CN110758999B - 一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，包括带式输送机、驱动滚筒、并联双永磁电机耦合驱动系统、控制系统和称重系统，带式输送机与耦合传动箱连接；称重系统通过称重托辊组与重量传感器实时监测煤炭输送量；永磁电机中的电磁离合器开闭、电机启停与驱动模式转换均由隔爆型PLC控制；本发明采用并联式双永磁电机驱动的形式，在保证带式输送机正常工作的同时节省了空间，提高了传动效率；采用隔爆型PLC控制隔爆型变频器、永磁电机以及各个传感器的工作状态，降低了电能消耗量，实时监测带式输送机是否发生打滑，提高了带式输送机的可靠性；根据带式输送机的负载大小所在的区间决定驱动系统的工作模式，提高了带式输送机智能化程度。

Description

一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机

技术领域

本发明涉及一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，属于井下输送技术领域。

背景技术

带式输送机又称胶带输送机，是目前世界上最重要的散料连续运输设备，与其他的运输设备相比，具有运量大，距离远等优点，因此也成为目前煤矿运输巷道中所使用的一种重要输送设备，其性能好坏直接决定了井下煤炭运输的效率，而驱动系统是保障带式输送机稳定、高效运行的首要条件。

现有带式输送机驱动系统普遍采用异步电动机+减速器来实现低速大扭矩的输出，减速器的存在会造成驱动系统传动链长、效率不够高、经常维护，且易发生故障，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带式输送机驱动系统中。但是由于运输顺槽空间有限，永磁同步电机直接驱动带式输送机的传动方式所需的永磁电机体积太大，且容易造成胶带打滑，这种由于驱动力不足而造成胶带的打滑会带来很大的安全隐患。

目前井下综采工作面大多采用“三班制”的工作方式，带式输送机常处于不同的工况下，若带式输送机机头一直采用双电机驱动会造成功率的浪费，而一直采用单电机驱动则很有可能出现带式输送机驱动力不足，胶带持续打滑的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，在带式输送机机头驱动滚筒上安装有双电机耦合驱动系统，可实现单电机轻载与并联式双电机重载这两种工作模式的切换，大幅度降低了电能消耗量；在保证电机体积一定的情况下，为了实现低速大转矩传动，两个永磁电机将动力传递至耦合传动箱后经由耦合传动箱内大传动比锥齿轮轴降速，最终满足驱动要求；当带式输送机布置于主斜井或皮带运输大巷等长距离运输区域时，可以同时使用多套并联式双电机耦合系统驱动多个滚筒满足长距离运输的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，包括带式输送机、驱动滚筒，驱动滚筒安装在驱动滚筒轴承座上，驱动滚筒轴承座通过轴承座连接螺栓安装在机头基架上；还包括耦合传动箱、两个永磁电机、两个隔爆型变频器和隔爆型PLC；

耦合传动箱包括箱体、箱盖、输入齿轮轴Ⅰ、输入齿轮轴Ⅱ和输出齿轮轴；输入齿轮轴Ⅰ、输入齿轮轴Ⅱ和输出齿轮轴的齿轮端均位于箱体内部且输入齿轮轴Ⅰ、输入齿轮轴Ⅱ的齿轮分别与输出齿轮轴的齿轮啮合，输入齿轮轴Ⅰ、输入齿轮轴Ⅱ和输出齿轮轴的另一端延伸至箱体外，箱盖安装在箱体上；

永磁电机包括隔爆壳体、隔板、电机轴、中间轴、输出轴、前端盖和后端盖；

隔爆壳体的前端和后端分别通过端盖螺钉安装前端盖和后端盖，隔爆壳体内部径向方向设置隔板，隔板将隔爆壳体分为前后两个腔室，电机轴轴向方向贯穿整个后腔室，电机轴的前后两端分别通过轴承与隔板、后端盖连接，永磁体转子通过键连接在电机轴圆周表面，隔爆壳体后腔室的内壁上安装有定子，定子位于永磁体转子外侧一周，电机轴后端延伸至后端盖外侧，本安型测速编码器安装在位于后端盖外侧部分的电机轴上；

电机轴前端穿过隔板在前腔室中通过中间轴联轴器与中间轴的后端连接，中间轴的前端通过电磁离合器与输出轴的后端连接，在中间轴的前端与输出轴的后端连接的位置分别设置一个电磁离合器，输出轴的前端穿过前端盖延伸至前端盖外侧；

隔爆壳体外侧表面设有接线腔，接线腔上设有动力线连接口和控制线连接口；

输入齿轮轴Ⅰ、输入齿轮轴Ⅱ分别通过输出轴联轴器与一个永磁电机的输出轴连接，输出齿轮轴通过蛇簧联轴器与驱动滚筒连接；

两个永磁电机里面设置的电磁离合器均与隔爆型PLC电连接，两个本安型测速编码器分别通过一个隔爆型变频器与隔爆型PLC电连接；

带式输送机上安装有安装底板，两个永磁电机、两个隔爆型变频器、耦合传动箱和隔爆型PLC均安装在安装底板上。

进一步的，所述隔爆壳体为防爆水冷壳，壳壁内铸造有循环水路，循环水路的入口和出口分别设有一个冷管快速连接头，防爆水冷壳中可以通水，通过水来实现降温的目的。

进一步的，所述输出轴与前端盖连接处设有轴承。

进一步的，所述轴承与后端盖轴向方向之间设有轴承挡圈。

进一步的，所述电机轴与后端盖径向方向之间设有毛毡密封圈。

进一步的，所述机头基架上安装有落煤溜槽，落煤溜槽通过落煤溜槽连接螺钉与机头基架连接，落煤溜槽位于带式输送机的一端，可以实现快速卸煤。

进一步的，还包括称重托辊组、重量传感器、应力应变片与托辊组连接螺栓；称重托辊组通过托辊组连接螺栓安装在带式输送机的机头基架上；应力应变片贴在称重托辊组上的托辊表面，重量传感器与应力应变片以及隔爆型PLC电连接。

进一步的，还包括无动力测速滚筒和本安型霍尔转速传感器，无动力测速滚筒安装在无动力测速滚筒轴承座内并将轴端伸出无动力测速滚筒轴承座外，无动力测速滚筒轴承座通过无动力测速滚筒连接螺栓安装在机头基架上；本安型霍尔转速传感器安装在无动力测速滚筒伸出的轴端上实时监测无动力测速滚筒的转速，本安型霍尔转速传感器与隔爆型PLC电连接。

进一步的，所述的箱盖表面设有观察盖，观察盖中部设有观察孔，通过观察孔可以直观的观察箱内的工作情况。

与现有技术相比，本发明采用并联式双永磁电机驱动的形式，电机提供的动力经耦合传动箱动力耦合后驱动单个滚筒，在保证带式输送机正常工作的同时节省了空间，简化了传动链，提高了传动效率；该并联式双电机驱动单个滚筒的传动形式也适应于安装在主斜井、运输大巷等长距离运输的带式输送机的除机头驱动滚筒外的其他位置上。采用隔爆型PLC控制隔爆型变频器、永磁电机以及各个传感器的工作状态，降低了电能消耗量，实时监测带式输送机是否发生打滑，提高了带式输送机的可靠性；采用称重系统，根据带式输送机的负载大小所在的区间决定驱动系统的工作模式，提高了带式输送机智能化程度。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明滚筒与传感器布置示意图；

图3为永磁电机外部结构示意图；

图4为永磁电机内部结构示意图；

图5为耦合传动箱结构示意图；

图6为本发明工作模式流程示意图；

图中：001、带式输送机，002、永磁电机，004、耦合传动箱，005、称重托辊组，006、重量传感器，007、安装底板，008、落煤溜槽，009、隔爆型变频器， 011、隔爆型PLC，012、蛇簧联轴器；

101无动力测速滚筒，102、本安型霍尔转速传感器，103、驱动滚筒，104、驱动滚筒轴承座、105、机头基架；106、无动力测速滚筒轴承座，107、应力应变片，108、托辊组连接螺栓，109、轴承座连接螺栓，110、无动力测速滚筒连接螺栓，111、落煤溜槽连接螺栓；

201、隔爆壳体，202、冷管快速连接头，203、前端盖，204、后端盖，205、端盖螺钉，206、隔板，207、本安型测速编码器，208、毛毡密封圈，209、轴承，210、轴承挡圈，211、长轴套，212、电机轴，213、永磁体转子，214、定子，215、短轴套，216、电磁离合器，217、中间轴联轴器，218、中间轴，219、输出轴，220、输出轴联轴器，221、接线腔，222、动力线连接口，223、控制线连接口；

401、箱体，402、输入齿轮轴Ⅰ，403、输入齿轮轴Ⅱ，404、输出齿轮轴，405、箱盖，406、观察盖，407、箱体连接螺栓，408、观察盖连接螺钉，409、观察孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明提供一种技术方案：包括带式输送机001、驱动滚筒103，驱动滚筒103安装在驱动滚筒轴承座104上，驱动滚筒轴承座104通过轴承座连接螺栓109安装在机头基架105上；还包括耦合传动箱004、两个永磁电机002、两个隔爆型变频器009和隔爆型PLC011；

如图5所示，耦合传动箱004包括箱体401、箱盖405、输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403和输出齿轮轴404；输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403和输出齿轮轴404的齿轮端均位于箱体401内部且输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403的齿轮分别与输出齿轮轴404的齿轮啮合，输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403和输出齿轮轴404的另一端延伸至箱体401外，箱盖405安装在箱体401上；由输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403、输出齿轮轴404相互啮合组成一级减速装置在改变永磁电机002传动方向的同时增大传动比；

如图3和图4所示，永磁电机002包括隔爆壳体201、隔板206、电机轴212、中间轴218、输出轴219、前端盖203和后端盖204；

隔爆壳体201的前端和后端分别通过端盖螺钉205安装前端盖203和后端盖204，隔爆壳体201内部径向方向设置隔板206，隔板206将隔爆壳体201分为前后两个腔室，电机轴212轴向方向贯穿整个后腔室，电机轴212的前后两端分别通过轴承209与隔板206、后端盖204连接，永磁体转子213通过键连接在电机轴212圆周表面，隔爆壳体201后腔室的内壁上安装有定子214，定子214位于永磁体转子213外侧一周，电机轴212后端延伸至后端盖204外侧，本安型测速编码器207安装在位于后端盖204外侧部分的电机轴212上；

电机轴212前端穿过隔板206在前腔室中通过中间轴联轴器217与中间轴218的后端连接，中间轴218的前端通过电磁离合器216与输出轴219的后端连接，在中间轴218的前端与输出轴219的后端连接的位置分别设置一个电磁离合器216，输出轴219的前端穿过前端盖203延伸至前端盖203外侧；电机轴212上还套有长轴套211和短轴套215以起到限位的作用；

隔爆壳体201外侧表面设有接线腔221，接线腔221上设有动力线连接口222和控制线连接口223，隔爆型PLC011通过控制线连接口223控制本安型测速编码器207、电磁离合器216以及永磁电机002的工作状态；

输入齿轮轴Ⅰ402、输入齿轮轴Ⅱ403分别通过输出轴联轴器220与一个永磁电机002的输出轴219连接，输出齿轮轴404通过蛇簧联轴器012与驱动滚筒103连接；

两个永磁电机002里面设置的电磁离合器216均与隔爆型PLC011电连接，两个本安型测速编码器207分别通过一个隔爆型变频器009与隔爆型PLC011电连接；

带式输送机001上安装有安装底板007，两个永磁电机002、两个隔爆型变频器009、耦合传动箱004和隔爆型PLC011均安装在安装底板007上；

称重系统包括称重托辊组005、重量传感器006、应力应变片107与托辊组连接螺栓108；称重托辊组005通过托辊组连接螺栓108安装在带式输送机001的机头基架105上起支撑输送皮带与称重作用；应力应变片107贴在称重托辊组005上的托辊表面实时监测称重托辊组005支撑的皮带上的重量变化，重量传感器006与应力应变片107以及隔爆型PLC011电连接，将应力应变片107采集到的重量信息传递至隔爆型PLC011。

本发明工作方式：如图6所示，为了便于区分描述，以下分别用第一和第二作为区分前缀：两个永磁电机002可以输出的最大驱动转矩均为Q,

（1）当应力应变片107监测到负载变化处于[0，Q]内时，带式输送机001处于单电机轻载工作模式下，第一永磁电机002可以满足驱动条件并保证带式输送机001不发生打滑；具体的操作是：隔爆型PLC011控制第一永磁电机002内第一电磁离合器216闭合，第一永磁电机002与耦合传动箱004处于机械连接状态，隔爆型PLC011给第一隔爆型变频器009发出指令，第一隔爆型变频器009控制第一永磁电机002从0~50Hz变频启动带动驱动滚筒103工作，驱动滚筒103带动皮带稳定运行；在所述的轻载运行状态区间内，第二永磁电机002不工作，第二永磁电机002中的第二电磁离合器216处于断开状态，此时耦合传动箱004中的输入齿轮轴Ⅰ402带动第二永磁电机002内的输出轴219空转，耦合传动箱004与第二永磁电机002处于断开状态。此外，当综采工作面处于检修班组时，可能需要将前一班组堆积在综采工作面上未及时运输的煤通过带式输送机001运出，该种情况也属于单电机轻载工作模式。

（2）当应力应变片107监测到带式输送机001负载大小已经由[0，Q]变为[Q，2Q]内时，需要由单电机轻载工作模式切换到双电机重载工作模式来满足负载的需求。具体操作是：隔爆型PLC011控制第二永磁电机002空载启动，此时第一永磁电机002处于满载运行状态，当第一本安型测速编码器207与第二本安型测速编码器207监测到的速度相差10%时隔爆型PLC011控制第二电磁离合器216闭合，此时第一永磁电机002与第二永磁电机002以相同速度带动耦合传动箱004工作，完成动力耦合，带式输送机系统完成单机轻载运行向双电机重载运行模式的切换。

（3）当带式输送机001需要高效快速运输时，带式输送机001也可以直接使用双电机重载模式启动，该模式在启动阶段直接将两个永磁电机002同时开启完成双电机耦合驱动。具体的操作是：隔爆型PLC011控制两个电磁离合器216闭合，此时两个永磁电机002与耦合传动箱004之间均处于连接状态，此时隔爆型PLC011可以控制两个永磁电机002双机驱动驱动滚筒103，带动带式输送机001重载运行。

当带式输送机001长距离运输动力不足时，可以采用多滚筒驱动，在带式输送机001机身中部增设一个驱动滚筒103，驱动滚筒103也由双电机并联耦合驱动，当应力应变片107监测到带式输送机001负载大于2Q时，说明带式输送机001的机头单驱动滚筒已经无法满足负载需求，此时需要开启机身中部的并联永磁电机耦合驱动系统来满足负载需求。

如图2所示，增设无动力测速滚筒101和本安型霍尔转速传感器102，无动力测速滚筒101安装在无动力测速滚筒轴承座106内并将轴端伸出无动力测速滚筒轴承座106外，无动力测速滚筒轴承座106通过无动力测速滚筒连接螺栓110安装在机头基架105上；本安型霍尔转速传感器102安装在无动力测速滚筒101伸出的轴端上实时监测无动力测速滚筒101的转速，本安型霍尔转速传感器102与隔爆型PLC011电连接；

无动力测速滚筒101作为被动滚筒，无动力测速滚筒101上安装有本安型霍尔转速传感器102实时监测胶带速度并与第一本安型测速编码器207监测到的第一永磁电机002的转速对比，经过换算后可以转换为驱动滚筒103的速度与带式输送机001的胶带运行速度，当两者相差大于10%说明带式输送机处于打滑状态，将单电机轻载运行模式切换到双机重载运行模式即可解决这一问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，包括带式输送机（001）、驱动滚筒（103），驱动滚筒（103）安装在驱动滚筒轴承座（104）上，驱动滚筒轴承座（104）通过轴承座连接螺栓(109)安装在机头基架（105）上；

其特征在于，还包括耦合传动箱（004）、两个永磁电机（002）、两个隔爆型变频器（009）和隔爆型PLC（011）；

耦合传动箱（004）包括箱体（401）、箱盖（405）、输入齿轮轴Ⅰ（402）、输入齿轮轴Ⅱ（403）和输出齿轮轴（404）；输入齿轮轴Ⅰ（402）、输入齿轮轴Ⅱ（403）和输出齿轮轴（404）的齿轮端均位于箱体（401）内部且输入齿轮轴Ⅰ（402）、输入齿轮轴Ⅱ（403）的齿轮分别与输出齿轮轴（404）的齿轮啮合，输入齿轮轴Ⅰ（402）、输入齿轮轴Ⅱ（403）和输出齿轮轴（404）的另一端延伸至箱体（401）外，箱盖（405）安装在箱体（401）上；

永磁电机（002）包括隔爆壳体（201）、隔板（206）、电机轴（212）、中间轴（218）、输出轴（219）、前端盖（203）和后端盖（204）；

隔爆壳体（201）的前端和后端分别通过端盖螺钉（205）安装前端盖（203）和后端盖（204），隔爆壳体（201）内部径向方向设置隔板（206），隔板（206）将隔爆壳体（201）分为前后两个腔室，电机轴（212）轴向方向贯穿整个后腔室，电机轴（212）的前后两端分别通过轴承（209）与隔板（206）、后端盖（204）连接，永磁体转子（213）通过键连接在电机轴（212）圆周表面，隔爆壳体（201）后腔室的内壁上安装有定子（214），定子（214）位于永磁体转子（213）外侧一周，电机轴（212）后端延伸至后端盖（204）外侧，本安型测速编码器（207）安装在位于后端盖（204）外侧部分的电机轴（212）上；

电机轴（212）前端穿过隔板（206）在前腔室中通过中间轴联轴器（217）与中间轴（218）的后端连接，中间轴（218）的前端通过电磁离合器（216）与输出轴（219）的后端连接，在中间轴（218）的前端与输出轴（219）的后端连接的位置分别设置一个电磁离合器（216），输出轴（219）的前端穿过前端盖（203）延伸至前端盖（203）外侧；

隔爆壳体（201）外侧表面设有接线腔（221），接线腔（221）上设有动力线连接口（222）和控制线连接口（223）；

输入齿轮轴Ⅰ（402）、输入齿轮轴Ⅱ（403）分别通过输出轴联轴器（220）与一个永磁电机（002）的输出轴（219）连接，输出齿轮轴（404）通过蛇簧联轴器（012）与驱动滚筒（103）连接；

两个永磁电机（002）里面设置的电磁离合器（216）均与隔爆型PLC（011）电连接，两个本安型测速编码器（207）分别通过一个隔爆型变频器（009）与隔爆型PLC（011）电连接；

带式输送机（001）上安装有安装底板（007），两个永磁电机（002）、两个隔爆型变频器（009）、耦合传动箱（004）和隔爆型PLC（011）均安装在安装底板（007）上。

2.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述隔爆壳体（201）为防爆水冷壳，壳壁内铸造有循环水路，循环水路的入口和出口分别设有一个冷管快速连接头（202）。

3.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述输出轴（219）与前端盖（203）连接处设有轴承。

4.根据权利要求3所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述轴承（209）与后端盖（204）轴向方向之间设有轴承挡圈（210）。

5.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述电机轴（212）与后端盖（204）径向方向之间设有毛毡密封圈（208）。

6.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述机头基架（105）上安装有落煤溜槽（008），落煤溜槽（008）通过落煤溜槽连接螺钉(111)与机头基架（105）连接，落煤溜槽（008）位于带式输送机（001）的一端。

7.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：还包括称重托辊组（005）、重量传感器（006）、应力应变片（107）与托辊组连接螺栓（108）；称重托辊组（005）通过托辊组连接螺栓（108）安装在带式输送机（001）的机头基架（105）上；应力应变片（107）贴在称重托辊组（005）上的托辊表面，重量传感器（006）与应力应变片（107）以及隔爆型PLC（011）电连接。

8.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：还包括无动力测速滚筒（101）和本安型霍尔转速传感器（102），无动力测速滚筒（101）安装在无动力测速滚筒轴承座（106）内并将轴端伸出无动力测速滚筒轴承座（106）外，无动力测速滚筒轴承座（106）通过无动力测速滚筒连接螺栓（110）安装在机头基架(105)上；本安型霍尔转速传感器（102）安装在无动力测速滚筒（101）伸出的轴端上实时监测无动力测速滚筒（101）的转速，本安型霍尔转速传感器（102）与隔爆型PLC（011）电连接。

9.根据权利要求1所述的一种并联永磁电机智能直驱式带式输送机，其特征在于：所述的箱盖（405）表面设有观察盖（406），观察盖（406）中部设有观察孔（409）。

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