同步电机冷却附属装置结构示意图；
图3为变频器和永磁同步电机冷却附属装置流程示意图。
图中：1、控制器，2、变频器I，3、三相电线，4、低速大扭矩永磁同步电机I，5、联轴器I，6、刮板输送机链轮I，7、编码器I，8、刮板，9、刮板链，10、中部槽，11、编码器II，12、刮板输送机链轮II，13、联轴器II，14、低速大扭矩永磁同步电机II，16、变频器II，18、水箱，19、永磁同步电机冷却水管，20、温度传感器II，21、水管，22、温度传感器I，23、变频器蛇形冷却水管，24、冷却器，25、水泵，26、二位三通电磁阀，27、拉压力传感器。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，主要包括控制器1、变频器I 2、变频器II 16、低速大扭矩永磁同步电机I 4、低速大扭矩永磁同步电机II 14、联轴器I 5、联轴器II 13、刮板输送机链轮I 6、刮板输送机链轮II 12、刮板8、刮板链9、中部槽10、以及连接低速大扭矩永磁同步电机I 4和变频器I 2的三相电线3。低速大扭矩永磁同步电机I 4通过联轴器I 5与刮板输送机链轮I 6一端连接，并带动刮板输送机链轮I 6转动；低速大扭矩永磁同步电机II 14通过联轴器II 13与刮板输送机链轮II 12一端连接，并带动刮板输送机链轮II 12转动；刮板输送机链轮I 6和刮板输送机链轮II 12共同拉动刮板链9运动，进而使刮板8输送物料。
本发明智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统还包括与刮板输送机链轮I 6另一端相连接的编码器I7，与刮板输送机链轮II 12另一端相连接的编码器II 11，编码器I 7可实时检测链轮I 6的转速，编码器II11可实时检测链轮II 12的转速，当有链轮有断齿出现时，编码器便可检测出链轮转速的周期性波动，控制计算机就会提取这种波动信号并显示链轮异常、发出报警提示，提高了刮板输送机的智能化程度。
如图2所示：本发明还包括冷却附属装置，冷却附属装置具体包括水箱18、水泵25、冷却器24、二位三通电磁阀26、温度传感器I 22、温度传感器II 20以及水管21、变频器蛇形冷却水管23和永磁同步电机冷却水管19。
变频器I 2和低速大扭矩永磁同步电机I 4共用一个水泵25，二位三通电磁阀26常开状态导通水泵25与永磁同步电机冷却水管19。刮板输送机工作刚开始时，仅对低速大扭矩永磁同步电机I 4冷却，当温度传感器I 22检测到变频器I 2温度超过设定值时，控制器1给二位三通电磁阀26一个电信号，则导通水泵25与变频器蛇形冷却水管22，此时，变频器蛇形冷却水管22和永磁同步电机的冷却水管19串联，并与水箱18形成闭合循环回路；当温度传感器II 20检测到变频器发热部件温度超过预先设定值时，控制器1就会对水泵25的电机调频以增加其流量，加快对低速大扭矩永磁同步电机I 4的冷却速率。
另外本发明还包括拉压力传感器27，可检测低速大扭矩永磁同步电机I 4的拉压力，进而计算出电机转矩。当两端的拉压力传感器检测出低速大扭矩永磁同步电机I 4欠载与低速大扭矩永磁同步电机II 14过载时间超过预设值时，控制器1内的控制算法将通过使变频器I 2增加低速大扭矩永磁同步电机I 4的电流，进而增加低速大扭矩永磁同步电机I4的输出转矩。由于低速大扭矩永磁同步电机I 4的输出转矩大于负载转矩，低速大扭矩永磁同步电机I 4的转速也会随之增加，为了保证刮板输送机链轮I 6与刮板输送机链轮II12具有相同的转速，控制器1内的控制算法将通过调节变频器II 16增加低速大扭矩永磁同步电机II 14的转速，从而降低低速大扭矩永磁同步电机II 14的输出转矩。这样就平衡了低速大扭矩永磁同步电机I 4与低速大扭矩永磁同步电机II 14之间的负载不均，很好地避免一端超载、另一端欠载的情况，实现了刮板输送机的智能调控。
本发明公开的智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，是将传统驱动系统的异步电动机替换成低速大扭矩永磁同步电机，去掉了减速器装置，直接驱动刮板输送机，能够实现不借助减速器就能重载启动，使得永磁电机的输出特性更加适合刮板输送机的工况需求，降低了电机的额定转速，提高了可靠性和使用寿命。由于去掉了减速器，降低了故障率、提高了传动效率，同时也去掉了维护减速器所带来的工作量和润滑渗漏等弊端。基于编码器的链轮断齿检测，可进一步提高了刮板输送机的智能化程度。配备的冷却装置中，变频器和低速大扭矩永磁同步电机共用一个水泵，减少了水泵使用量，同时也节约用水，环保、节能。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，主要包括控制器(1)、变频器I(2)、变频器II(16)、低速大扭矩永磁同步电机I(4)、低速大扭矩永磁同步电机II(14)、联轴器I(5)、联轴器II(13)、刮板输送机链轮I(6)、刮板输送机链轮II(12)、刮板(8)、刮板链(9)、中部槽(10)、以及连接低速大扭矩永磁同步电机I(4)和变频器I (2)的三相电线(3)，低速大扭矩永磁同步电机I(4)通过联轴器I(5)与刮板输送机链轮I(6)一端连接，并带动刮板输送机链轮I(6)转动，低速大扭矩永磁同步电机II(14)通过联轴器II(13)与刮板输送机链轮II(12)一端连接，并带动刮板输送机链轮II(12)转动；刮板输送机链轮I(6)和刮板输送机链轮II(12)共同拉动刮板链(9)运动，进而使刮板(8)输送物料，其特征在于：还包括与刮板输送机链轮I(6)另一端相连接的编码器I(7)，与刮板输送机链轮II(12)另一端相连接的编码器II(11)，以及拉压力传感器(27)和冷却附属装置，冷却附属装置具体包括水箱(18)、水泵(25)、冷却器(24)、二位三通电磁阀(26)、温度传感器I(22)、温度传感器II(20)以及水管(21)、变频器蛇形冷却水管(23)和永磁同步电机冷却水管(19)；
低速大扭矩永磁同步电机I(4)输出轴与刮板输送机链轮I(6)输入轴通过联轴器I(5)直接连接，低速大扭矩永磁同步电机II(14)输出轴与刮板输送机链轮II(12)输入轴通过联轴器II(13)直接连接；
编码器I(7)与刮板输送机链轮I(6)的另一端连接，编码器I(7)与刮板输送机链轮I(6)中心同轴并可同时旋转；编码器II(11)与刮板输送机链轮II(12)的另一端连接，编码器II(11)与刮板输送机链轮II(12)中心同轴并可同时旋转；
水泵(25)在水箱(18)内部，水泵(25)的出水口通过水管(21)与二位三通电磁阀(26)的进口连接，二位三通电磁阀(26)的一个出口与低速大扭矩永磁同步电机I(4)的永磁同步电机冷却水管(19)通过水管(21)连接，二位三通电磁阀(26)的另一个出口与变频器蛇形冷却水管(23)通过水管(21)连接，变频器蛇形冷却水管(23)的出水口与低速大扭矩永磁同步电机I(4)的永磁同步电机冷却水管(19)的进水口连接，形成闭合循环回路；刮板输送机两端的低速大扭矩永磁同步电机I(4)、变频器I(2)、低速大扭矩永磁同步电机II(14)、变频器II(16)分别设有一套冷却附属装置。
2.根据权利要求1所述的一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，其特征在于：所述低速大扭矩永磁同步电机I(4)机壳外壁紧贴有多排并列永磁同步电机冷却水管(19)，变频器蛇形冷却水管(23)正对着变频器I(2)中发热最严重的部件。
3.根据权利要求1所述的一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，其特征在于：所述温度传感器I(22)、温度传感器II(20)、拉压力传感器(27)分别与控制器(1)电连通，二位三通电磁阀(26)和水泵(25)分别与控制器(1)电连通。
4.根据权利要求1所述的一种智能水冷的刮板输送机永磁变频直驱系统，其特征在于：所述刮板输送机首尾两端均设有低速大扭矩永磁同步电机I(4)，低速大扭矩永磁同步电机I(4)下方设有拉压力传感器(27)。
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